某化工厂污水处理过程微机控制系统的设计-开题报告

开 题 报 告1、本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述人类社会进入 21 世纪，随着现代工业的高速发展，工业污染已成为人们生活的主要危害。工业污染主要包括废水、废气、废渣等等。而其中的废水污染尤为严重，严重影响了人们的生活用水问题。水本来就是人类极其缺乏的资源，加之工业污染。已成为 21 人类生存的首要问题。 世界上许多发达国家、缺水国家已经建立了污水回用工程，将城市污水处理厂二级出水进一后回用于农田灌溉、工业用水、市政杂用、地下回灌、饮用等。其中较典型的就有色列、美国、日本等几个国家。完善的污水回用处理技术是促进污水回用进一步发展的保证，目前，常用的污水回用处理方法有：1）固液分离：絮凝、沉淀和过滤；2）生物处理：好氧生物处理、氧化塘和消毒；3）深度处理：活性炭、空气吹脱、离子交换、石灰处理、膜工艺和反渗透。现今，一些国家投入大量资金和科研力量来开发和研制更新的、更有效的污水处理设备和工艺。并对处理设备的监测、运行和管理实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在 20 世纪 70 年代中期开始实现污水处理厂的自动控制，而且对主要污水处理厂已实现了工艺流程中主要参数的自动测试和控制。与国外相比，我国污水处理自动化控制和起步较晚。进入 20 世纪 90 年代以后，污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套控制设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。今年来，国内均有学者对污水处理自动控制工艺进行研究，以寻求更精确、更可靠的方法实施自动控制。我国研制成功了带有实时 ORP和 pH 控制系统的连续 SBR 反应器。该系统由传感器、计算机、人机对话界面和控制部件组成。传感器的模拟信号通过 AD/DA 转换成数字信号，对计算机实时采集的数据进行分析后，通过控制线路传递到继电器，由它开/关搅拌器、鼓风机等设备。污水处理情况、污水处理装置是否运行，实际排放污水量的大小等数据。目前，我们已经开始远程测控污水处理系统。在污水处理自动化装置中，PLC、DCS是两类应用最广泛的控制系统，上世纪 80 年代之前，这些控制系统的 I/O 卡件均集中在远离现场的控制室内，与现场装置（其中包括 AI/AO 模拟量输入输出装置和DI/DO 开关量输入输出装置等）的连接线都是一对一直接接线。在 80 年代后期，PLC、DCS 两类控制系统先后推出远离控制室安装的远程 I/O 卡件，它安装在现场，可就近与现场装置连线，而这些远程 I/O 卡件与 PLC、DCS 系统安装在控制室的控制器是通过单根电缆的通讯实现信息交换。而在这之前，即在 80 年代初期，一些相对生产规模小一些的厂家利用它们在数据采集转换及通讯方面的优势，就已经推出远程测控终端 RTU,并采用 RTU 构成计算机 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，有时又将它称为四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）系统，像英国施伦伯杰（Schelumberger）公司上世纪 80 年代初期开发的 IMP 远程测控终端及由它构成的 SCADA 系统就是 RTU 早期成功应用的一个例子。远程测控终端将监控点的数据（包括排放污水流量值、污水处理设备处理量以及运行时间等数据）以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将以上数据传送到控制中心，录入 SQL Server 数据库，并对录入的排放污水流量值、污水处理设备处理量以及运行时间进行实时累计。在每天晚上的固定时间将当日累计数据上报数据中心。此外，控制中心监控人员可随时察看分个分散监控点的实时运行数据，了解各监控点的实际运行情况，如污水的处理量等。2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。一般来说化工废水呈酸性或碱性。而酸性废水对土壤、水源的危害最大，容易使土壤酸化，水源不能饮用。理想的情况是采用在线处理的方法，即一边排放，以便根据检测的 PH 值加一定两的碱或酸。过去的方法是靠人工中和，由于没有精确的设备，加酸碱的量只能凭感觉，经常不能较好的中和污水。同时污水处理系统具有不稳定性和不确定性。起处理过程的特点是多边的、非线性、随机的，故建立精确的数学模型比较困难。而且需要抑制外部环境的变化（扰动）对处理过程的影响，以确保处理过程的稳定性。因此，其控制需要多个变量的支持且知识工程系统、感知信息处理系统、认知系统、规划与控制系统及计算机算法也要更复杂一些，即应开发控制功能更强、控制品质更好、智能化程度更高的综合智能控制系统。因此，我们提出设计了工厂污水处理处理系统的微机控制系统。现今的自动控制系统已经发展到了智能化的阶段，智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多门学科的高度综合。它包括模糊控制、神经网络控制和专家控制等。我们所要设计的只是简单的污水酸碱度的中和，以达到污水排放的要求。所以，复杂不控制理论就不涉及。只要求做到简单、经济、可靠的处理化工厂的污水排放问题。3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路本课题设计的是某化工厂污水处理的微机控制系统。我们经过查阅资料，对系统的初步掌握，确定总的设计方案。要设计系统，必须解决以下几个方面的问题：1)控制系统是采用开环控制还是闭环控制。由于要综合 PH 等于 7，而综合不可能完全等于 7，就需要采用闭环控制系统。要确定系统的精度，考虑传感器等的检测精度和满足系统稳定性所需要的调节器类型 2)传感器的测量范围、测量精度以及传感起内部的一些要求3)执行机构是采用液压驱动、电机驱动等驱动方式4)系统的抗干扰技术（硬件和软件）5)数据采集的准确性和实时性（采用多点测量的方法）6)系统的快速性、控制精度和可靠性方面的具体要求7)对计算机系统的数字处理问题的运算8)微机和接口电路的选择9)最后考虑设计整体的性，进行总的修改根据以上的要求，我们绘制的系统组成框图如下：4完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法参考文献：1 何立民.MCS51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口M.北京航空航天大学出版社,1990,22 孙德辉,杨宁.微型计算机控制技术M.北京冶金工业出版社,19983 张毅刚,彭喜源. MCS51 单片机应用设计M. 哈尔滨工业大学出版社,4 赵秀菊. 单片机与测控技术M.东南大学出版社,2001.5 井口征士. 传感工程M.科学出版社,1998.6 邹伯敏. 自动控制理论M.机械工业出版社,7 刘祖润,胡俊达. 毕业设计指导书M.机械工业出版社,1999.8 何循来. 高性能八位单片机 AT89C51J.9 沈曦. 废水处理中 PH 值计算机控制系统设计J.10 何立民. 单片机应用系统抗干扰技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2000.11 何立民. 单片机应用技术选编(18 分册) . 北京:北京航空航天大学出版社,2000.12 余永权. ATMEL89 系列 Flash 单片机原理及应用. 北京:电子工业出版社,1999.5设计(论文)完成进度计划毕业设计进度安排：毕业实习：第 4 周第 6 周毕业设计：第 1 周第 3 周 第 7 周第 17 周 第 1 周：布置题目、任务，查资料。第 2 周：确定总体控制方案第 3 周：建立数学模型，完成开题报告和文献综述硬件设计：第 7 周第 11 周第 7 周：确定硬件草图画出硬件框图，第 8-9 周：选择单片机型号、传感器、执行元件，完成输入通道第 10-11 周：完成输出通道，完成外围电路及整个硬件部分软件设计第 12 周第 16 周第 12-13 周：画出流程图，主程序的设计第 14 周：中断程序的设计，完成软件部分第 15-16 周：画硬件接线图，完成论文第 17 周: 打印图纸,准备答辩6指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日7 教研室主任意见