王岩[1]2004年在《污水生物曝气系统的模糊PID控制技术研究》文中研究说明污水的生物处理过程具有大滞后、非线性、随机性和多变量的特点,曝气环节的传统PID控制虽然在工程上广泛采用,但在实际应用中还存在着一些问题。本文在分析污水处理厂现有活性污泥法曝气原理、国内污水处理厂管理现状、传统控制策略和现有的检测仪表及过程控制计算机等硬件设备的基础上,阐明了在污水处理厂曝气控制的环节上,传统控制策略(PID)的使用及其局限性,并提出解决好曝气系统控制的两个改进方法:一是解决曝气池空气流量的平衡和稳定问题;二是解决溶解氧的控制策略问题。前者采用曝气流量的PID改进控制方法,后者采用溶解氧曝气量的模糊控制方法。目的在于避免传统控制方法对类似生物反应复杂对象传递函数的依赖,保证曝气池溶解氧指标稳定并快速接近设定值目标,同时,减少曝气池调节阀频繁动作带来的危害,减少气量消耗,也减轻运行人员的工作强度。
郭世海[2]2017年在《污水厂曝气系统的优化控制研究》文中进行了进一步梳理我国是一个工业相对发达的国家,工业发展的迅速,必然会导致环境污染的加剧,其中水污染逐渐成为人们比较关注的话题。自然而然污水处理受到了高度的重视。我国污水处理的自动化水平相对而言较低,大多数还处在人工现场操作阶段,或者是通过工控软件远程点动的操作的方式上。自动化程度高一些的污水厂,无非也是采取一些简单的PI控制,或者传统的PID控制方式,这样虽然效率有所提高,但还是取得不了很好的控制效果。同样造成大量的浪费,整个污水厂的运行成本没有显着的下降。在整个污水处理系统中,曝气系统是其中一个非常重要的环节,它的能耗占整个污水处理系统的一半以上,并且对出水的水质起到了关键的作用。所以,曝气系统模型的精确建立并加以先进的控制算法,可以很好的提高整个污水系统的运行效率,降低运行成本。本文针对北京某污水厂的智能曝气控制系统改造项目,并结合污水厂的工艺流程及控制方式进行分析。选用溶解氧DO做为系统的的被控参数。但污水处理过程相当复杂,具有参数时变,非线性,滞后性等特点。所以很难精确的建立溶解氧DO的机理模型。因此我们选用溶解氧DO为主导变量,并选用一些其它与其相关性高且易于获取的数据作为辅助变量,再结合神经网络来建立溶解氧的软测量模型,得到精度较高的软测量模型。针对传统PID控制方式很难取得满意效果的问题,对其加以模糊控制算法,并在MATLAB平台下进行了仿真,取得相对较好的控制效果。最终我们结合实际工程改造。将模糊控制规则加在西门子300PLC程序当中,并结合PLC当中自带的PID块,对溶解氧进行控制,通过改造前后溶解氧曲线的对比得出了,明显看出改造之后的效果明显优于之前的控制方式。而且观察优化前后的鼓风机房耗电量的多少,可以看到确实取得了节能的效果。
张闻豪[3]2012年在《城市污水处理厂节能措施与优化运行技术研究》文中研究说明近年来,我国面临严峻的水资源短缺及污染形势,而解决水污染问题最有效的措施就是建造污水处理厂,其具有显着的社会、经济和环境效益。然而污水处理领域所消耗的能源是非常巨大的,其在运行过程中需要高额的运行费用支撑,这就使得当下污水厂无论是建造还是运行都有很多难题亟需解决,能耗过大的问题已经成为污水处理行业发展的障碍。在当前我国电力资源紧缺,能源供需矛盾加大的形势下,建设能量利用效率高的污水处理厂是我国实现可持续发展战略的必经之路。然而,目前我国历来是把重点放在污水处理厂的设计建设和处理成果上面,往往忽略了污水厂的后续运行成本,这样许多污水厂就会由于污水处理资金收集不到位而减少处理过程,那么出水指标可想而之。久而久之污水处理厂就会成为一个空架子而起不到治理污水的效果。