基于plc的污水處理系統(tǒng)設計_開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　題 目：基于PLC的污水處理系統(tǒng)的設計</p><p>　　院 （系） 信息科學與工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學 生 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　開題報告日期 </p><p><b>　　2010年4月 </b></p><p>　　基于PLC的污水處理系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　開題報告</b

3、></p><p>　　1. 課題來源及研究目的和意義</p><p><b>　　研究目的：</b></p><p>　　世界上任何國家的經(jīng)濟發(fā)展，都會推進社會進步、促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民的生活得到進一步改善，尤其在工業(yè)革命之后，各國經(jīng)濟飛速發(fā)展，全球大量的不可再生資源（例如石油）被利用。</p><p>　

4、　如果這些污水無凈化排出必定會給周圍環(huán)境造成很大的污染，而且我國是一個嚴重缺水的國家，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有50個，據(jù)中國經(jīng)濟信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總量約為300億~400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟損失達2300億元，超過洪澇災害。水資源的匱乏和水資源的污染已經(jīng)嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了全國的經(jīng)濟建設和發(fā)展。特別是我國北方城市，如北京、天

5、津、沈陽等城市水資源更為短缺。在這種情況下，油田的污水更加不能隨便外排，而是要凈化之后合理利用。</p><p>　　我國污水處理的電耗為0.365kWh/m3、日本為0.304 kWh/m3、美國為0.243kWh/m3，因此建設符合我國具體情況的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會、保持我國經(jīng)濟高速發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　2．國內(nèi)外在該方向

6、的研究現(xiàn)狀及分析</p><p><b>　　國外發(fā)展情況：</b></p><p>　　國外一些發(fā)達國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟發(fā)達，并較早的實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴重性也較早的體現(xiàn)出來，對污水的處理更先進一些，同時也得到了這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力進行油田污水處理的研究。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時

7、，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設備和自動化控制儀表。一些發(fā)達國家經(jīng)過幾十年的努力，污水處理率已經(jīng)達到80%~90%，成功地解決了來自于工業(yè)的點源污染問題。同時一些國家開始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達到了90%。</p><p>　　由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早就實現(xiàn)了網(wǎng)絡控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時國外較早的SCA

8、DA技術(shù)引入到了給排水工程當中，并取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。國外同時注重水處理中PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列。同時國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化學需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析儀。國外

9、污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下特點：</p><p>　?。?）采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來劃分若干個控制站，站與站之間可以平級關(guān)系也可以是上下級關(guān)系，站與站之間一般獨立運行。設立中控室，中控室友操作員站和工程師站，負責全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報表等工作。</p><p>　?。?）大量采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表對全廠的水質(zhì)進行實時監(jiān)測，并有上位機記

10、錄下來，提高了測量精度。</p><p>　?。?）生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動的調(diào)整相應的控制方式。</p><p>　　（4）大量采用遙測、遙控設備，并開始有效地利用社會信息資源，如電話網(wǎng)絡、移動電話網(wǎng)絡、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。</p><p><b>　　國內(nèi)發(fā)展情況：</b></p>

11、<p>　　隨著工業(yè)的發(fā)展，各項先進、成熟的污水處理技術(shù)逐漸引進、應用于現(xiàn)場生產(chǎn)。主要污水處理設備及配套沒備基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并逐步形成了系列化、規(guī)模化，如用于不同條件下的過濾設備、氣浮選、壓力除油、液—液旋流除油等除油處理設備、藥劑投加設備等。水處理的自動化程度有了提高。過濾處理、污泥脫水、氣浮裝置、加藥裝置等實現(xiàn)了PLC集成面板自動控制；流量、液位、以及懸浮周體含量等水質(zhì)指標也實現(xiàn)了實時在線監(jiān)測。水處理更加重視工藝和化學的

12、有機結(jié)合。水處理劑的品種增多、效能提高。水化學的研究手段增強、水平提高。特別是針對污水達標外排處理的要求。開展了水微生物學的研究，發(fā)展應用了生化處理技術(shù)，特別是開展生化處理以后，水微生物學的研究從無到有逐步發(fā)展，開始建立用于污水、污泥處理的菌種庫，適應了達標外排處理的需要。 </p><p>　　盡管我們在水處理方面取得了一些成果，但新的矛盾不斷出現(xiàn)，新的難題需要解決，油田水系統(tǒng)面臨著嚴峻的形勢，受到前所未有的挑

