（机械设计及理论专业论文）污水模拟生成装置集散控制系统的研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t p 2 7 3 学科分类号 4 6 0 5 0 4 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 3 9 1 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 l o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名吕睿学号 2 0 0 4 0 0 0 3 9 1 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 课题来源 与公司合作项目研究方向 机电一体化 论文题目污水模拟生成装置集散控制系统的研究 关键词污水模拟，可编程控制器，人机界面，控制系统，集散控制 论文答辩日期 2 0 0 7 0 5 3 1论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位 学科专长 指导教师冯连勋教授北京化工大学机械 评阅人1盲评 评阅人2何立东教授北京化工大学机电一体化 评阅人3 评阅人4 评阅人5 椭员会拂 郭英 教授北京服装学院 机械 答辩委员1郭英教授北京服装学院机械 答辩委员2何立东教授北京化工大学机电一体化 答辩委员3戴莺莺副教授北京化工大学机电一体化 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法) ) 查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( c b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 455 肿0njjjj8iiii_洲y 摘要 污水模拟生成装置集散控制系统的研究 摘要 污水模拟生成装置是污水处理试验装置的前置部分，为了对生活 污水的处理进行实验研究，该装置通过不同的配料量和配料组合方式 模拟生成不同组分的污水，并实现配料、p h 值和导电率的自动调节 以及用于实验的干扰信号的自动控制。 本课题分析污水模拟生成的工艺及原理，从市场上调研各类电子 控制器的性价比，在此基础上提出了污水模拟生成的控制思想和控制 方案，设计开发污水模拟生成装置的集散控制系统。此控制系统是基 于西门子s 7 3 0 0 系列可编程控制器p l c 、计算机p c 和w i n c c 人机 界面设计工具的基础上，实现污水模拟生成的集中管理，分散控制及 在线自动监控。 模拟生成的污水水质控制研究是基于p i d 及参数整定算法和固态 继电器控制规律。提出了四个p h 值限的控制方案，根据p h 值偏差 的大小进行分段p i d 控制。将p i d 算法输出转化为控制继电器在固 定时间间隔内的接通时间，完成加料量的控制，进而控制水质变化， 实现了由“p i d 算法输出连续量与“继电器通断控制 的转化，这 样使普通的继电器能够承担原来由调节阀才能完成的任务，该方案成 本低，系统构成简单，便于实现且能够保证控制精度。 计量加料控制是基于“失重”测量原理，根据单位时间内料斗中 物料重量的减少量折算成粉末计量装置的即时加料量。人机界面是基 于w i n c c 组态软件设计出一整套界面友好的监控终端，此控制系统 监控其各种工艺参数，使污水模拟生成装置运行更加灵活、稳定、安 全，用户管理更加简单方便。 关键词：污水模拟，可编程控制器，人机界面，控制系统，集散控制 摘要 s t u d yo nt h ed cso fs e w a g es i m u l a t i v e g e n e r a t i o nd e c e a b s t r a ct t h es e w a g es i m u l a t i v eg e n e r a t i o nd e v i c ei st h ep r e p o s i t i v ep a r to f t h es e w a g et r e a t m e n te x p e r i m e n t a ld e v i c e t h ed e v i c eg e n e r a t e sd i f f e r e n t i n g r e d i e n t ss e w a g eb yc h a n g i n gt h ef e e dq u a n t i t ya n dp r o p o r t i o n , i t r e a l i z e st h ea u t o m a t i cc o n t r o lo ft h ef e e d i n g ，p h ，e l e c t r i cc o n d u c t i v i t y a n de x p e r i m e n t a ld i s t u r b i n gs i g n a l s a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so nt h ep r i n c i p l ea n dt e c h n i q u eo ft h e s e w a g es i m u l a t i o n ，t h i st h e s i ss t u d i e da l lk i n d so f e l e c t r i c a lc o n t r o l l e r si n t h ed i s t r i b u t e dm a r k s ，p u tf o r w a r dt h ec o n t r o li d e aa n dp l a no ft h es e w a g e s i m u l a t i o n ，a n df i n a l l yd e s i g n e da n dd e v e l o p