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1、分类号： 密级：U D C： 编号：污水处理中智能控制的翁应用研究THE STUDIES OF SWAGE TREATMENT BASED ONINTELLIGENCE CONTROL学位授予单位及代码：长春理工大学 （10186）学科专业名称及代码：检测技术与自动化装置（081102）研究方向：检测技术与过程控制申请学位级别：硕 士 指导教师：许红梅副教授答辩委员会主席：朱明研究员研 究 生：孙 晓 宇论文评阅人： 张丽英 教授论文起止时间：2005. 122006. 12孙灵芳副教授城市污水处理系统的社会效益巨大，但运行成本高，经济效益差，为 了让污水处理技术有效地丈现，使系统能够连续稳定
2、运行，保证出水水质 达标，将自动控制技术应用于污水处理中，提高污水处理的自动化水平已 成为污水处理中的关键问题。本文结合工程实例，以大连市泉水污水处理厂的控制系统为研究背景, 结合污水处理工艺，探讨PLC及其网络在污水处理厂中的应用，并充分考 虑在线检测仪表在控制系统中的作用。本系统采用IPC+PLC的控制方案和 Profibus现场总线+光纤坏网的通信网络方案。文中主要介绍了 PLC、 Profibus现场总线、光纤以太坏网、污水处理工艺、控制系统硬件、软件 配置以及处理厂自动控制系统的实现。同时，针对污水曝气过程控制的间歇性、非线性、大滞后、直接捽制变 量难以在线测量等控制难点，应用智能控
3、制的方法，讨论了模糊拎制策略 的运用效果。本文选用简单易行的查控制表方法在PLC上实现模糊控制策 略，并应用在大连市泉水污水处理厂中。关键词：PLC+IPC, PROFIBUS,污水处理,智能控制，模糊控制ABSTRACTAlthough city swage treatment system has great social benefit, it s running cost is high, and the economic benefit is low In order to implement the swage treatment technique effectively, op
4、erate the treatment system steadily, guarantee the quantity of output water, the self-control technique applied in swage treatment to promote automatic level has become the key question in swage treatmentsTake Dalian Quanshui swage treatment plant as background, incorporation with swage treatment cr
5、aft, the application of PLC and it s network in swage treatment plant is discussed in this paper, and considered the action of onTine detection instrument in control system sufficiently The con trol scheme of I PC + PLC and communication network scheme of PROFIBIS Fieldbus + fibre ring net is adopte
6、d in this system. This paper mainly introduced PLC, PROFI BUS Fieldbus, fibre ring net, swage treatment craft, the hardware and software disposal of control system and the automatic control system7 s implementation of swage treatment plantMeanwhile, to the difficulties of intennittence, norrlinearit
7、y, delay, and the online measurement hardness of direct control variable in aeration tank control, using the way of intelligence control, the performing effectiveness of fuzzy control strategy is discussed. This paper implemented fuzzy control strategy on PLC by 1coking-up table, and applied in the
8、Dalian Quanshui swage treatment plant.Keyword: PLC+IPC, PROFIBU5, swage treatment intelligence control, fuzzy control3长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，污水处理中智能控制的应用研究是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。指导导师签名:幷
