近年来我国的工业化和城镇化进程正处于飞速发展阶段，伴之而来的是日益增长的能源消耗，以及生活和工业污水的大量排放。为了应对日益突出的水资源危机和能源危机，高效可靠的污水处理系统尤为重要。现代的污水处理工艺主要有三级处理流程，其中二级处理的曝气能耗约占污水处理总能耗的一半以上，利用自动控制系统实现曝气阶段的自动化，可以合理提供曝气量，降低曝气能耗。　　本课题以陕西扶风污水处理厂为例，针对该厂的卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟污水处理系统，设计了表面曝气节能控制系统。表面曝气节能控制系统主要由逻辑控制模块、上位机监控模块和无线传输模块三部分组成。其中，逻辑控制模块可以实时采集现场传感器信号并控制现场设备的启停以及曝气机的转速。上位机远程监控系统可以实时监控表面曝气工艺的运行状况，更有效地控制曝气机转速从而实现降低能耗的作用。无线传输模块可以让工艺工程师随时随地了解污水处理状况，以便污水处理工艺高效安全运行。具体内容包括:　　应用三相异步电动机变频控制理论，提出了利用模型选频控制法实现对表面曝气机进行自动控制的总体思路，并对自动控制的理论模型做了分析和研究。建立了曝气机自动变频调速的控制机制和选频模型，该模型反映了污水处理过程中的四个主要参数（溶氧量、化学需氧量、污泥浓度和进水量）与曝气机运行频率之间的对应关系。　　根据卡鲁塞尔氧化沟工艺流程，设计了表面曝气硬件控制系统和网络结构，完成了PLC及其附属智能模块的选型、组装和通讯调试。根据系统监控要求开发出了卡鲁塞尔氧化沟表面曝气上位机监控系统，实现了监控软件的通讯、应用界面的设计以及控件的功能组态。　　编写和优化了模型选频控制程序，通过系统中试完善了选频模型并取得训练样本，利用训练样本对BP神经网络进行训练得到了神经网络控制模型。将优化的选频模型和BP神经网络模型转化为自动控制程序，实现了曝气工艺的优化以及工艺参数的准确控制。　　将表面曝气节能系统应用于整个卡鲁塞尔氧化沟污水处理系统中，根据中试结果，分析了该系统的节能效果。结果证明该系统能够有效降低卡鲁塞尔氧化沟表面曝气能耗，达到了节能降耗的目标。