基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的污水處理自動控制系統(tǒng)

【摘要】：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)高度綜合與集成的產(chǎn)物，是一種開放式和分布式的新模式?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。 目前我國85％以上的污水未經(jīng)處理直接排入水體，危害人民身體健康和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，興建現(xiàn)代化的污水處理廠已是刻不容緩。 本文分析了現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，介紹了現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議。從PROFIsafe主要特征通信原理、故障安全保護措施、報文結(jié)構(gòu)等方面對PROFIBUS故障安全通信技術(shù)進行了探討。以江西省某縣城市污水處理廠計算機過程控制為背景，根據(jù)污水處理的工藝流程，提出了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的污水處理自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，設(shè)計出污水處理廠自動控制系統(tǒng)圖和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)配置方案。針對污水處理過程中的難點——污水曝氣過程控制的控制策略進行了研究，采用模糊控制策略，可以比較準(zhǔn)確地反映污水水質(zhì)的變化，合理控制曝氣量，節(jié)省運行費用。 論文設(shè)計的基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的污水處理自動控制系統(tǒng)，采用了國外先進的卡魯塞爾氧化溝曝氣工藝，摒棄了傳統(tǒng)的A／O工藝、接觸氧化工藝，應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了作為上位控制的工控機IPC、污水泵站PLC、曝氣過程PLC、排泥系統(tǒng)PLC為主動站之間的通訊，以及上述主動站與作為從動站的污水泵站中的軟起動器、曝氣過程中的變頻器、工藝應(yīng)用中的智能傳感器和外圍I／O設(shè)備之間的通訊。 該項目2004年6月交付使用，經(jīng)處理的出水水質(zhì)達到設(shè)計排放要求，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。運行結(jié)果表明，該項目的研發(fā)具有較為重要的現(xiàn)實意義。 【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)場總線 PROFIBUS 曝氣過程 模糊控制 PLC
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號】：TP273.5
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-19
• 1．1 概述10-11
• 1．1．1 現(xiàn)場總線的概念10
• 1．1．2 現(xiàn)場總線的技術(shù)特征10-11
• 1．2 現(xiàn)場總線的優(yōu)點11-12
• 1．3 典型現(xiàn)場總線簡介12-15
• 1．3．1 基金會現(xiàn)場總線12
• 1．3．2 LonWorks12-13
• 1．3．3 PROFIBUS13-14
• 1．3．4 CAN14
• 1．3．5 HART14
• 1．3．6 RS-48514-15
• 1．4 現(xiàn)場總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢15-16
• 1．5 污水處理廠自動化控制的意義16-17
• 1．6 本課題研究的目標(biāo)及方案17-19
• 第2章 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信協(xié)議19-29
• 2．1 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)19
• 2．2 現(xiàn)場總線的通信協(xié)議19-22
• 2．2．1 現(xiàn)場總線通信模型19-20
• 2．2．2 現(xiàn)場總線物理層20-21
• 2．2．3 現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)鏈路層21-22
• 2．2．4 現(xiàn)場總線通信協(xié)議特點22
• 2．3 PROFIBUS故障安全通信技術(shù)探討22-29
• 2．3．1 PROFIsafe的主要特征23
• 2．3．2 通信原理：“Black Channel”和F-(Failsafe)層結(jié)構(gòu)23-25
• 2．3．3 故障安全保護措施：附加的CRC是關(guān)鍵25-27
• 2．3．4 F-報文結(jié)構(gòu)27
• 2．3．5 SIL-監(jiān)視器(Monitor)的機理及其作用27-28
• 2．3．6 F-控制系統(tǒng)對F-從站的支持通過FDT／DTM28-29
• 第3章 污水處理工藝流程及其自動控制29-44
• 3．1 江西某縣城市污水處理廠工程背景29-30
• 3．1．1 城市概況29
• 3．1．2 城市供水現(xiàn)狀29-30
• 3．1．3 污水處理廠建設(shè)規(guī)模30
• 3．1．4 污水水質(zhì)及處理程度的確定30
• 3．2 污水處理的工藝流程30-34
• 3．3 實現(xiàn)污水處理自動控制的技術(shù)背景34-35
• 3．4 基于現(xiàn)場總線的集散式計算機控制系統(tǒng)(FDCS)綜述35-39
• 3．4．1 FDCS與DCS、FCS的結(jié)構(gòu)比較36-37
• 3．4．2 基于FDCS的現(xiàn)場控制器的設(shè)計37-39
• 3．5 國內(nèi)外污水處理廠自動控制技術(shù)研究現(xiàn)狀39-41
• 3．6 污水處理控制技術(shù)的難點41
• 3．7 污水處理廠污水處理自動控制系統(tǒng)方案41-43
• 3．8 小結(jié)43-44
• 第4章 基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的污水處理自動控制系統(tǒng)44-65
• 4．1 污水處理廠PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計44-53
• 4．1．1 污水處理廠網(wǎng)絡(luò)選擇44-46
• 4．1．2 PROFIBUS體系結(jié)構(gòu)46-49
• 4．1．3 污水處理廠PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)配置49-52
• 4．1．4 污水處理廠網(wǎng)絡(luò)通信軟件設(shè)計52-53
• 4．2 污水曝氣過程控制策略的研究及仿真53-63
• 4．2．1 曝氣過程控制參數(shù)選擇53-55
• 4．2．2 污水曝氣一般控制策略55-63
• 4．2．2．1 曝氣過程仿真模型的建立55-56
• 4．2．2．2 PID控制56-57
• 4．2．2．3 SMITH預(yù)估控制57-59
• 4．2．2．4 模糊控制59-63
• 4．2．2．5 控制策略比較63
• 4．3 實際系統(tǒng)運行情況63-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻67-69
• 致謝69-70
• 附錄A70-71
• 附錄B71

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