污水處理廠測量、自動控制與故障診斷

1 污水處理工藝流程及水質參數1
1.1 常見的污水處理方法1
1.2 污水的三級處理工藝5
1.2.1 一級處理工藝5
1.2.2 二級處理工藝6
1.2.3 三級處理工藝10
1.3 污水處理技術的新發(fā)展11
1.4 污水處理廠工藝和水質參數12
1.4.1 污水處理廠工藝參數12
1.4.2 污水處理廠水質參數15
1.5 污水處理廠水質測量16
1.5.1 污水水質測量技術現狀16
1.5.2 污水水質測量中現存的問題17
1.5.3 實現污水處理廠水質參數測量的意義18
2 污水處理廠傳感器及測量19
2.1 傳感器簡介20
2.1.1 傳感器的定義20
2.1.2 傳感器的分類20
2.1.3 傳感器的特性21
2.2 幾種常見的傳感器22
2.2.1 溫度傳感器22
2.2.2 光電傳感器23
2.2.3 電阻式傳感器25
2.2.4 流量傳感器25
2.2.5 生物傳感器27
2.3 pH值和堿度的測量29
2.3.1 測定pH值的方法29
2.3.2 市場上現有的pH計30
2.3.3 堿度的測量30
2.4 氧化還原電位的測量32
2.4.1 ORP的基本概念和測量原理32
2.4.2 ORP在污水生物處理中的應用33
2.4.3 市場上現有的數顯ORP計34
2.5 溶解氧的測量35
2.5.1 濕化學法測定DO35
2.5.2 膜電極法測定DO濃度36
2.5.3 市場上的DO傳感器37
2.6 有機物濃度的測量38
2.6.1 生化需氧量的測量38
2.6.2 化學需氧量的測量42
2.6.3 總有機碳的測量45
2.6.4 有機酸的測量47
2.7 氮和磷（營養(yǎng)物）的測量48
2.7.1 氨氮的測量48
2.7.2 硝酸氮和亞硝酸氮的測量50
2.7.3 有機氮的測量50
2.7.4 總氮的測量51
2.7.5 可溶性正磷酸鹽的測量52
2.7.6 氮磷檢測傳感器的設計52
2.8 光學探頭和采樣系統(tǒng)54
2.8.1 光學探頭54
2.8.2 采樣系統(tǒng)54
2.9 活性污泥性質的測量55
2.9.1 活性污泥呼吸速率的測量55
2.9.2 污泥沉降比和污泥體積指數的測量59
2.9.3 污泥濃度的測量60
3 軟測量技術62
3.1 軟測量技術基本原理63
3.1.1 輔助變量63
3.1.2 數據采集及預處理63
3.1.3 主導變量與輔助變量之間的時序匹配71
3.2 軟測量模型73
3.2.1 軟測量的數學描述73
3.2.2 影響軟測量模型性能的主要因素74
3.2.3 軟測量模型的在線校正與維護76
3.2.4 軟測量模型的設計步驟76
3.2.5 軟測量模型存在的問題78
3.3 軟測量建模方法79
3.3.1 基于機理分析的軟測量建模方法79
3.3.2 基于對象數學模型的軟測量建模方法79
3.3.3 基于統(tǒng)計回歸分析的軟測量建模方法80
3.3.4 基于統(tǒng)計學習理論的軟測量建模方法82
3.3.5 基于人工智能的軟測量建模方法83
3.3.6 混合建模方法87
3.4 軟測量技術在污水處理領域應用現狀及前景展望89
3.4.1 軟測量技術在污水處理領域的研究現狀89
3.4.2 軟測量技術在污水處理系統(tǒng)中的應用前景91
4 基于人工神經網絡的軟測量技術94
4.1 人工神經網絡理論94
4.1.1 人工神經網絡的概念94
4.1.2 神經網絡的發(fā)展歷史95
4.1.3 人工神經網絡的特點96
4.1.4 人工神經網絡的分類96
4.1.5 人工神經網絡的結構97
4.1.6 神經元特征函數97
4.1.7 人工神經網絡在污水處理中的應用98
4.2 建立人工神經網絡模型的技術路線99
4.2.1 確定問題99
4.2.2 解決方法100
4.2.3 建立人工神經網絡模型100
4.2.4 模型的應用及信息反饋104
4.3 基于人工神經網絡的污水處理軟測量模型104
4.3.1 基于BP神經網絡的污水處理系統(tǒng)軟測量模型104
4.3.2 基于RBF神經網絡的污水處理系統(tǒng)軟測量模型114
5 基于統(tǒng)計回歸的軟測量技術119
5.1 基于MLR的軟測量技術119
5.1.1 MLR的基本原理119
5.1.2 基于MLR的污水處理軟測量模型120
5.2 基于MSR的軟測量技術126
5.2.1 基本原理126
5.2.2 基于MSR的軟測量模型129
5.3 基于PCR的軟測量技術131
5.3.1 PCR的基本原理131
5.3.2 基于PCR的污水處理軟測量模型132
5.3.3 基于PCR和MLR的軟測量模型比較135
5.4 基于PLS的軟測量技術135
5.4.1 PLS方法概述136
5.4.2 PLS與PCR的比較138
5.4.3 PLS方法研究現狀140
5.4.4 基于PLS的污水處理軟測量模型146
6 污水處理廠測量儀表149
6.1 儀器儀表149
6.2 傳統(tǒng)儀表150
6.3 智能儀表150
6.3.1 智能儀表的特點150
6.3.2 智能儀表的結構151
