基于plc的污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)_開(kāi)題報(bào)告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　題 目：基于PLC的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　院 （系） 信息科學(xué)與工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　開(kāi)題報(bào)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(shè)計(jì)</p><p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b

3、></p><p>　　1. 課題來(lái)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(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民的生活得到進(jìn)一步改善，尤其在工業(yè)革命之后，各國(guó)經(jīng)濟(jì)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(wú)凈化排出必定會(huì)給周?chē)h(huán)境造成很大的污染，而且我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個(gè)，據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)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(jì)損失達(dá)2300億元，超過(guò)洪澇災(zāi)害。水資源的匱乏和水資源的污染已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了全國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國(guó)北方城市，如北京、天

5、津、沈陽(yáng)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(guó)污水處理的電耗為0.365kWh/m3、日本為0.304 kWh/m3、美國(guó)為0.243kWh/m3，因此建設(shè)符合我國(guó)具體情況的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　2．國(guó)內(nèi)外在該方向

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

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(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。一些發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)幾十年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到80%~90%，成功地解決了來(lái)自于工業(yè)的點(diǎn)源污染問(wèn)題。同時(shí)一些國(guó)家開(kāi)始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達(dá)到了90%。</p><p>　　由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的污水廠很早就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國(guó)外較早的SCA

8、DA技術(shù)引入到了給排水工程當(dāng)中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。國(guó)外同時(shí)注重水處理中PLC的開(kāi)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(shí)國(guó)外也很重視在線儀表的研制，如德國(guó)E+H公司，美國(guó)的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化學(xué)需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析儀。國(guó)外

9、污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來(lái)劃分若干個(gè)控制站，站與站之間可以平級(jí)關(guān)系也可以是上下級(jí)關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室友操作員站和工程師站，負(fù)責(zé)全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報(bào)表等工作。</p><p>　?。?）大量采用在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)分析儀表對(duì)全廠的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并有上位機(jī)記

10、錄下來(lái)，提高了測(cè)量精度。</p><p>　　（3）生產(chǎn)過(guò)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(dòng)的調(diào)整相應(yīng)的控制方式。</p><p>　?。?）大量采用遙測(cè)、遙控設(shè)備，并開(kāi)始有效地利用社會(huì)信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)發(fā)展情況：</b></p>

11、<p>　　隨著工業(yè)的發(fā)展，各項(xiàng)先進(jìn)、成熟的污水處理技術(shù)逐漸引進(jìn)、應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。主要污水處理設(shè)備及配套沒(méi)備基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并逐步形成了系列化、規(guī)?；?，如用于不同條件下的過(guò)濾設(shè)備、氣浮選、壓力除油、液—液旋流除油等除油處理設(shè)備、藥劑投加設(shè)備等。水處理的自動(dòng)化程度有了提高。過(guò)濾處理、污泥脫水、氣浮裝置、加藥裝置等實(shí)現(xiàn)了PLC集成面板自動(dòng)控制；流量、液位、以及懸浮周體含量等水質(zhì)指標(biāo)也實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。水處理更加重視工藝和化學(xué)的

12、有機(jī)結(jié)合。水處理劑的品種增多、效能提高。水化學(xué)的研究手段增強(qiáng)、水平提高。特別是針對(duì)污水達(dá)標(biāo)外排處理的要求。開(kāi)展了水微生物學(xué)的研究，發(fā)展應(yīng)用了生化處理技術(shù)，特別是開(kāi)展生化處理以后，水微生物學(xué)的研究從無(wú)到有逐步發(fā)展，開(kāi)始建立用于污水、污泥處理的菌種庫(kù)，適應(yīng)了達(dá)標(biāo)外排處理的需要。 </p><p>　　盡管我們?cè)谒幚矸矫嫒〉昧艘恍┏晒?，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(yán)峻的形勢(shì)，受到前所未有的挑

13、戰(zhàn)，存在的主要問(wèn)題是： </p><p>　　（1）各污水廠都面臨著水處理設(shè)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(jìn)的技術(shù)、先進(jìn)的裝備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代的徹底改造，以提高水處理系統(tǒng)的水平。 </p><p>　　（2）運(yùn)行成本高，特別是藥劑用量大，藥劑費(fèi)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(hù)。急需開(kāi)發(fā)高效、多效、低成本的水處理劑。 </p>