e dt h ed i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e mo ft h es e w a g es i m u l a t i v eg e n e r a t i o nd e v i c e t h i sd c s m a k e su s e o fs 7 - 3 0 0 p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e rf r o m s i e m e n s ，p e r s o n a l c o m p u t e ra n dw i n c c ，h m id e s i g n i n gs o f t w a r et or e a l i z ec e n t r a l i z e d m a n a g e m e n t ，d i s t r i b u t e dc o n t r o la n do n l i n es u p e r v i s i o n 北京化工大学硕士学位论文 l i m i t e dv a l u ew a sp u tf o r w a r d t h ef e e d i n gr a t ei sc o n t r o l l e dw i t h c h a n g i n gt h er e l a y ss w i t c h o nt i m ec o n v e a e df r o mt h ea n a l o g u eo u t p u t o fp i da l g o r i t h m ，t h e r e f o r et h eq u a l i t yo fs e w a g ew a t e ri sc o n t r o l l e d t h et h e s i sr e a l i z e dt h ec o n v e r s i o n f r o m ”a n a l o g u eo u t p u to fp i d a l g o r i t h m t o o n o f fc o n t r o l o fr e l a y s ，w i t h u s i n gt h e n o r m a l e l e c t r o m a g n e t i co no f fv a l v e si n s t e a do fe l e c t r o m a g n e t i cr e g u l a t i n g v a l v e s t h i sp l a nh a sc h a r a c t e r i s t i c so fl o w e rc o s t ，s i m p l es y s t e m c o n s t i t u t i o n ，h i g hc o n t r o la c c u r a c ya n di se a s yt or e a l i z e b a s e do nt h ep r i n c i p l eo ft h e “l o s i n g w e i g h t m e a s u r e m e n t ，t h e p o w d e rs u p p l y i n ga n dc a l c u l a t i n gd e v i c ew a sd e v e l o p e d ，w h i c hu s e st h e l o s i n gw e i g h to ft h em a t e r i a l si nt h eh o p p e rd u r i n gau n i tt i m et oc o n v e r t t h en u m b e ri n t ot h er e a l - t i m eo u t p u t b a s e do nt h ew i n c cc o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，aw h o l es e to ft h e f r i e n d l ys u p e r v i s i o nt e r m i n a l s a r e d e s i g n e d i tc a ns u p e r v i s et h e s e r e a l t i m ep a r a m e t e r si no r d e rt om a k et h ed e v i c em o r er o b u s t ，s t a b l ea n d s a f e ，f a c i l i t a t et h eu s e r sm o r ef l e x i b l ea n di m p r o v et h ec o n t r o lp r e c i s i o n a n dp r o d u c t i v i t y k e yw o r d s ：s e w a g et r e a t m e n t ，d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ，p i d c o n t r o l ，p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r , h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e i v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 国内外污水处理发展1 1 1 1 国外污水处理研究现状1 1 1 2 国内污水处理研究现状2 1 1 3 污水处理控制系统3 1 2 集散控制系统概述4 1 2 1 集散控制系统的发展5 1 2 2 集散控制系统的特点6 1 2 3 集散控制系统的未来发展趋势7 1 3 可编程控制器概述8 1 3 