城市污水處理的控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　開題報告</b></p><p>　　選題目的理論價值和現(xiàn)實意義</p><p>　　眾所周知，水資源緊缺已成為一個非常重要的問題，這給世界經(jīng)濟(jì)帶來巨大的阻礙。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的飛速發(fā)展，人們認(rèn)識到水污染越來越嚴(yán)重，且不斷地威脅到人類社會的生存與發(fā)展。水污染已經(jīng)引起了世界各國的重視。我國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家，全國水資源總量居世界第六位

2、，但人均占有量只有2500立方米，約為世界人均占有量的1/4，在世界排第110位。目前全國約有400多個城市供水不足，已經(jīng)被聯(lián)合國列為13個缺水國家之一[1]。</p><p>　　隨著城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模越來越大，污水越來越多，水質(zhì)越來越復(fù)雜，水體有限的自然凈化功能已經(jīng)不能適應(yīng)城市污水控制、水環(huán)境保護(hù)的要求。城市污水處理采用自動化控制系統(tǒng)的重要意義在于進(jìn)一步提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率和可控性，在提高生產(chǎn)設(shè)備自動化控

3、制水平的同時相對減輕操作工人的勞動強(qiáng)度，減輕或杜絕水資源的新污染。我國城市處理每噸污水耗電量是發(fā)達(dá)國家的近兩倍，運行工作人員是若干倍，如果通過有效的控制能將運行費用和人員降低，將會獲得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。因此加強(qiáng)我國污水處理廠的自動控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用具有重要的科學(xué)意義和運用價值[2]。</p><p>　　本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢</p><p>　　1、污水處理控制系統(tǒng)研究狀況

4、及發(fā)展趨勢</p><p>　　國外污水處理自動化技術(shù)已有數(shù)十年的發(fā)展歷史，先后經(jīng)歷了儀表檢測、儀表閉環(huán)調(diào)節(jié)、智能單回路（多回路）控制、計算機(jī)集中控制、PLC控制以及分布式計算機(jī)（DCS）等多個發(fā)展階段。在污水處理控制領(lǐng)域，西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)走出了一條從探索到相當(dāng)成熟的道路。</p><p>　　七十年年代中期，隨著微處理器的飛速發(fā)展，結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相繼出現(xiàn)了用于污水處理過程的計算機(jī)分

5、布式控制系統(tǒng)、分散式控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)，提高了整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，使計算機(jī)控制在污水處理中真正普及開來。這方面的代表是日本的日立公司的AQUAMAX—80X系列控制系統(tǒng)，英國WITNEY、AVNNMOUTH的污水處理廠、美國的WEST POINT污水處理廠也相繼采用了這一控制系統(tǒng)[3]。</p><p>　　進(jìn)入80年代，國外污水處理業(yè)一直在探索使用計算機(jī)技術(shù)來增強(qiáng)操作過程控制和管水平。人工智能的

6、突破，多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這些計算機(jī)技術(shù)的成果都為計算機(jī)控制提供了更高效的條件和可能。當(dāng)前的污水處理控制領(lǐng)域，將最新的計算機(jī)技術(shù)，如專家系統(tǒng)、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運用到過程控制中已成為一股熱潮，如美國ENOS.STOVER 等開發(fā)了一種用于污水處理廠的專家系統(tǒng)，提供專家的診斷和管理功能，日本也設(shè)計了一種知識庫系統(tǒng)，用于污水處理長的管理[4]。</p><p>　　我國的水處理自動化起步較晚，70年代

7、開始應(yīng)用集中巡查，至80年代隨著國家工業(yè)水平的提高，計算機(jī)水平的提高，使污水自動化控制技術(shù)得以發(fā)展，特別是從國外引進(jìn)自動控制技術(shù)以來，國家污水處理自動化水平才有了很大提高。</p><p>　　目前，我國大型污水處理廠多采用DCS系統(tǒng)或PLC與PC組成的集散式控制系統(tǒng)，而小型污水處理廠和企業(yè)污水處理的部分單元操作有的采用自動控制，但幾乎很少使用全過程自動控制系統(tǒng)[5]。</p><p>　

