城市污水处理的控制系统的设计

1开题报告一、选题目的理论价值和现实意义众所周知，水资源紧缺已成为一个非常重要的问题，这给世界经济带来巨大的阻碍。随着经济和社会的飞速发展，人们认识到水污染越来越严重，且不断地威胁到人类社会的生存与发展。水污染已经引起了世界各国的重视。我国是一个水资源严重短缺的国家，全国水资源总量居世界第六位，但人均占有量只有2500立方米，约为世界人均占有量的1/4，在世界排第110位。目前全国约有400多个城市供水不足，已经被联合国列为13个缺水国家之一1。随着城市社会经济发展的规模越来越大，污水越来越多，水质越来越复杂，水体有限的自然净化功能已经不能适应城市污水控制、水环境保护的要求。城市污水处理采用自动化控制系统的重要意义在于进一步提高生产设备的利用率和可控性，在提高生产设备自动化控制水平的同时相对减轻操作工人的劳动强度，减轻或杜绝水资源的新污染。我国城市处理每吨污水耗电量是发达国家的近两倍，运行工作人员是若干倍，如果通过有效的控制能将运行费用和人员降低，将会获得良好的社会经济效益。因此加强我国污水处理厂的自动控制系统研究与应用具有重要的科学意义和运用价值2。二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势1、污水处理控制系统研究状况及发展趋势国外污水处理自动化技术已有数十年的发展历史，先后经历了仪表检测、仪表闭环调节、智能单回路（多回路）控制、计算机集中控制、PLC控制以及分布式计算机（DCS）等多个发展阶段。在污水处理控制领域，西方发达国家已经走出了一条从探索到相当成熟的道路。七十年年代中期，随着微处理器的飞速发展，结合计算机网络技术，相继出现了用于污水处理过程的计算机分布式控制系统、分散式控制系统和集散式控制系统，提高了整个控制系统的稳定性，可靠性，使计算机控制在污水处理中真正普及开来。这方面的代表是日本的日立公司的AQUAMAX80X系列控制系统，英国2WITNEY、AVNNMOUTH的污水处理厂、美国的WESTPOINT污水处理厂也相继采用了这一控制系统3。进入80年代，国外污水处理业一直在探索使用计算机技术来增强操作过程控制和管水平。人工智能的突破，多媒体技术的出现，网络技术的发展，这些计算机技术的成果都为计算机控制提供了更高效的条件和可能。当前的污水处理控制领域，将最新的计算机技术，如专家系统、模糊控制、网络技术等运用到过程控制中已成为一股热潮，如美国ENOSSTOVER等开发了一种用于污水处理厂的专家系统，提供专家的诊断和管理功能，日本也设计了一种知识库系统，用于污水处理长的管理4。我国的水处理自动化起步较晚，70年代开始应用集中巡查，至80年代随着国家工业水平的提高，计算机水平的提高，使污水自动化控制技术得以发展，特别是从国外引进自动控制技术以来，国家污水处理自动化水平才有了很大提高。目前，我国大型污水处理厂多采用DCS系统或PLC与PC组成的集散式控制系统，而小型污水处理厂和企业污水处理的部分单元操作有的采用自动控制，但几乎很少使用全过程自动控制系统5。DCS控制系统诞生于1975年，我国化工系统1981年首先应用，它由多台计算机和现场终端连接而成，适用于连续过程生产控制。该系统软、硬件齐全，响应时间短，对于模拟量和回路调节具有强化功能。哈尔滨三水厂、南通狼山水厂都是采用这种控制系统。PLCPC的集散式控制系统具有DCS控制的功能，可集中、分散、现场三级控制、实时性、可维护性和软件开发较强。目前，我国现有城市668个（包括4个直辖市、地级市222个、县级市42个），其中20万人口以下县级市有382个，另外还有不设市的县城1693个，而乡镇一级的小县城就更多了。我国绝大多数中小城市或中等以上城市污水仍处于不加治理而直接排放到水体的状态，这就成为水体污染的重要来源。为此，要改善水环境被污染的状态，保护我国紧缺的水资源，除了刻不容缓地对大中城市污水进行处理外，小城市也应该成为关注重点，为此应加快小城市污水处理的步伐6。我国当前的经济发展水平和发达国家相比还有一定的差距，加上在过去的经济发展过程中，只重视经济效益，而忽视社会效益，因此在污水处理和环境保护方面的研究，特别是自动化控制方面的研究落后于发达国家。我国污水处理厂自动控制系统的现状是手动和自动兼备，自制与引进并举。一些大型的污水处理厂为了实现自动控制、保证出水水质达标，或借鉴国外先进的技术和经验自行开发，或利用政府投资和国外的优惠低息贷款，成套引进德国、丹麦、澳大利亚等国家的污水处理工艺、设备、检测仪器仪表、自控系统以及相应的软件。对于小型污水处理厂由于资金不足，技术3力量薄弱以及生产的季节性等原因，所采用的检测仪表大部分是国产的离线仪表，监测手段也靠取样后测量，然后根据测量结果去调整设备运行状态，因此很难进行快速和有效的实时控制，从而导致出水水质的不稳定。