1 可编程控制器的发展8 1 3 2 可编程控制器的未来发展趋势1 0 1 4 课题研究的目的和意义11 1 5 课题研究的主要内容12 第二章污水模拟生成装置工艺及控制1 4 2 1 污水模拟生成装置设备简介1 4 2 2 污水模拟生成装置控制系统1 6 2 2 1 液位控制1 6 2 2 2 流量控制1 7 2 2 3p h 值控错i 1 9 2 3 污水模拟生成装置集散控制系统2 0 2 3 1 集散控制系统的结构2 0 2 3 2 集散控制系统的设计思想2 1 2 3 3 集散控制系统的设计与选型2 2 2 4 本章小结2 4 第三章生成箱中模拟污水的水质控制2 6 3 1 生成箱中模拟污水p h 值控制分析2 6 3 1 1 酸碱中和的非线性2 6 3 1 2p h 值响应的时滞性( 时间滞后性) 2 7 3 1 3p h 值响应的不稳定性2 7 3 2p h 值的控制方案2 8 3 3pld 控制原理及数字p ld 算法2 9 北京化工大学硕士学位论文 3 3 1 数字p id 算法3 0 3 3 2 采样周期的选择3 1 3 4 继电器输出的控制3 2 3 5p l c 控制软件的实现3 4 3 5 1 结构化编程3 4 3 5 2 测量值与工程值的转换3 6 3 6 本章小结3 8 第四章失重计量加料控制3 9 4 1 计量加料控制分析3 9 4 2 失重计量装置的原理和特点4 0 4 3 失重计量装置控制系统硬件配置及原理4 1 4 4 质量采集信号噪声的由来与消除4 3 4 4 1 误差产生的原因4 4 4 4 2i ir 数字滤波器应用4 4 4 5 本章小结4 6 第五章p id 控制参数的整定4 7 5 1p id 控制器参数与系统动、静态性能的关系4 7 5 2 常用数字p id 控制器参数的整定4 8 5 2 1 扩充临界比例度法4 8 5 2 2 扩充响应曲线法4 8 5 2 3 试凑法4 9 5 3 基于控制度的p id 参数整定4 9 5 4 本章小结5 1 第六章上位机监控系统5 2 6 1 人机界面设计原则5 2 6 2 组态软件w in c c 简介5 3 6 3 控制系统监控界面的实现5 3 6 4 界面设计5 6 6 4 1 图形组态的实现5 6 6 4 2 数据变量5 6 6 4 3 曲线设计5 7 6 5 数据传输与通讯5 7 6 5 1 工业集散控制系统的网络特点5 7 6 5 2 $ 7 - 3 0 0 的通讯5 8 6 5 3 控制系统与整套污水处理装置d c s 的通讯5 9 目录 6 5 4 控制系统通讯的实现6 0 6 6 本章小结6 0 第七章结论与研究展望6 1 7 1 结论6 1 7 2 研究展望6 2 参考文献6 3 附录w in c cc 脚本二次开发原程序代码6 6 致谢7 2 研究成果及发表的学术论文7 3 北京化工大学硕士学位论文 co n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h ed e v e l o p m e n to ff o r e i g ns e w a g et r e a t m e n t 1 1 1 1t h ep r e s e n tr e s e a r c hs t a t eo ff o r e i g ns e w a g et r e a t m e n t 1 1 1 2t h ep r e s e n tr e s e a r c hs t a t eo fn a t i o n a ls e w a g et r e a t m e n t 2 1 1 3t h ec o n t r o ls y s t e mo fs e w a g et r e a t m e n t 3 1 2t h es u m m a r yo fd c s 4 1 2 1t h ed e v e l o p m e n to fd c s 5 1 2 2t h ec h a r a c t e r i s t i co f d c s 6 1 2 3t h ed e v e l o p i n gt r e n do fd c s 7 1 3t h es u m m a r yo fp l c 8 1 ：；1t h ed e v e l o p m e n to f p l ，c 8 1 ：；2t h ed e v e l o p i n gt r e n do f p l c l ( ) 1 4t h ea i ma n di n s t r u c t i o no ft h i sp r o j e c tr e s e a r c h ll 1 5t h em a i nc o n t e n t so f t h i sp r o j e c tr e s e a r c h 1 2 c h a p t e r2t h ec o n t r o lt e c h n o l o g yo fs i m u l a t i v es e w a g eg e n e r a t i n g d e v i c e 1 4 2 1t h eb r i e fi n t r o d u c t i o no fs i m u l a t i v es e w a g eg e n e r a t i n gd e v i c e 14 2 2t h ec o n t r o ls y s t e mo fs i m u l a t i v es e w a g eg e n e r a t i n gd e v i c e 16 2 2 1l i q u i dl e v e lc o n t r o l 。1 6 2 2 2f l o wc o n t r o l 1 7 2 2 ：；p hv a l u ec o n t r o l 19 2 3t h ed c so fs i m u l a t i v es e w a g eg e n e r a t i n gd e v i c e 2 0 2 3 1t h es t r u c t u r eo fd c s 2 0 2 3 2t h ed e s i g ni d e ao fd c s 。