6.3.3 智能儀表的基本功能151
6.3.4 國內外智能儀表的發(fā)展現狀152
6.3.5 智能儀表的發(fā)展趨勢152
6.4 綜合儀表153
6.4.1 常規(guī)智能儀表的不足153
6.4.2 綜合儀表的特點154
6.5 污水處理廠測量儀表154
6.5.1 工藝流程155
6.5.2 污水處理過程儀表和傳感器155
6.5.3 污水處理廠計量監(jiān)測儀表的配置159
6.5.4 檢測點的設置161
6.5.5 儀表的設計選型原則162
6.5.6 我國污水處理廠儀表應用的現狀162
6.5.7 智能儀表在污水處理廠的使用162
6.6 在線軟測量儀表164
6.6.1 軟測量技術的實現方法164
6.6.2 軟測量儀表的總體結構設計164
6.6.3 軟測量儀表的人機交互設計165
7 污水處理廠自動控制概述168
7.1 實現污水處理自動控制的技術背景168
7.1.1 概述168
7.1.2 控制系統(tǒng)概念168
7.1.3 自動控制技術發(fā)展史169
7.2 污水控制系統(tǒng)的發(fā)展過程169
7.3 污水處理廠自動控制技術研究進展171
7.3.1 我國污水處理廠自控系統(tǒng)發(fā)展狀況171
7.3.2 國外污水處理廠自控系統(tǒng)發(fā)展狀況172
7.4 污水處理控制技術的難點173
7.5 污水處理自動控制的發(fā)展方向174
7.6 污水處理廠智能控制技術175
7.7 污水處理廠自動化控制的意義177
8 現代污水處理廠三種控制技術178
8.1 集散型計算機控制系統(tǒng)178
8.1.1 概述178
8.1.2 DCS的網絡結構及特點178
8.1.3 DCS的穩(wěn)定性179
8.2 現場總線控制系統(tǒng)180
8.2.1 現場總線基本概念180
8.2.2 現場總線產生的意義180
8.2.3 現場總線的特點181
8.2.4 五種典型的現場總線182
8.2.5 現場總線的網絡結構184
8.2.6 基于現場總線的集散式計算機控制系統(tǒng)188
8.2.7 現場總線技術展望與發(fā)展趨勢190
8.3 工業(yè)以太網控制系統(tǒng)190
8.3.1 工業(yè)以太網技術概述190
8.3.2 工業(yè)以太網技術的發(fā)展現狀191
8.3.3 工業(yè)以太網通訊協(xié)議192
8.3.4 工業(yè)以太網關鍵問題193
9 可編程邏輯控制器201
9.1 可編程控制器的定義201
9.2 PLC的功能和特點201
9.3 PLC的分類和各部組成203
9.3.1 分類203
9.3.2 各部組成203
9.4 PLC的主要技術指標204
9.5 PLC的工作原理205
9.6 PLC的編程語言和過程控制206
9.7 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢207
9.8 PLC控制系統(tǒng)冗余技術207
9.9 PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應用209
9.9.1 污水處理控制系統(tǒng)的工藝流程及設備控制要求209
9.9.2 污水處理控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置210
9.9.3 污水處理控制系統(tǒng)程序設計和調試211
9.9.4 污水處理控制系統(tǒng)PLC程序213
10 污水處理廠計算機監(jiān)控及數據分析系統(tǒng)221
10.1 監(jiān)控系統(tǒng)介紹221
10.1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的含義及發(fā)展狀況221
10.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的特點221
10.1.3 監(jiān)控系統(tǒng)的分類222
10.1.4 監(jiān)控系統(tǒng)的功能及結構222
10.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設計222
10.2.1 設計的原則222
10.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的技術要求223
10.3 監(jiān)控系統(tǒng)組成223
10.4 工業(yè)組態(tài)軟件224
10.4.1 組態(tài)軟件的特點224
10.4.2 上位機組態(tài)軟件的選擇225
10.4.3 工業(yè)組態(tài)軟件介紹225
10.5 數據分析系統(tǒng)234
10.6 數據分析系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的接口234
11 污水處理自動控制系統(tǒng)設計238
11.1 控制系統(tǒng)的設計要求238