近些年来我国政府开始密切关注环境污染问题，特别是提出了可持续发展战略以后，政府在经济快速发展的同时也注意环境保护和治理工作。近几年环境治理来看，我国的环境理论、工艺研究和应用与国外差距不大，差距比较大的是环保单元设备和自动控制系统7。WWWBYSJ580COM580毕业设计网专业毕业设计代做平台可加QQ3139476774我国现有城市污水处理厂80以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘和土地处理法。随着“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜成果。同时，借助外贷城市污水处理工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，氧化沟法、AB工艺、AO工艺、SBR工艺在我国城市污水处理中均得到广泛应用。污水处理工艺由过去只专注除去有机物发展到具有除磷功能。国外一些先进、高效的污水处理设备也进入我国污水处理时市场。如格栅机、潜水泵、除砂器、曝气机、鼓风机、污泥泵、搅拌机等大型设备8。2、可编程控制器（PLC）的发展前景及趋势PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件9。诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。PLC发展的趋势、重点（1）人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件4水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC网络IPCCRT的模式被广泛应用。（2）网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔AB公司主推的三层网络结构体系，即ETHERNET、CONTROLNET、DEVICENET，西门子公司在PROFIBUSDP及PROFIBUSFMS网络等。（3）开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。2）IEC制订了基于WINDOWS的编程语言标准IEC611313，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。3）OPC基金会推出了OPC（OLEFORPROCESSCONTROL）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。4）PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）DCS（过程控制）的模式变成PLCIPC模式。5）工业以太网的发展对PLC有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相5比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于硬件上如合适应工业恶劣环境；通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品10。三、研究重点本课题是针对城市污水处理的控制系统的设计，主要介绍国内外污水处理控制系统发展的现状；城市SBR污水处理工艺概况；国内外污水处理发展现状；可编程控制器PLC的硬件与软件；完成绘制污水处理控制系统的电器原理图、硬件配置图以及PLC梯形图程序图。论述污水处理工艺以及污水处理系统的组成和控制方案的实现，该系统采用性能良好的S7200PLC对污水处理中的各参数进行有效控制，本系统是一套完善的实时控制系统。四、主要参考文献1柏景方污水处理技术M哈尔滨哈尔滨工业出版社，20052陈东升小城镇污水处理采用SBR工艺的控制系统J中国给排水，20063李海城市污水处理技术及工程实例M北京化学工业出版社，19994洪俊明PLC控制ASBR/SBR工艺处理屠宰废水中国给排水，2005，（8）5吴凌云基于PLC的SBR法污水处理控制仪石油仪器，2002，（16）6董国日采用PLC实现废水处理工艺J电气时代J2003，（12）7赵红忠SBR污水处理工艺及自动化控制J电气传动自动化，2003，（2）8李明西门子S7300PLC在县级中小城市污水处理厂中的应用J工业计算机，2006，（2）9饶姗姗SBR工艺和自动化控制技术的结合J甘肃科技，2004，（1）10王学礼PLC在污水处理控制系统中的应用J山东纺织经济，2006，（3）11求是科技编著PLC