因此污水处理领域的当务之急是在分析处理单元能量转换的基础上对已建污水厂进行节能改造并对新建污水厂做节能设计。本文对典型污水处理工艺做了细致的研究,尤其是工艺和所用设备的运行状况。由此提出了可行的节能方案,主要成果如下：(1)分析了污水厂污水提升泵的工作原理以及最佳工作区域。现有污水提升泵能耗过大的原因就在于实际进水水量小于设计水量,从而使水泵无法在最佳工作区域运行。因此污水提升泵的设计要尽量避免进行估算。此外变频器的使用可以大大增强水泵的工作效率并且对设备有一定的保护作用。(2)曝气设备的能耗历来要在污水处理厂总能耗中占有很大一部分比例。本文就通过热力学理论和界面传质理论对曝气器的工作的原理和氧扩散途径进行了研究分析,得出了对曝气器的进气量进行控制是节能的关键。(3)通过对曝气过程和现有的智能控制技术进行研究,本文将模糊PID控制技术运用在污水处理领域。模糊PID控制器的使用可以将曝气设备持续工作在节能状态下,其抗外界干扰的能力非常好。(4)此外污水处理厂通常会由于节约建设资金而忽视了污泥处理的重要性。在投加药剂的时候,投加量的多少需要通过做精确的实验来确定。而能量回收的关键是对污泥做的合理的处置,将回收能量与污水厂建立起一定的利益关系这样污水厂的建设者们就会乐于建设污泥处置设施从而避免能量的浪费。
原魁[4]2011年在《污水处理厂曝气系统的控制研究》文中提出随着社会经济的发展,城市污水的产生及其数量在不断的增长,污水处理行业越来越受到人们的重视。目前污水处理多采用生物处理技术,即依靠微生物的生化反应分解污水中的有机物,通过曝气维持生物好氧环境是其中的关键环节,曝气量的多少直接影响到出水水质和污水厂的能耗,所以曝气系统控制的研究具有重要现实意义。本文以污水处理厂生物处理系统为研究背景,深入研究了活性污泥处理工艺中的曝气系统。通过对污水水质指标检测情况的分析,确定了将溶解氧浓度作为曝气过程的控制参数。由于污水输入量为随机变量,其外部环境具有许多不确定因素,如水质、水量、水温等因素的变化,而且微生物生化反应的机理和溶解氧的动态平衡过程非常复杂,滞后时间较长,具有非线性、时变等特点,难以建立精确的数学模型。本文在近似处理和经验数据的基础上建立了近似模型,并结合工艺过程分析了目前大多数污水厂采用的单回路PID和串级PID控制系统。由于模糊控制不依赖于被控对象的精确模型,本文尝试在串级PID控制的基础上引入模糊控制,构成模糊PID控制器来整定曝气系统主控回路的PID参数,这样既保持了PID控制器的结构简单、适应性强的优点,又能在线调整PID控制器的参数,以适应曝气过程模型参数的变化。为了简化模糊控制器初始论域的确定并提高控制精度,又引入了变论域思想,构成变论域模糊PID控制器,对曝气系统进行控制。最后,通过Matlab仿真实验分析了曝气系统变论域自适应模糊PID控制的跟踪性能,结果表明,设计的变论域模糊PID控制器超调量较小,调节时间短,对曝气过程参数变化具有一定的适应能力,抗干扰能力较好,能达到较好的控制效果。
徐盼[5]2016年在《模糊PID控制器在污水处理厂曝气池中的应用》文中提出随着全球经济的发展和人们生活水平的提高,生活污水和工业废水的排放量日益加大,给有限的水资源带来了不同程度的污染。目前,防治水污染、保护水环境已成为环境保护的当务之急,提高污水处理的自动化水平对水资源的保护起着至关重要的作用。本文以西安市第四污水处理厂为依托,针对其曝气量的控制只能依据人工经验手动调节的问题,提出模糊PID控制策略并将其应用于曝气控制系统中。以溶解氧浓度值为控制依据,通过控制生物反应池曝气阀门开度的大小,调节鼓风机的进风量,改变池中的溶解氧浓度,保证污水中的有机污染物可以最大程度地被微生物降解,使出水符合国家标准。