9、仿枪年仏月1_日长春理工大学学位论文版权使用授权书年a月伽本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学 位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名:第一章绪论随着经济的飞速发展和世界人口的持续增加，水需要量也在不断 增大，但地球上的水资源却在萎缩，可利用的水源特别是城市周围水源 污染等因素使得水资源缺乏和水体污染已经成为各国面临的重要问题 之一。为了让污水处理技术有
10、效地实现，将自动控制技术应用于污水处 理中以提高污水处理的自动化水平更成为污水处理中的关键问题。自动控制理论和应用技术在工业生产的应用大致经历了四个发展 阶段：从上个世纪40年代到50年代是经典控制理论阶段；50年代后 期最具代表性的就是基于模型的现代控制理论；70年代以来，人们提 高了对被控对象数学建模的精确程度及考虑不确定因素的影响，加强了 对系统的辨识.自适应控制、鲁棒控制等方面的研究；近年来，国内外 学者开始突破传统控制思想的约束，面对实际工业过程的特点，寻求各 种对模型要求低、控制综合质量好、在线计算方便的智能控制算法。智能控制是控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法 难以
11、解决的复杂系统的控制问题。常用的智能技术包括模糊逻辑控制、 圣经网络控制、专家系统、学习控制等。它为污水处理过程的控制提供 了一些应付非线性和不确定过程的方法。1.1国外污水处理厂自动控制系统发展概况由于发达国家经济发展较早，水资源不足和污染的问题较早得到了 重视，经过数十年的努力，许多发达国家城市污水处理率达到80%-90% 以上，城市水污染问题大大缓解，水体水质明显改善。随着城市污水处 理厂的大规模兴建，污水处理工艺的不断完善和复杂化，国外污水处理 厂自动控制水平也迅速提高。在国外，污水处理控制技术广泛的采用了 DCS或PLC及现场总线等 先进自动化技术进行控制，有较高的自动化水平和科技含
12、量。在智能控 制领域，Galluzzo等于1991年描述了 PH过程的模糊控制器，通过利 用BP神经网络为PH过程建立模型；Saint-Donat等于1991年发展了 一种通过优化方法计算预测控制效果的预测控制方案；Tolle和Ersu 于1992年描述了对于PH控制的基于预测控制方案的另一种神经网络。1.2国内污水处理厂自动控制系统发展概况我国污水处理厂自动控制系统起步较晚。近年来，一大批利用外国贷款建设的城市污水处理厂相继投入运行，他们为我国污水处理厂成功 的应用自动化技术提供了范例。自动化系统在污水处理过程中所发挥的 重要作用也逐渐被认知，并受到普遍重视。随着自动化控制技术这几年在国内的
13、飞速发展，我国许多污水处理 厂也开始采用PLC或DCS方式进行控制，并取得了较好的效果，现场总 线也逐渐在这一行业中得到应用。目前国内许多高校和研究机构都在致 力于污水处理工艺和自动控制方面的研究，并取得了显著成果。1.3本课题的研究意义未来10年，中国污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，其 中污水处理设备投入约300亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺, 在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动坏保产业升级，实 现环保发展战略的重要环节。在这种形势下污水处理自动化控制系统无 疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。下面 将从几个方面阐述自动控制技术研究的形势
14、及意义。1、国家基本政策环境保护是我国的一项基本国策。随着国家西部大开发战略的推进 和三峡工程的兴建，三峡库区的坏境保护，尤其是库区沿江水污染的防 治己陆续启动。到2008年，50万以上人口的城市，污水处理率将达到 60%,工业废水处理率达到90%,达标排放率达到80%。广泛采用先进的 自动控制技术是提高和保证环保工程各项指标一个重要环节。2、当前形势目前，在全国684个城市中我国仅有200余座在建和建成的城市污 水处理厂，并且集中在七八十个城市中，全国大约还有600个城市没有 城市污水处理厂。又因为我国的自动化水平比较低，全国城市污水处理 率目询仅达到20%左右，而发达国家由于采用先进的自动
15、化控制技术， 污水处理率已达到85%以上。这一状况与国家提出“至2000年使水环 境污染不断恶化的趋势得到控制，至2010年使总体坏境质量得到改善” 的发展目标是不相称的。3、国民经济根据已建、在建及拟建污水厂的情况，吨水造价在15002000元 之间，运行费用在084元/吨之间。根据这个比例测算我国尚未 投入建设的城市污水厂需要一次性投资1000亿元以上。如果加上市政 管网建设，投资将超过2000亿元，年运行费用250亿元以上。而我国 的城市污水厂建设的资金90%来自于各种贷款。如果每年有200亿元用 于城市污水厂建设，每个项目的平均还贷期为10年，数年后平均每年 偿还的本息将在300亿元以
16、上，仅运行费用及本息就将占我国GDP的l%0如此庞大的投资及运行费用，在经济尚不够发达的我国是不堪重负 的。因此提高自动化控制水平，采用高科技含量的自动化控制系统是降 低运行管理费，减少操作管理人员数量，提高效率的有效措施。4、自动化控制技术的发展El我国在污水处理自动化控制方面控制水平低、品质也较差，这也是 造成我国和发达国家污水处理各种指标差距的一个重要因素。前几年国 家环境保护总局曾对我国55个城市的5000多套工业废水处理设施进行 了大规模的调査。结果表明，运行效果好和比较好的只占24%,而建成 后没能运行或处理能力达不到设计能力一半的设施竞占63.8%,可见我 国的污水处理技术仍处于较低的水平。为了改变我国污水处理技术的这种现状，中央政府