2l 2 3 3t h eh a r d w a r ed e s i g no f d c s 2 2 2 4t h eb r i e fs u m m a r yf o rt h i sc h a p t e r 。2 4 c h a p t e r3t h eq u a h t yc o n t r o lo fs i m u l a t i v es e w a g ei nt h eg e n e r a t i n g t a n k 2 6 3 1t h ea n a l y s i so f p hv a l u ec o n t r o lo f s i m u l a t i v es e w a g ei nt h eg e n e r a t i n gt a n k 2 6 3 1 1t h en o n - l i n e a r i t yi nt h en e u t r a l i z a t i o np r o c e s so f a c i da n da l k a l i 2 6 i v 目录 3 1 2t h er e s l ：i o n s el a go f p hv a l u e 2 7 3 1 3t h er e s p o n s ei n s t a b l i l i t yo f p hv a l u e 2 7 3 2t h ec o n t r o ls h c e r n ef o rp hv a l u e 。2 8 3 3t h ep i dc o n t r o lp r i n c i p l ea n dt h er e a l i z a t i o no f t h ed i 西协lp i d 2 9 3 3 1t h ed i g i t a lp i da l g o r i t h m 。3 0 ：；：；2t h ee l e c t i o no fs a m p l i n gp e r i o d 3l ：；4t h eo u t p u tc o n t r o lo f r e l a y s ：；：z ：；5t h er e a l i z a t i o ni nt h ep l c 3 4 3 5 1t h es t r u c t u r e dp r o g r a m m i n g 3 4 3 5 2t h ec o n v e r s i o nf r o mm e a s u r e dv a l u et oe n g i n e e r i n gv a l u e 3 6 3 6t h eb r i e f s u m m a r yf o rt h i sc h a p t e r 3 8 c h a p t e r4t h ew e i g h t - l o s sc o n t r o lo fs u p p l y i n ga n dc a l c u l a t i n g m a t e r i a l s 3 9 4 1t h ea n a l y s i so f t h es u p p l y i n ga n dc a l c u l a t i n gm a t e r i a l s 3 9 4 2t h ep r i n c i p l ea n df e a t u r e so f t h ew e i g h t - l o s sc a l c u l a t i n gd e v i c e 4 0 4 3t h eh a r d w a r ed e s i g no ft h ew e i g h t 1 0 s sc a l c u l a t i n gd e v i c e 41 4 4t h es o u r c eo ft h en o i s ei nt h ew e i g h tc o n t r o ls y s t e ma n dc l e a n i n g 4 3 4 4 1t h er e a s o no fe r r o rm e a s u i n g z i 4 4 4 2t h ea p p l i c a t i o no fi i i h i g i tf i l t e r 。4 4 4 5t h eb r i e fs u m m a r yf o rt h i sc h a p t e r 4 6 c h a p t e r 5t h et u n eo fp i dc o n t r o l l i n gp a r a m e t e r s 4 7 5 1t h er e l a i o n s h i pb e t w e e np i dc o n t r o lp a r a m e t e r sa n dt h ed y n a m i c s t a t i cs t a t eo f t h es y s t e m 4 7 5 2t h es t a n d a r dt u b eo f d i g i tp i dp a r a m e t e r s 4 8 5 2 1t h ee x p a n d i n gc r i t i c a lp r o p o r t i o nb a n dm e t h o d 4 8 5 2 2t h ee x p a n d i n gr e s p o n s ec u r v em e t h o d 4 8 5 2 3t h em e t h o do f t r i a la n de r r o r 4 9 5 3t h et u n eo f p i dp a r a m e t e r sb a s e do nt h ec o n t r o ld e g r e e 4 9 5 4t h eb r i e fs u m m a r yf o rt h i sc h a p