首先阐述了鼓风曝气环节的作用和工艺,通过分析曝气量与溶解氧浓度值之间的关系,将污水处理过程中的各种测量指标相对比,确定将溶解氧浓度值作为曝气量的控制依据;其次根据溶解氧浓度的物料平衡式建立曝气控制系统的数学模型,针对如何调节曝气阀门开度的问题提出控制方案;然后在MATLAB中将提出的控制方案进行仿真对比,从快速性、抗干扰性和鲁棒性叁个方面分析了各种控制方式的优缺点,经仿真对比,单纯的采用PID控制方式或模糊控制策略,系统的控制性能在某一方面会存在一定的缺陷,而通过模糊PID控制器控制曝气阀门的开度能够提高系统的抗干扰性和鲁棒性;最后采用西门子S7-300 PLC作为曝气控制系统的硬件核心,搭载WINCC上位机对整个系统运行过程进行监控,软件部分通过查询离线模糊控制表的形式来实现模糊PID控制算法在PLC中的运行。通过系统调试结果论证了:在曝气环节中采用模糊PID控制策略调节曝气阀门的开度,可以有效地减小系统超调量,缩小溶解氧浓度值的波动范围,有效地避免了由于人为原因而导致溶解氧浓度忽大忽小的状况,使得阀门开度的控制有依可寻,提高系统的控制性能。
郝国兴[6]2017年在《城市污水处理工艺控制方案设计及曝气控制优化》文中进行了进一步梳理近年来,环境保护问题日益受到人们的关注,而污水是造成环境污染的重要因素之一,因此,发展污水处理事业势在必行。现今,污水处理厂越来越多,但大部分自动化水平很低,导致浪费大量的人力物力,而且出水水质并不稳定,因此,提升其自动化水平已迫在眉睫。本文研究对象为达坂城污水处理厂的自动控制系统,针对其现场情况设计了一套集监控级、控制级以及现场级于一体的分布式控制系统。控制方法则选用PLC+IPC方式,其中PLC选用西门子S7-400 PLC,基于本厂的工艺流程,通过STEP 7实现控制程序的开发;IPC的组态软件则选用组态王软件;应用于污水处理的通信方式很多,通过分析其优缺点并结合实际情况,通信方式选用“PROFIBUS现场总线+工业以太网”。氧化沟的曝气控制是本控制系统中的难点之一,主要因为曝气过程具有大滞后、非线性的特性,因此本文对其曝气控制过程进行了优化,首先对曝气系统的控制参数进行选择,选定溶解氧浓度(DO)作为控制参数,其次设计了曝气过程基于DO的简化数学模型,并在SIMULINK进行建模,分别加入PID、模糊PID以及Smith-模糊PID叁种控制方案,对叁种方案的仿真效果进行比较,得出Smith-模糊PID方案的超调量、上升时间和调节时间比其它两种方案的仿真结果要小,控制效果最佳。本控制系统的软件设计也分为上位机和下位机,下位机通过软件设计实现污水处理厂的控制要求,特别是曝气控制部分,采用模糊PID控制策略,从而使出水效果更好,而上位机则通过组态软件实现对污水处理流程的监控画面的设计,利用组态王强大的组态功能,实现对污水处理过程的持续监测及控制。运行该系统后,出水水质已达到国家标准要求。本设计实现了污水处理厂的自动控制及监测,提高了污水处理的自动化水平,对于类似环境污染问题的解决具有重大的现实意义。
邹许鑫[7]2009年在《昆明市污水处理厂能耗分析与节能技术研究》文中提出污水处理是能源密集型的综合技术,污水处理厂内耗费的能量是电能。伴随中国经济高速发展而来的能源危机和环境危机,人们更加关注其中的能耗问题。为建设资源节约型、环境友好型社会,需要开展高能源资源的利用效率的污水处理先进适用技术。根据资料表示,城市污水处理厂电耗约占总能耗60～90%,主要用于污水、污泥的提升,生物系统的供氧以及污泥处理这几个工艺过程。本文主要研究的是昆明市主城区污水处理厂的能耗情况,重点是电耗问题。