11.2 控制系統(tǒng)的結構設計238
11.3 城市污水處理控制系統(tǒng)建立的功能240
11.4 控制系統(tǒng)運行模式240
11.5 控制系統(tǒng)方案241
11.6 控制策略241
11.7 自控系統(tǒng)設備及軟件243
11.7.1 控制系統(tǒng)上位機243
11.7.2 控制系統(tǒng)下位機245
11.8 上下位機通信方式的選用248
11.8.1 數據通信基礎知識248
11.8.2 控制系統(tǒng)網絡249
12 污水處理廠各處理構筑物自動控制252
12.1 過程儀表選擇252
12.2 粗格柵間控制252
12.3 細格柵、沉砂池控制256
12.4 鼓風機房過程控制257
12.5 污泥脫水過程控制260
12.6 變配電所過程控制261
12.7 報警及報表262
13 污水處理廠過程參數模糊控制263
13.1 模糊控制的發(fā)展和應用263
13.2 模糊控制的特點264
13.3 模糊控制在污水處理中的應用264
13.4 模糊控制器的理論分析265
13.4.1 模糊控制系統(tǒng)265
13.4.2 模糊控制器的控制原理與設計266
13.5 污水處理COD模糊控制算法應用275
13.6 污水處理DO模糊控制應用280
14 污水處理廠自動控制應用實例285
14.1 四川省新都污水處理廠自動控制285
14.2 河南省鶴壁市污水處理廠自動控制288
14.3 濟源市污水處理廠自動控制296
14.4 大連泉水污水處理廠自動控制299
15 故障診斷的基本問題308
15.1 故障診斷的一些基本概念309
15.1.1 系統(tǒng)故障309
15.1.2 故障診斷310
15.2 故障診斷的任務和內容310
15.3 故障診斷的過程311
15.3.1 故障檢測方法311
15.3.2 故障診斷過程312
15.4 故障診斷系統(tǒng)性能評價指標313
15.5 故障診斷的代表性方法313
15.5.1 基于解析模型的故障診斷方法314
15.5.2 基于信號處理的方法317
15.5.3 基于知識的故障診斷方法318
15.6 故障診斷的智能化320
15.7 故障診斷目前存在的主要問題和發(fā)展趨勢321
15.7.1 故障診斷目前存在的主要問題和發(fā)展趨勢321
15.7.2 智能故障診斷技術的發(fā)展趨勢322
16 污水處理廠異常問題診斷與修復323
16.1 活性污泥生物處理工藝的主要運行問題324
16.2 活性污泥系統(tǒng)異常問題產生的原因324
16.2.1 活性污泥系統(tǒng)受損的原因324
16.2.2 產生污泥膨脹的原因325
16.2.3 產生生物浮沫的原因326
16.3 異常問題診斷與修復體系327
16.3.1 污泥系統(tǒng)異常問題的診斷技術327
16.3.2 污水生物處理系統(tǒng)異常問題的解決對策328
16.4 現代污水處理廠異常運行問題評定與控制方法330
16.4.1 污泥膨脹、浮渣和泡沫中絲狀菌的評定方法330
16.4.2 污泥膨脹、浮渣和泡沫中絲狀菌的控制方法330
16.5 污泥系統(tǒng)受損的快速診斷指標332
17 污水處理廠故障檢測334
17.1 污水處理工藝過程故障檢測的意義334
17.2 支持向量機用于故障檢測的優(yōu)勢335
17.3 支持向量機理論335
17.3.1 統(tǒng)計學習理論與支持向量機335
17.3.2 基于SVM的二值分類339
17.3.3 支持向量機多分類算法342
17.3.4 粗糙集支持向量機混合方法343
17.4 SVM用于污水處理工藝過程故障檢測的實例345
17.4.1 加權SVM算法用于污水處理工藝過程故障檢測346
17.4.2 RSSVM方法用于污水處理工藝過程故障檢測347
18 污水處理工藝過程故障診斷系統(tǒng)設計與實現349
18.1 智能故障診斷技術在污水處理領域的應用現狀349
18.2 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法350
18.2.1 專家系統(tǒng)的基本概念與發(fā)展現狀351
18.2.2 專家系統(tǒng)的組成351
18.2.3 專家系統(tǒng)與數據庫的結合——專家數據庫系統(tǒng)354
18.2.4 專家系統(tǒng)在污水處理故障診斷中的應用354
18.3 模糊專家系統(tǒng)概述358
18.3.1 模糊變量的處理359
18.3.2 模糊專家系統(tǒng)在解決實際問題中的優(yōu)點360
18.3.3 模糊專家系統(tǒng)的結構361
18.3.4 模糊專家系統(tǒng)用于故障診斷361
18.4 污水處理工藝過程故障診斷系統(tǒng)設計363
18.4.1 數據庫363
18.4.2 模糊知識表示364
18.4.3 推理機制的實現368
18.4.4 解釋機的實現370
18.5 開發(fā)環(huán)境及工具370
參考文獻372