t e r 51 c h a p t e r6 t h em o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e mf o ru p p e rp c 5 2 6 1t h ep r i n c i p l eo f h u m a n m a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g n 5 2 6 2t h eb r i e f i n t r o d u c t i o no f 、m n c cs o f h a r e 5 3 6 3t h er e a l i z a t i o no f m o n i t o r i n gi n t e r f a c ef o rt h ec o n t r o ls y s t e m 5 3 6 4t h ei n t e r f a c ed e s i g n 5 6 v 北京化工大学硕士学位论文 6 4 1t h er e a l i z a t i o no fi n t e r f a c ec o n f i g u r a t i o n ! ；6 6 4 2d a t aa n dv a r i a b l e ! ；6 6 4 3t h ec u i v ed e s i g n 5 7 6 5t h ed a t at r a j i s f e ra n dc o m m u n i c a t i o n ! ；7 6 5 1t h en e t w ：j r kc h a r a c t e r i s t i co fd c s 5 7 6 5 2t h ec o n m m n i c a i o no fs 7 - 3 0 0 5 8 6 5 3t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h i sc o n t r o ls y s t e ma n dt h ei n t e g r a ld c so ft h e s e w a g et r e a t m e n td e v i c e 5 9 6 5 4t h er e a l i z a t i o no fc o m m u n i c a t i o nf o rt h ec o n t r o ls y s t e r n 6 0 6 6t h eb r i e fs u r m a r yf o rt h i sc h a p t e r 6 ( ) c h a p t e r7t h e r e s e a r c hr e s u l t sa n dd e v e l o p m e n t 6 1 7 1t h er e s e a r c hr e s u l t s 6 1 7 2t h er e s e a r c hd e v e l o p m e n t 6 2 r e f e r e n c ea r t i c l e s 6 3 a p p e n d i x 6 6 a c k n o w l e d g e 7 2 t h er e s e a r c hr e s u l t sa n dr e l e a s e da r t i c l e s 7 3 v i 符号说明 符号说明 可编程控制器 比例积分微分 集散控制系统 视窗控制中心 直接数字控制系统 监督控制系统 现场总线控制系统 计算机集成制造系统 计算机集成过程系统 管理信息系统 监控信息系统 过程自动化系统 输入输出 电极斜率 标准电极电位 p i d 控制器的输入信号 p i d 回路的输出 比例增益 积分时间 微分时间 采样周期 n 采样时刻时的p h 值偏差 n - l 采样时刻时的p h 值偏差 采样时刻n ，p i d 回路输出的计算值 n 采样时刻时的p h 值偏差 积分时间常数 微分时间常数 p i d 计算值 继电器接通时间 眦肋嬲眦她l兰一傩鹏潞i星m口目啪哟脚n n弧州州州蔚尉u l 墨 北京化工大学硕士学位论文 参数测量值 参数量程终点值 参数量程起始值 量程终点值对应的a d 转换后的结果 量程起始值对应的a d 转换后的值 测量值对应的a d 输出采样值( 数字滤波输出) ， 加料速率 质量减少值 给料速率 重力 挠度 电阻 电压 模拟量输入 阻带边缘频率 通带波动 阻带衰减 滤波前值 滤波后值 采样序号 权系数 临界比例度 静态增益 等价时滞 等价时间常数 l i y 乙k k工i脯p g v r u舭偬脚舡荆埘啪正k l t 第一章绪论 1 1 国内外污水处理发展 第一章绪论 上世纪六、七十年代以来，污水处理问题开始引起各国政府的高度重视， 并将环境保护列为政府的一项重要职能。 1 9 2 6 年，第一座现代意义的污水处理厂在瑞士苏黎世利马得( l i m m a t ) 河 畔的沃得霍兹里( w e r d h o l z l i ) 建成投入使用。1 9 4 9 年苏黎世又在葛拉特( g l a t t ) 建成第二个污水处理厂，使该市的污水处理率达到1 0 0 。1 9 8 5 年w e r d h o l z l i 污 水厂又完成扩建，并首先建了一座污水博物馆，以提高公众的节水意识【l 】。由于 国外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。一些发 达国家经过数十年的努力，城市污水处理率达到了8 0 - - 9 0 以上，城市的水污 染得到了大大缓解，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。2 0 世纪9 0 年代( 尤其是1 9 9 6 年) 以来，为 了适应经济发展和人民生活水平提高的要求，我国水污染治理工作取得了较大进 展，一大批城市和工业企业建设了污水处理厂。“九五力期间，1 9 9 6 - 1 9 9 7 年治 理废水的资金投入为1 2 0 2 亿元。