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(zhì)參數(shù)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(shù)的新發(fā)展11
1.4 污水處理廠工藝和水質(zhì)參數(shù)12
1.4.1 污水處理廠工藝參數(shù)12
1.4.2 污水處理廠水質(zhì)參數(shù)15
1.5 污水處理廠水質(zhì)測量16
1.5.1 污水水質(zhì)測量技術(shù)現(xiàn)狀16
1.5.2 污水水質(zhì)測量中現(xiàn)存的問題17
1.5.3 實(shí)現(xiàn)污水處理廠水質(zhì)參數(shù)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(xiàn)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(yīng)用33
2.4.3 市場上現(xiàn)有的數(shù)顯ORP計34
2.5 溶解氧的測量35
2.5.1 濕化學(xué)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(jī)物濃度的測量38
2.6.1 生化需氧量的測量38
2.6.2 化學(xué)需氧量的測量42
2.6.3 總有機(jī)碳的測量45
2.6.4 有機(jī)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(jī)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(shè)計52
2.8 光學(xué)探頭和采樣系統(tǒng)54
2.8.1 光學(xué)探頭54
2.8.2 采樣系統(tǒng)54
2.9 活性污泥性質(zhì)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(shù)的測量59
2.9.3 污泥濃度的測量60
3 軟測量技術(shù)62
3.1 軟測量技術(shù)基本原理63
3.1.1 輔助變量63
3.1.2 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理63
3.1.3 主導(dǎo)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(shù)學(xué)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(hù)76
3.2.4 軟測量模型的設(shè)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(jī)理分析的軟測量建模方法79
3.3.2 基于對象數(shù)學(xué)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(xué)習(xí)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(shù)在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望89
3.4.1 軟測量技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀89
3.4.2 軟測量技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用前景91
4 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量技術(shù)94
4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論94
4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念94
4.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史95
4.1.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)96
4.1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類96
4.1.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)97
4.1.6 神經(jīng)元特征函數(shù)97
4.1.7 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在污水處理中的應(yīng)用98
4.2 建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的技術(shù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型100
4.2.4 模型的應(yīng)用及信息反饋104
4.3 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理軟測量模型104
4.3.1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理系統(tǒng)軟測量模型104
4.3.2 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shù)119
5.1 基于MLR的軟測量技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)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(diǎn)150
6.3.2 智能儀表的結(jié)構(gòu)151
6.3.3 智能儀表的基本功能151
6.3.4 國內(nèi)外智能儀表的發(fā)展現(xiàn)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(diǎn)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(diǎn)的設(shè)置161
6.5.5 儀表的設(shè)計選型原則162
6.5.6 我國污水處理廠儀表應(yīng)用的現(xiàn)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(shù)的實(shí)現(xiàn)方法164
6.6.2 軟測量儀表的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計164
6.6.3 軟測量儀表的人機(jī)交互設(shè)計165
7 污水處理廠自動控制概述168
7.1 實(shí)現(xiàn)污水處理自動控制的技術(shù)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(shù)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(shù)研究進(jìn)展171
7.3.1 我國污水處理廠自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r171
7.3.2 國外污水處理廠自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r172
7.4 污水處理控制技術(shù)的難點(diǎn)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(shù)175
7.7 污水處理廠自動化控制的意義177
8 現(xiàn)代污水處理廠三種控制技術(shù)178
8.1 集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)178
8.1.1 概述178
8.1.2 DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)178
8.1.3 DCS的穩(wěn)定性179
8.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)180
8.2.1 現(xiàn)場總線基本概念180
8.2.2 現(xiàn)場總線產(chǎn)生的意義180
8.2.3 現(xiàn)場總線的特點(diǎn)181
8.2.4 五種典型的現(xiàn)場總線182
8.2.5 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)184
8.2.6 基于現(xiàn)場總線的集散式計算機(jī)控制系統(tǒng)188
8.2.7 現(xiàn)場總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢190
8.3 工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)190
8.3.1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)概述190
8.3.2 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀191
8.3.3 工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議192
8.3.4 工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)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(diǎn)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(shù)指標(biāo)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(shù)207
9.9 PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用209
9.9.1 污水處理控制系統(tǒng)的工藝流程及設(shè)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(shè)計和調(diào)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(jī)監(jiān)控及數(shù)據(jù)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?fàn)顩r221
10.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jié)構(gòu)222
10.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計222
10.2.1 設(shè)計的原則222
10.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)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(diǎn)224
10.4.2 上位機(jī)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(shù)據(jù)分析系統(tǒng)234
10.6 數(shù)據(jù)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(shè)計238
11.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求238
11.2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)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(yùn)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(shè)備及軟件243
11.7.1 控制系統(tǒng)上位機(jī)243
11.7.2 控制系統(tǒng)下位機(jī)245
11.8 上下位機(jī)通信方式的選用248
11.8.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識248
11.8.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)249
12 污水處理廠各處理構(gòu)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(xì)格柵、沉砂池控制256
12.4 鼓風(fēng)機(jī)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(shù)模糊控制263
13.1 模糊控制的發(fā)展和應(yīng)用263
13.2 模糊控制的特點(diǎn)264
13.3 模糊控制在污水處理中的應(yīng)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(shè)計266
13.5 污水處理COD模糊控制算法應(yīng)用275
13.6 污水處理DO模糊控制應(yīng)用280
14 污水處理廠自動控制應(yīng)用實(shí)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(jì)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(wù)和內(nèi)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(biāo)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(shù)的發(fā)展趨勢322
16 污水處理廠異常問題診斷與修復(fù)323
16.1 活性污泥生物處理工藝的主要運(yùn)行問題324
16.2 活性污泥系統(tǒng)異常問題產(chǎn)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(chǎn)生污泥膨脹的原因325
16.2.3 產(chǎn)生生物浮沫的原因326
16.3 異常問題診斷與修復(fù)體系327
16.3.1 污泥系統(tǒng)異常問題的診斷技術(shù)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(xiàn)代污水處理廠異常運(yùn)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(biāo)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(jī)用于故障檢測的優(yōu)勢335
17.3 支持向量機(jī)理論335
17.3.1 統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論與支持向量機(jī)335
17.3.2 基于SVM的二值分類339
17.3.3 支持向量機(jī)多分類算法342
17.3.4 粗糙集支持向量機(jī)混合方法343
17.4 SVM用于污水處理工藝過程故障檢測的實(shí)例345
17.4.1 加權(quán)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(shè)計與實(shí)現(xiàn)349
18.1 智能故障診斷技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)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(xiàn)狀351
18.2.2 專家系統(tǒng)的組成351
18.2.3 專家系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的結(jié)合——專家數(shù)據(jù)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(yīng)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(shí)際問題中的優(yōu)點(diǎn)360
18.3.3 模糊專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(shè)計363
18.4.1 數(shù)據(jù)庫363
18.4.2 模糊知識表示364
18.4.3 推理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)368
18.4.4 解釋機(jī)的實(shí)現(xiàn)370
18.5 開發(fā)環(huán)境及工具370
參考文獻(xiàn)372