基于PLC的污水处理控制系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 基于 PLC 的污水处理控制系统设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 20 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、研究的背景及意义世界各国的经济发展，都会推动社会的进步，促进了各个行业生产能力提高，使人民的生活水平不断改善与提高，但相应的水资源需求和消耗也不断的增多，进而给环境造成不同程度的污染。在人类的日常社会行为中，不可避免的会产生大量污染物，最突出的污染是水的污染，一方面加剧了水资源的衰竭，另一方面危害着人类健康 1。这些污水如果不经过处理就予以排放，会污染地下水，容易造成土壤酸碱失衡，致使水体恶臭，变黑，浮起泡沫，造成鱼类大量死亡，如果污染到人类的饮水水源，则会对人体产生很大的危害。近年来，随着国家资源节约型和环境友好型社会的提出。绿色环保的观念已经深入人心。政府对污水处理的投资日益加大，采用先进、实用的技术改造传统工艺。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器）是目前一种新兴的自动化的控制装置，本身强大的程序汇编性使其在目前的自动化控制领域应用极为广泛 2。利用 PLC 自动化控制装置对污水处理系统进行控制，可以增强污水处理系统的可管理性，相应的提高了污水处理的程度，还可以为企业节约大量的人力财力资源，具有极大的经济效益和科技价值，虽然其具有上述优点，但是它在上位机监控层表现不足，只能参与控制，不能显示实时监控及储存大量历史数据 3，因此，需要利用组态软件开发上位机实时监控界面，完成数据采集、数据通讯、数据实时显示、实时监控。真正达到“集中管理，分散控制”的目的 4。二、国内外研究的现状1.国外发展情况19世纪以来，经济发达的国家相继出现了环境污染这一重大问题，许多国家的河湖水域解氧降低，水生物减少，甚至绝迹，人们发病率增加。进而，各国政府开始意识到加强污水处理的必要性，从法律和建设资金上给予保证，这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率己经达到了80%-90%，成功的解决了来自于城市和工业的点源污染问题，使城市污水处理事业得以迅速发展。由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制。而针对目前污水厂自控常用方式存在的问题,提出了新的、可靠性更高的系统DCS系统 5。同时国外较早的将SCADA技术引入到了给水排水工程中,并取得了良好的经济效益与社会效益 6。国外同时注重水处理中PLC 的开发。不仅如此，利用WinCC组态软件成功实现了对系统的控制、管理和通信功能 7。通过SIMATIC-300型PLC和WinCC6.OSP2组成污水处理自动控制系统来实现最优系统平台，从而完成对现场阀门和泵类的自动控制及各种工艺参数的检测、显示。国外一些国家相继研发出了各种实用的控制单元，如AB 公司的SLC系列、Siemens 的S7 系列、Schneider 的TSX Quantum 系列;同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国 E -I- H 公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO (DissolvedOxygen)、化学需氧量COD (Chemical Oxygen Demand)分析仪。国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点:(1)采用集散控制系统DCS 和现场总线控制系统FCS 8。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室有操作员站和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。(2)大量采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。(3)生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式。(4)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、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。2.国内发展情况据统计：目前全国年排污量约为350亿立方米，但城市污水集中处理率仅为16 ，全国超过80的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体，使得原本具有美化景观作用的河渠与湖泊变成了天然污水渠 9。特别是在全国县城中，污水排放量约占污水排放总量的一半以上，但这些中小城市的污水处理能力都远远低于全国平均水平。