在调研获得昆明市六个污水处理厂的一年内的运营状况资料后,分析各处理工艺、各设备的电耗情况,获得昆明市主城区污水处理厂工艺的能量利用特点,以及处理厂各工序主要系统的能耗水平,常用设备的装机容量和实际利用容量状况,对直接能耗(主要是吨水电耗)费用作出评估。结合能量衡算法分析污水处理厂各处理单元能量消耗情况,对污水处理厂能量传递过程进行分析。根据分析结果对城市二级污水处理工艺中耗费电能最多的曝气设备展开具体的研究。对曝气方式,曝气池溶解氧的转移规律,影响氧气转移的因素展开研究,描述和理解溶解氧的传递过程,提出模糊PID控制加强对曝气设备的控制,对工艺设计提供理论上的技术指导优化运行,为污水处理厂的节能设计提供理论依据。污水厂中的曝气池是一个复杂的微生物生态反应系统,污水厂的处理过程中,溶解氧DO的需求量是在有规律地变化着。它是重要的指示性参数,不仅影响污水处理效果,还关系到运行费用。随着污水处理过程中负荷的变化,需氧量也随之变化。采用模糊PID控制算法通过供气量的控制,随反应过程提供所曝气过程所需的氧,达到比较明显的节能效果,解决污水处理厂中广泛存在的溶解氧控制问题,从污水厂的自动化控制的上方面满足工艺需求,达到曝气机的节能的目的。保障污水处理厂正常的、连续、低能耗的运行。针对污水处理厂中各种泵的电耗问题,探讨影响污水泵效率的原因,提出以变频调速、削切叶轮等的对污水处理厂各种泵中的节能措施。结合昆明地区的特点对适合地区特点的污泥农用和堆肥技术进行探讨,期望回收污泥中能够得到利用的部分能量,达到节能、减排、增效的目的。
周瑜[8]2012年在《AAO工艺曝气控制系统的建模和控制策略的研究》文中进行了进一步梳理为了保护有限的水资源,必须大力发展我国的污水处理事业。在污水处理工艺中,AAO法是一种比较成熟、稳定的生物处理工艺,而且也比较适合我国国情。AAO工艺的核心在于曝气过程,但由于生物处理过程复杂,目前仍有很多问题没有得到解决。因此对AAO工艺中的曝气系统控制进行深入研究具有十分重要的意义。AAO工艺的生物处理过程具有不确定性、非线性、时变性等特点。目前尚没有一个精确的数学模型能准确地描述其反应过程,同时也没有能直接反映处理过程的水质参数的传感器。因此,本文针对单纯的传统控制方式应用于曝气过程中存在的缺陷,本文提出了传统的PID与模糊控制结合的方法,实现对AAO工艺曝气系统的自动控制,以提高污水处理效率,降低污水处理能耗,确保污水处理厂出水水质。本文深入分析了AAO工艺中曝气过程的工艺参数的相应关系和特征,建立了以溶解氧作为控制系统的反馈信号的数学模型,在此基础上,设计了PID、模糊、模糊PID控制器,并利用Matlab软件对叁种控制器进行仿真和比较,由此确定了系统采用模糊PID的控制策略。最后本文将模糊PID控制策略应用于宁波新周污水处理厂污水处理工艺曝气控制系统,通过对运行过程中溶解氧等控制参数的变化趋势的分析,验证了模糊PID控制策略的有效、合理性。
郑鹏飞[9]2010年在《桂阳县污水处理厂自动化监控系统设计与研究》文中指出随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要,污水处理越来越受到社会的重视。污水处理既可以起到环保作用,又实现了水的重复利用,节约水资源。为了提高污水处理的效率和质量,同时节省大量的人力和物力,设计一套自动化监控系统是十分必要的。本文以桂阳县污水处理厂为背景,介绍了该厂的卡鲁塞尔2000氧化沟的工艺流程、工艺特点及各项技术指标。根据现场实际设备及控制对象特点进行了控制系统的选型与设计,构成了由现场控制级和过程控制级组成两级计算机集散控制系统,使生产过程中的信息能集中管理、分散控制,提高了系统可靠性。