14、;<p>　?。?）腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題仍然是困擾水系統(tǒng)正常生產(chǎn)的嚴(yán)重問(wèn)題。不少設(shè)備腐蝕問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決，腐蝕十分嚴(yán)重，不僅影響生產(chǎn)，而且維修量大，維修費(fèi)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(wú)害化處理及綜合利用、高含鹽采出水的處理利用、處理設(shè)備的高效化、加強(qiáng)油田水化學(xué)研究等。 </p><p>　　解決水系統(tǒng)存在的問(wèn)題除大力推廣新技術(shù)、新

15、工藝、新設(shè)備，加大對(duì)水系統(tǒng)改造的投入外，關(guān)鍵的是依靠科技進(jìn)步，加強(qiáng)科技攻關(guān)，針對(duì)污水廠急需解決的難題開(kāi)展研究，開(kāi)發(fā)一批適用新技術(shù)，滿足油田開(kāi)發(fā)的需求。 </p><p><b>　　3．主要研究?jī)?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(shè)計(jì)步驟</p><p>　　圖1 設(shè)計(jì)步驟示意圖</p><p>　　3.1.2 污水處理過(guò)程</p><p>　　圖2 系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　3.2 主控電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電機(jī)控制分為本地控制和遠(yuǎn)程PLC自動(dòng)

17、控制。設(shè)計(jì)主電路的過(guò)程應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)過(guò)載保護(hù)和過(guò)電流控制措施，設(shè)計(jì)短路保護(hù)及其他的電氣保護(hù)。根據(jù)主電路的要求設(shè)計(jì)控制回路，設(shè)置必要的聯(lián)鎖。根據(jù)指示、報(bào)警等要求設(shè)計(jì)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(diǎn)的分配</p><p>　　PLC得選擇包括對(duì)PLC機(jī)型、容量等得選擇。</

18、p><p>　　控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)及地址的分配。</p><p>　　3.4 外圍電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　閥門(mén)的控制電路：</b></p><p>　　整個(gè)過(guò)程初步需要用到5個(gè)閥門(mén)，信號(hào)的來(lái)源分別如下：</p><p><b>　　閥門(mén)（1）：</b></p

19、><p>　　在污水進(jìn)入儲(chǔ)水罐之前要安裝閥門(mén)（1）和流量傳感器，控制閥門(mén)（1）的信號(hào)來(lái)至液位傳感器，當(dāng)液位傳感器檢測(cè)到儲(chǔ)水罐中的污水到達(dá)最高警戒水位時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（1），閥門(mén)（1）立刻自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)儲(chǔ)水池中另一液位傳感器檢測(cè)到儲(chǔ)水罐中的污水到達(dá)最低警戒水位時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（1），閥門(mén)（1）立刻自動(dòng)打開(kāi)。</p><p><b>　　閥門(mén)（2）：</b&g

20、t;</p><p>　　用攪拌器把在儲(chǔ)水罐中的污水?dāng)嚢杈鶆颍肞H值檢測(cè)電路檢測(cè)污水的PH值，PH值檢測(cè)電路的信號(hào)傳給加藥部分的閥門(mén)（2），控制加藥量，確保污水的PH值基本呈中性。</p><p><b>　　閥門(mén)（3）：</b></p><p>　　儲(chǔ)水罐中的污水在液位傳感器的監(jiān)測(cè)下進(jìn)入SBR池。 </p><p>

21、　　當(dāng)液位傳感器（3）檢測(cè)到SBR池中的污水到達(dá)警戒水位時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（3），控制進(jìn)入三相分離器中水的流量。</p><p><b>　　閥門(mén)（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(cè)到的信號(hào)傳給閥門(mén)（4），減少流出的水。</p><p><b>　　閥門(mén)（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(cè)到的信號(hào)傳給閥門(mén)（5），減少流出的水。</p><p><b>　　液位傳感器：</b></p><p>　　整個(gè)過(guò)程初步需要用到4個(gè)液位傳感器。</p><p>　　當(dāng)液位傳感器（1）檢測(cè)到儲(chǔ)水罐中的污水到達(dá)最高警