在我国目前的城市污水处理厂中，有大部分处理工艺都是采用活性污泥法 10，随着对水资源质量要求的提高，使得城市污水处理厂不得不开发许多改进型的工艺技术，AB法、AO法、AAO法、CASS法、SBR法、氧化沟法等 11。这些改进的工艺技术在我国城市污水处理厂被广泛运用。总的来说，我国的污水处理还处于初级发展阶段，而且存在着许多的制约其发展的因素，面临重重障碍。主要表现在以下几个方面：首先，污水处理技术落后。但是我国现阶段采用的污水处理技术与同期国外的技术水平相比很落后，始终存在效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点 12。其次，污水处理厂运营与管理水平较低。由于现阶段污水处理厂操作人员知识水平、工作经验不能适应污水处理厂运行与管理，一部分外口进口设备出现问题，都无法得到及时维修，影响污水处理厂的正常的运行 13。第三，已运行污水处理厂产生臭味气体，污染环境。污水处理厂所产生的有毒有害的臭气，不仅影响污水处理厂操作运行人员的身体健康，也给周围居民生活环境带来污染，所以收集和处理这些臭气气体也是关键问题，每个污水厂都应该配套多台除臭装置，以消除这些臭气避免给环境带来的二次污染 14。从总体上看，我国的污水处理能力还远远不能满足需要。污水处理厂绝大部分是一、二级污水处理，与实际需要相差甚远。而在欧美、日本等一些发达国家，已经普遍施行了城市污水的集中二级处理、二级强化处理，以及一定程度的三级处理 15。如果对我国当前污水处理厂的控制系统进行分析，可以得出它们的特点与不足：(1)控制系统的层次及类型多但是水平不一；(2)控制系统之问不能进行良好的协调，通讯与监控功能不完善 16；(3)自动控制系统的配套产品十分落后。三、总结在社会可持续发展受到高度重视的现代，我国生活污水处理系统十分落后的现状如果不得到根本性的改变，科学发展观就难以贯彻下去。针对我国当前污水处理系统存在的问题，设计基于 PLC 控制的生活污水处理系统。生活污水处理过程本是比较费时费力的，但现在借助 PLC 的优势，主控制器对其实现了自动化的操作。参考文献：1 王燕飞. 水污染控制技术M. 北京：化学工业出版社，2001.5：12-16.2 Tijs van Dam and Koen Langendoen. An Adaptive Energy-Ef-ficient MAC Protocol for WirelessSensor NetworksJ. Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensorsystems table of contentsC. Los Angeles: 2003.171-1806, .3 王卫兵. PLC 系统通信M. 扩展与网络互联技术，2004，9：8-9.4 W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin. An energye cient MAC protocol for wireless sensornetworksZ. In 21st Conf. of the IEEE Computer and CommunicationsSoc. (INFOCOM),pages1567-1576, June 2002.5刘增祥. 一种基于 DCS 的污水处理自控系统构建方案J. 电工技术. 2007(10).6 寇传乾. SCADA 技术在水处理系统中的应用J. 冶金自动化,2004,01:68-71.7李潮,郭照新,员天佑. 基于 WinCC 的污水处理厂监控系统设计与实现J. 微计算机信息,2006,10:114-115.9应润兵. 关于我国污水处理的现状与发展研究J. 科技传播,2011,No.4916:10 金兆丰. 21 世纪的水处理M. 北京：化学工业出版社, 2003.11齐崎,吴赳赳. 浅论我国小城镇污水处理工艺选择J. 广西城镇建设,2007,No.5307:38-41.12孙小平. 我国城市污水处理的现状及发展对策J. 中国科技信息,2006,04:13余建恒,周纪民. 进口设备在国内污水处理厂应用中的几个误区J. 给水排水,2004,04:96.114孔祥娟,何强,柴宏祥. 城镇污水厂污泥处理处置技术现状与发展J. 建设科技,2009,No.15619:57-59.15 佟玉衡，实用废水处理技术. 北京:化学工业出版社，1998.16王树林,苏忠,吴为,陶涛. 城市污水处理厂中央控制系统的建设与管理J. 中国给水排水,2011,v.27;No.29612:23-26. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、研究或解决的问题论文以污水处理的控制系统为课题，采用 PLC 设计污水处理控制系统，构建现场级与管理级，现场级与现场级之间的网络通讯，并利用组态王软件进行组态监控。具体设计任务如下：1) 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配 PLC 机型和 I/O 接口。2) 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC 硬件电路，编制 PLC 的 I/O 接口功能表。3) 选择电器元件、编制元器件目录表。4) 绘制接线图、电控柜布置图