8、　DCS控制系統(tǒng)誕生于1975年，我國化工系統(tǒng)1981年首先應(yīng)用，它由多臺計算機(jī)和現(xiàn)場終端連接而成，適用于連續(xù)過程生產(chǎn)控制。該系統(tǒng)軟、硬件齊全，響應(yīng)時間短，對于模擬量和回路調(diào)節(jié)具有強(qiáng)化功能。哈爾濱三水廠、南通狼山水廠都是采用這種控制系統(tǒng)。PLC+PC的集散式控制系統(tǒng)具有DCS控制的功能，可集中、分散、現(xiàn)場三級控制、實時性、可維護(hù)性和軟件開發(fā)較強(qiáng)。</p><p>　　目前，我國現(xiàn)有城市668個（包括4個直轄市、地

9、級市222個、縣級市42個），其中20萬人口以下縣級市有382個，另外還有不設(shè)市的縣城1693個，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的小縣城就更多了。我國絕大多數(shù)中小城市或中等以上城市污水仍處于不加治理而直接排放到水體的狀態(tài)，這就成為水體污染的重要來源。為此，要改善水環(huán)境被污染的狀態(tài)，保護(hù)我國緊缺的水資源，除了刻不容緩地對大中城市污水進(jìn)行處理外，小城市也應(yīng)該成為關(guān)注重點，為此應(yīng)加快小城市污水處理的步伐[6]。</p><p>　　我國當(dāng)

10、前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，加上在過去的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，只重視經(jīng)濟(jì)效益，而忽視社會效益，因此在污水處理和環(huán)境保護(hù)方面的研究，特別是自動化控制方面的研究落后于發(fā)達(dá)國家。我國污水處理廠自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀是：手動和自動兼?zhèn)洌灾婆c引進(jìn)并舉。一些大型的污水處理廠為了實現(xiàn)自動控制、保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，或借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗自行開發(fā)，或利用政府投資和國外的優(yōu)惠低息貸款，成套引進(jìn)德國、丹麥、澳大利亞等國家的污水處理工藝、設(shè)備、檢測

11、儀器儀表、自控系統(tǒng)以及相應(yīng)的軟件。對于小型污水處理廠由于資金不足，技術(shù)力量薄弱以及生產(chǎn)的季節(jié)性等原因，所采用的檢測儀表大部分是國產(chǎn)的離線儀表，監(jiān)測手段也靠取樣后測量，然后根據(jù)測量結(jié)果去調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)，因此很難進(jìn)行快速和有效的實時控制，從而導(dǎo)致出水水質(zhì)的不穩(wěn)定。近些年來我國政府開始密切關(guān)注環(huán)境污染問題，特別是提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以后，政府在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時也注意環(huán)境保護(hù)和治理工作。近幾年環(huán)境治理來看，我國的環(huán)境理論、工藝研究和應(yīng)用與國

12、外差距不大，差距比較大的是環(huán)保單元設(shè)備和自動控制系統(tǒng)[7]。www.bysj580.com 580畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)專業(yè)</p><p>　　我國現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一級處理、強(qiáng)化一級處理、穩(wěn)定塘和土地處理法。隨著“七五”、“八五”、“九五”國家科技攻關(guān)課題的建立與完成，使我國在污水處理新技術(shù)、污水再生利用新技術(shù)、污泥處理新技術(shù)等方面都取得了可喜成果。同時，借助外貸城市污水處理工程項

13、目的建設(shè)，國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國，氧化溝法、A—B工藝、A—O工藝、SBR工藝在我國城市污水處理中均得到廣泛應(yīng)用。污水處理工藝由過去只專注除去有機(jī)物發(fā)展到具有除磷功能。國外一些先進(jìn)、高效的污水處理設(shè)備也進(jìn)入我國污水處理時市場。如格柵機(jī)、潛水泵、除砂器、曝氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、污泥泵、攪拌機(jī)等大型設(shè)備[8]。</p><p>　　2、可編程控制器（PLC）的發(fā)展前景及趨勢</p><