截至1 9 9 7 年底，共建设污水治理设施4 3 0 1 l 套。目前全国城市建有约1 6 0 座污水处理厂，其中近半数采用了二级生物化学处 理，还有一大批城市污水处理厂正在建设之中。这表明了我国政府对治理污水、 改善环境的决心很大。由于水的净化处理过程越来越复杂，操作控制越来越严格， 手动操作难以达到基本要求，迫切需要采用与之相适应的自动控制系统来保证污 水处理过程稳定、可靠的运行和优良的出水水质，同时降低电耗、药耗和人工成 本，以实现污水处理装置的持续经济运行。目前国内建成的绝大多数大型城市污 水处理厂采用了引进的先进工艺和设备，具有很高的自动化程度，为国内污水处 理厂成功应用自动化技术提供了范例，也使得计算机控制技术在污水处理过程中 所发挥的重要作用得到了普遍重视。但引进设备的高昂代价和维护费用对国内污 水处理厂的建设形成阻碍，面对国内污水处理厂的不断建设和污水处理工艺的快 势在必行2 1 。 北京化工大学硕士学位论文 从国外的一些大型污水处理厂发展可以看到，发达国家在二级处理普及以 后，投入了大量资金和科研力量，加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现 了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在2 0 世纪7 0 年代中期开始实现污 水处理厂的自动控制，目前污水处理厂已实现了工艺流程中主要参数的自动测试 和控制。2 0 世纪8 0 年代以来，在美国召开了两次水处理仪器和自动化的国际学 术会议，会上发表的数百篇论文表明，水处理自动化已经发展到实用水平。目前， 国外污水处理厂自动控制系统普遍具有以下特点【3 】= ( 1 ) 采用分布式计算机控制系统。根据厂区分布情况分设数个分控站，设置 中央控制室，有完善的工业监视系统，操作人员通过控制和通讯网络管理生产过 程，实现了无人值守。 ( 2 ) 控制系统采用冗余化设计。各分控站有独立工作能力，提高了系统的安 全性和可靠性。 ( 3 ) 生产过程不同程度采用智能化控制，可以根据水源变化自动对工艺进行 调整。 ( 4 ) 工艺过程趋于复杂，控制精度要求更高，主要工艺环节必须通过自动控 制才能达到工艺要求，如：混凝、加药、爆气量控制等。 ( 5 ) 大量采用先进的在线式水质分析仪表和智能化仪表，可提供高精度的检 测数据和准确的控制数据。 ( 6 ) 大量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网 络、气象信息等。以瑞典歌德堡r y a 污水处理厂为例，该厂1 9 7 2 年投入运行， 采用自动控制操作。在夜间、周末可以进行无人操作运行，采用便携式计算机和 移动电话，通过国际互联网的帮助，使得操作人员可在任何时候对厂区进行监控。 该厂设有在线式计算机模拟装置，可提前6 小时预测系统进水流量，对系统工艺 进行调整。r y a 还计划使用在线式计算机模拟装置对主泵站进行控制，并采用气 象雷达对污水厂的运行作长期预测。 1 1 2 国内污水处理研究现状 与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，从上世纪7 0 年代开始至 9 0 年代，应用集中巡检，采用热工仪表，应用分析仪表和d c s 。随着一大批利 用国际贷款在国内兴建的大型污水处理厂的建成，使国内污水处理控制系统的自 动化水平有了很大提高。从国内所引进污水厂自动控制系统的现状来看，己广泛 采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺、 2 第一章绪论 新设备也大量出现并得到应用【4 】。其中几个大型污水处理厂如天津东郊污水处理 厂、沈阳北部污水处理厂采用法国全套工艺和设备，在系统运行和工艺过程控制 等方面都达到了很高水准。但就全国范围内的现状来看，即使在自动化程度较高 的处理厂也仍然存在许多问题。综合起来看，国内城市污水处理厂的自动控制系 统有以下特点和不足： ( 1 ) 各种类型、不同等级的控制系统和控制方式并存。大部分新建污水厂开 始采用计算机集散式控制系统，但在大量现有和改造的污水厂，控制系统仍然延 续着巡检和人工方式。 ( 2 ) 开始大量采用可靠性高、维护简便的各种检测仪表和在线水质分析仪 表，为进一步提高污水处理厂自动控制水平提供了基础条件。但目前使用的大多 是进口仪器、仪表，在使用和维护方面仍存在许多问题。 ( 3 ) 各种新的污水处理工艺不断出现，各种控制理论开始得到广泛应用，单 元控制系统( 如混凝剂投加控制、生物滤池控制、曝气控制等) 己逐渐开始采用 自动控制方式。 ( 4 ) 污水处理厂控制系统的监控和通讯功能在硬件、软件开发和利用方面存 在极大不足，妨碍了处理过程的高效、经济运行。 ( 5 ) 许多控制系统的设计和实际工艺不相符，软件汉化比较差，给系统正常 运行造成困难。 ( 6 ) 国产自控系统、仪表和设备的质量、成套和系列化等急需进一步提高， 特别是国内一些复杂高效新工艺的出现，对相应的自动控制设备提出了更高的要 求。 p 从国内城市污水处理厂计算机控制系统的现状来看，目前还没有能够实现 工艺过程全部自动控制的范例。造成这种状况的原因一方面是因为国内污水处理 工艺和生产管理水平不高，另一方面是由于控制系统完全进口，在软件修改、计 算机上存在困难，影响了系统的合理性和统一性。由于软件和控制系统的全面照 搬引进，也使工艺改进无法实施，自控系统扩展性和灵活性大大降低，严重影响 了处理工艺的正常运行。因此，设计和开发适合国情的污水处理厂计算机控制系 统，在吸收国外先进经验和充分了解工艺过程的基础上，研制性能、价格比较高 的污水处理厂计算机自动控制系统产品已是一个迫切的问题。 1 1 3 污水处理控制系统 控制系统的分类方法很多，可按系统的功能分类，也可按照控制规律分类， 北京化工大学硕士学位论文 还可以按控制方式分类。按系统的功能分类，控制系统可分为如下四种类型： ( 1 ) 直接数字控制系统( d d c ) 这类控制系统的主要特点是结构紧凑、轻便灵活、便于维护，有较高的抗 干扰