23、戒水位時(shí)，液位傳感器（1）發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（1），閥門(mén)立刻自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)儲(chǔ)水池中另一液位傳感器（2）檢測(cè)到儲(chǔ)水罐中的污水到達(dá)最低警戒水位時(shí)，液位傳感器（2）發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（1），閥門(mén)立刻自動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)液位傳感器（3）檢測(cè)到SBR池中的污水到達(dá)最高警戒水位時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（3），控制進(jìn)入SBR池中水的流量。當(dāng)液位傳感器（4）檢測(cè)到SBR池中的污水到達(dá)最低警戒水位時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號(hào)給閥門(mén)（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(jī)電路： </b></p><p>　　控制污水中的雜質(zhì)均勻，利于檢測(cè)處理。</p><p>　　圖5 “正—?！础笨刂凭€路</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p&g

25、t;<b>　　程序設(shè)計(jì) </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(xiě)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(dòng)做準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。主要內(nèi)容是對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置為或復(fù)位等等。</p><p>　　2

26、、保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)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(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序運(yùn)行提供條件。 </p><p>　　4．研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</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(yùn)行原理以及PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和步驟</p><p>　　3）具體分析污水處理流程，確定被控對(duì)象</p><p>　　4）對(duì)PLC進(jìn)行選型I/O點(diǎn)數(shù)分配</p><p><b>　　5）硬件電路分析</b></p&g

28、t;<p>　　6）對(duì)污水處理工藝各環(huán)節(jié)進(jìn)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(guò)程控制于一體，具有可靠性高，使用方便靈活，組網(wǎng)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)中小規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化的有力工具。在污水處理中，基于PLC的控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、可靠性、精確性等方面滿足了設(shè)計(jì)要求。</p>&

29、lt;p><b>　　進(jìn)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(jìn)行學(xué)習(xí)</p><p>　　12.03—12.23整理資料，寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 </p><p>　　12.24—4.07 開(kāi)題報(bào)告的整理與答辯</p><p>　　4.08—4.28

30、 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與選型、制定論文計(jì)劃</p><p>　　4.29—5.19 進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　5.20—6.10 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.11—6.25 PLC控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　6.26—6.30 設(shè)計(jì)總結(jié)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)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(fèi) </p><p>　　基本的實(shí)驗(yàn)室條件，查詢文獻(xiàn)資料的條件已經(jīng)具備，就目前的進(jìn)度來(lái)說(shuō)，沒(méi)有再需要的條件。</p><p>　　6．預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)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(shuō)明，想要了解污水處理的具體方法和過(guò)程并不困難。但是在學(xué)過(guò)PLC控制之后，并沒(méi)有

32、太多具體的實(shí)踐編程經(jīng)驗(yàn)，只是做過(guò)一次不算太難的課程設(shè)計(jì)，所以此次畢業(yè)設(shè)計(jì)算是第一次實(shí)踐，在PLC編程過(guò)程中遇到困難在所難免。由于時(shí)間充裕，在確定設(shè)計(jì)題目后，一直在看相關(guān)的書(shū)，所以對(duì)在此過(guò)程中可能遇到的困難有充足的準(zhǔn)備。</p><p><b>　　7．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張衛(wèi)娜.基于PLC的污水處理研究.沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2007,15(3)

33、:67-68</p><p>　　Tellez,Gilbert T. Performance evaluation of an activated sludge system for removing petroleum hydrocarbons from oilfield produced water. Advances in Environmental Research .2002(6):15-17</

34、p><p>　　Campos J C.Borges, R.M.H.Oliveira A.M Filho. Oilfield wastewater treatment by combined mjcrofiltration and biological processes. Water Research. 2002(36):75-78</p><p>　　Hyeon Bae, Sungshin

35、Kim.Man Hyung Lee, Yejin Kim Chang Won Kim. Knowledge-based unmanned automation and control systems for the SBR wastewater treatment process. Artif Life Robotics.2003,7(1):107-111</p><p>　　陳東升,韓東寧,王洪臣.小城鎮(zhèn)污水處

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