14、p>　　PLC制造商已經(jīng)開始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來的強(qiáng)大沖擊。有專家甚至認(rèn)為，新商務(wù)活動所帶來的新技術(shù)和開放技術(shù)規(guī)范將會埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認(rèn)為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場安裝有大量的PLC控制設(shè)備，但他們?nèi)匀恍枰?lián)合工控軟件公司，以便開發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過程控制軟件[9]。 誠然，幾年前在工業(yè)現(xiàn)場明顯存在著新舊PLC混合使用的情況，工業(yè)用戶不得不同時學(xué)習(xí)相關(guān)的新舊知識，甚至彼此借鑒學(xué)習(xí)。大多數(shù)PLC制造商為工

15、業(yè)用戶僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺。在高端應(yīng)用方面，很難進(jìn)一步區(qū)分PLC控制系統(tǒng)和工業(yè)PC控制系統(tǒng)之間的差異，因為這兩者均采用了同樣類型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個比喻，如果你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語字面上的含義，那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計算機(jī)硬件技術(shù)，我們更多觀察到的卻是那些基本技術(shù)的復(fù)雜化和混合體，這些技術(shù)被有效地組合到控制系統(tǒng)中去。PLC發(fā)展的趨勢、重點：　 （1）人機(jī)界面更加友好　　PLC制造商紛紛

16、通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了</p><p><b>　　研究重點</b></p><p>　　本課題是針對城市污水處理的控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要介紹國內(nèi)外污水處理控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀；城市SBR污水處理工藝概況；國內(nèi)外污水處理發(fā)展現(xiàn)狀；可編程控制器PLC的硬件與軟件；

17、完成繪制污水處理控制系統(tǒng)的電器原理圖、硬件配置圖以及PLC梯形圖程序圖。論述污水處理工藝以及污水處理系統(tǒng)的組成和控制方案的實現(xiàn)，該系統(tǒng)采用性能良好的S7—200 PLC對污水處理中的各參數(shù)進(jìn)行有效控制，本系統(tǒng)是一套完善的實時控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 柏景方.污水處理技術(shù)[M] .哈爾濱 ：哈爾濱工業(yè)出版社

18、，2005</p><p>　　[2] 陳東升.小城鎮(zhèn)污水處理采用SBR工藝的控制系統(tǒng)[J] .中國給排水，2006</p><p>　　[3] 李海.城市污水處理技術(shù)及工程實例[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[4] 洪俊明.PLC控制ASBR/SBR工藝處理屠宰廢水.中國給排水，2005，（8）.</p><p&g

19、t;　　[5] 吳凌云.基于PLC的SBR法污水處理控制儀.石油儀器，2002，（16）.</p><p>　　[6] 董國日.采用PLC實現(xiàn)廢水處理工藝[J] .電氣時代[J] .2003，（12）.</p><p>　　[7] 趙紅忠.SBR污水處理工藝及自動化控制[J] .電氣傳動自動化，2003，（2）.</p><p>　　[8] 李明.西門子S7—300

20、 PLC在縣級中小城市污水處理廠中的應(yīng)用[J] .工業(yè)計算機(jī)，2006，（2）.</p><p>　　[9] 饒姍姍.SBR工藝和自動化控制技術(shù)的結(jié)合[J] .甘肅科技，2004，（1）.</p><p>　　[10] 王學(xué)禮.PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] .山東紡織經(jīng)濟(jì)，2006，（3）.</p><p>　　[11] 求是科技編著.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與

21、工程實踐[M] .北京：人民郵電出版社，2001</p><p>　　[12] 王建華.電氣工程師手冊[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[13] 吳中俊.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[14] A.L.C.C.Magallaes and R.C.Mesquita Requirment

22、s for a solid mondeler coupled to </p><p>　　finite-element generators. IEEE Transactions on Magnetics 1998,10,pp.3447-3450</p><p><b>　　五、指導(dǎo)老師意見</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老