13、戰(zhàn)，存在的主要問題是： </p><p>　?。?）各污水廠都面臨著水處理設施老化，裝備落后，效率較低，技術(shù)改造工作量較大，特別需要用先進的技術(shù)、先進的裝備對系統(tǒng)進行升級換代的徹底改造，以提高水處理系統(tǒng)的水平。 </p><p>　?。?）運行成本高，特別是藥劑用量大，藥劑費用居高不下，與降本增效矛盾較大，影響到處理水質(zhì)和系統(tǒng)保護。急需開發(fā)高效、多效、低成本的水處理劑。 </p>

14、;<p>　?。?）腐蝕和結(jié)垢問題仍然是困擾水系統(tǒng)正常生產(chǎn)的嚴重問題。不少設備腐蝕問題沒有得到根本解決，腐蝕十分嚴重，不僅影響生產(chǎn)，而且維修量大，維修費用高。 </p><p>　?。?）水系統(tǒng)發(fā)展和提高的技術(shù)還待解決，如污泥的無害化處理及綜合利用、高含鹽采出水的處理利用、處理設備的高效化、加強油田水化學研究等。 </p><p>　　解決水系統(tǒng)存在的問題除大力推廣新技術(shù)、新

15、工藝、新設備，加大對水系統(tǒng)改造的投入外，關(guān)鍵的是依靠科技進步，加強科技攻關(guān)，針對污水廠急需解決的難題開展研究，開發(fā)一批適用新技術(shù)，滿足油田開發(fā)的需求。 </p><p><b>　　3．主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)方案的確定

16、</p><p>　　3.1.1 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟</p><p>　　圖1 設計步驟示意圖</p><p>　　3.1.2 污水處理過程</p><p>　　圖2 系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　3.2 主控電路的設計</p><p>　　電機控制分為本地控制和遠程PLC自動

17、控制。設計主電路的過程應該考慮設計過載保護和過電流控制措施，設計短路保護及其他的電氣保護。根據(jù)主電路的要求設計控制回路，設置必要的聯(lián)鎖。根據(jù)指示、報警等要求設計輔助電路。</p><p>　　圖3 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路</p><p>　　3.3 PLC的選型和I/O點的分配</p><p>　　PLC得選擇包括對PLC機型、容量等得選擇。</

18、p><p>　　控制系統(tǒng)I/O點及地址的分配。</p><p>　　3.4 外圍電路的設計</p><p><b>　　閥門的控制電路：</b></p><p>　　整個過程初步需要用到5個閥門，信號的來源分別如下：</p><p><b>　　閥門（1）：</b></p

19、><p>　　在污水進入儲水罐之前要安裝閥門（1）和流量傳感器，控制閥門（1）的信號來至液位傳感器，當液位傳感器檢測到儲水罐中的污水到達最高警戒水位時，液位傳感器發(fā)出信號給閥門（1），閥門（1）立刻自動關(guān)閉，當儲水池中另一液位傳感器檢測到儲水罐中的污水到達最低警戒水位時，液位傳感器發(fā)出信號給閥門（1），閥門（1）立刻自動打開。</p><p><b>　　閥門（2）：</b&g

20、t;</p><p>　　用攪拌器把在儲水罐中的污水攪拌均勻，用PH值檢測電路檢測污水的PH值，PH值檢測電路的信號傳給加藥部分的閥門（2），控制加藥量，確保污水的PH值基本呈中性。</p><p><b>　　閥門（3）：</b></p><p>　　儲水罐中的污水在液位傳感器的監(jiān)測下進入SBR池。 </p><p>

21、　　當液位傳感器（3）檢測到SBR池中的污水到達警戒水位時，液位傳感器發(fā)出信號給閥門（3），控制進入三相分離器中水的流量。</p><p><b>　　閥門（4）：</b></p><p>　　如果SBR池中的液位太低，低于要求的最低位置，液位傳感器（4）檢測到的信號傳給閥門（4），減少流出的水。</p><p><b>　　閥門（5

22、）：</b></p><p>　　如果SBR池中的液位太低，低于要求的最低位置，液位傳感器檢測到的信號傳給閥門（5），減少流出的水。</p><p><b>　　液位傳感器：</b></p><p>　　整個過程初步需要用到4個液位傳感器。</p><p>　　當液位傳感器（1）檢測到儲水罐中的污水到達最高警