利用西门子S7-300、S7-200系列PLC产品作为数据采集及控制单元,采用Microsoft公司Visual C# 2008开发工具开发上位软件,上位机通过PROFIBUS现场总线和各个控制单元通信。上位机和控制单位配合各种检测仪表和控制设备对污水的液位、流量、pH值及溶解氧浓度等控制量进行数据采集与监视、数据的分析与处理。本文以工艺流程为线索对整个控制系统的结构、硬件配置、监控软件、视频监视系统的功能作了具体的说明,并单独介绍了污水处理厂的视频监视系统设计的原则和多种通信协议结合的通信网络。溶解氧(DO)是污水处理过程中表征水质的重要参数,是控制重点,但因为污水成分波动性比较大,所以又是控制难点。在对控制对象作了大量的研究后,结合其它污水处理厂DO的控制经验,采用将模糊控制和PID控制相结合的模糊PID控制算法,控制曝气机曝气过程,使DO的含量控制在一定的范围之内。本系统已在桂阳县污水处理厂投入运行,运行效果良好,达到了预期的控制目的,具有很好的经济和社会意义。
张凌雁[10]2005年在《基于模糊PID控制策略的污水处理自动化监控系统的研究》文中研究说明本文以成都中工科技有限公司的“深圳滨河污水泵站自动化监控系统的改造项目”为基础,根据污水处理厂的实际应用需要,综合对比了国内污水处理厂自动化监控系统的几种常用形式,提出了以以太网和现场总线(CCLINK总线)为网络连接方式的IPC+PLC分布式控制系统方案。 首先,针对鼓风曝气过程的大滞后、非线性和时变等特点,以溶解氧浓度DO作为控制对象建立数学模型,利用模糊PID控制策略对其进行控制,并通过MATLAB仿真与PID控制和常规模糊控制策略的运用结果进行对比。 其次,由于固定的模糊PID控制参数无法保证在各种工况下对DO的控制效果,因此利用遗传算法来自动优化设计模糊PID控制器的几个关键参数:隶属度函数、模糊控制规则表及比例因子,然后对其进行了MATLAB仿真,并与基于遗传算法的PID控制和常规模糊控制策略的仿真结果进行了对比。 最后,以降低能耗、节约人工、提高水质及大功率设备的保护和合理配置为目标,选用叁菱公司的QPLC和FXPLC分别构建了污水处理厂泵站和曝气系统的自动化监控系统,并详细阐述了整个污水处理监控系统的硬件配置以及PLC监控系统的软件流程图。其中泵站部分的监控系统已经正式投入运行并取得了良好的运行效果。
参考文献：
[1]. 污水生物曝气系统的模糊PID控制技术研究[D]. 王岩. 天津大学. 2004
[2]. 污水厂曝气系统的优化控制研究[D]. 郭世海. 昆明理工大学. 2017
[3]. 城市污水处理厂节能措施与优化运行技术研究[D]. 张闻豪. 太原理工大学. 2012
[4]. 污水处理厂曝气系统的控制研究[D]. 原魁. 东北大学. 2011
[5]. 模糊PID控制器在污水处理厂曝气池中的应用[D]. 徐盼. 西安科技大学. 2016
[6]. 城市污水处理工艺控制方案设计及曝气控制优化[D]. 郝国兴. 新疆大学. 2017
[7]. 昆明市污水处理厂能耗分析与节能技术研究[D]. 邹许鑫. 昆明理工大学. 2009
[8]. AAO工艺曝气控制系统的建模和控制策略的研究[D]. 周瑜. 上海交通大学. 2012
[9]. 桂阳县污水处理厂自动化监控系统设计与研究[D]. 郑鹏飞. 山东大学. 2010
[10]. 基于模糊PID控制策略的污水处理自动化监控系统的研究[D]. 张凌雁. 西南交通大学. 2005
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