23、戒水位時，液位傳感器（1）發(fā)出信號給閥門（1），閥門立刻自動關(guān)閉。當儲水池中另一液位傳感器（2）檢測到儲水罐中的污水到達最低警戒水位時，液位傳感器（2）發(fā)出信號給閥門（1），閥門立刻自動打開。當液位傳感器（3）檢測到SBR池中的污水到達最高警戒水位時，液位傳感器發(fā)出信號給閥門（3），控制進入SBR池中水的流量。當液位傳感器（4）檢測到SBR池中的污水到達最低警戒水位時，液位傳感器發(fā)出信號給閥門（3），控制水的流量。</p>

24、<p><b>　　圖4 液位傳感器</b></p><p><b>　　攪拌機電路： </b></p><p>　　控制污水中的雜質(zhì)均勻，利于檢測處理。</p><p>　　圖5 “正—?！础笨刂凭€路</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設計</p><p&g

25、t;<b>　　程序設計 </b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，以滿足控制要求為主線，編寫各控制功能的程序，完善系統(tǒng)的指定功能。</p><p>　　1、初始化程序。在PLC上電后，要做一些初始化操作，為啟動做準備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。主要內(nèi)容是對某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進行清零，對某些繼電器進行置為或復位等等。</p><p>　　2

26、、保護和連鎖程序。保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，可以避免由于非法操作引起的控制混亂。</p><p>　　3、程序模擬調(diào)試。模擬產(chǎn)生現(xiàn)場實際狀態(tài)，為程序運行提供條件。 </p><p>　　4．研究方案及進度安排，預期達到的目標</p><p><b>　　研究方案：</b></p><p>　　1）研究污水處

27、理的發(fā)展與現(xiàn)狀，分析污水處理的工藝流程</p><p>　　2）研究PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、運行原理以及PLC控制系統(tǒng)的設計原則和步驟</p><p>　　3）具體分析污水處理流程，確定被控對象</p><p>　　4）對PLC進行選型I/O點數(shù)分配</p><p><b>　　5）硬件電路分析</b></p&g

28、t;<p>　　6）對污水處理工藝各環(huán)節(jié)進行具體的軟件編程</p><p><b>　　方案的可行性分析：</b></p><p>　　PLC集順序控制和過程控制于一體，具有可靠性高，使用方便靈活，組網(wǎng)簡單的特點，是實現(xiàn)中小規(guī)模工業(yè)自動化的有力工具。在污水處理中，基于PLC的控制系統(tǒng)在實時性、可靠性、精確性等方面滿足了設計要求。</p>&

29、lt;p><b>　　進度安排：</b></p><p>　　11.08—12.02查閱資料，收集資料，查找數(shù)據(jù)進行學習</p><p>　　12.03—12.23整理資料，寫開題報告 </p><p>　　12.24—4.07 開題報告的整理與答辯</p><p>　　4.08—4.28

30、 系統(tǒng)方案的設計與選型、制定論文計劃</p><p>　　4.29—5.19 進行系統(tǒng)的方案設計</p><p>　　5.20—6.10 主電路的設計</p><p>　　6.11—6.25 PLC控制電路設計</p><p>　　6.26—6.30 設計總結(jié)，完成畢業(yè)設計論文</p><p&

31、gt;　　5．為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費 </p><p>　　基本的實驗室條件，查詢文獻資料的條件已經(jīng)具備，就目前的進度來說，沒有再需要的條件。</p><p>　　6．預計研究過程中可能遇到的困難和問題，以及解決的措施 </p><p>　　由于網(wǎng)上有很多關(guān)于污水廠的污水處理說明，想要了解污水處理的具體方法和過程并不困難。但是在學過PLC控制之后，并沒有

32、太多具體的實踐編程經(jīng)驗，只是做過一次不算太難的課程設計，所以此次畢業(yè)設計算是第一次實踐，在PLC編程過程中遇到困難在所難免。由于時間充裕，在確定設計題目后，一直在看相關(guān)的書，所以對在此過程中可能遇到的困難有充足的準備。</p><p><b>　　7．主要參考文獻</b></p><p>　　張衛(wèi)娜.基于PLC的污水處理研究.沈陽航空工業(yè)學院學報.2007,15(3)

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