城市污水處理的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　選題目的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義</p><p>　　眾所周知，水資源緊缺已成為一個(gè)非常重要的問(wèn)題，這給世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的阻礙。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到水污染越來(lái)越嚴(yán)重，且不斷地威脅到人類(lèi)社會(huì)的生存與發(fā)展。水污染已經(jīng)引起了世界各國(guó)的重視。我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，全國(guó)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(guó)約有400多個(gè)城市供水不足，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)缺水國(guó)家之一[1]。</p><p>　　隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模越來(lái)越大，污水越來(lái)越多，水質(zhì)越來(lái)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(dòng)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(dòng)化控

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

4、及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　國(guó)外污水處理自動(dòng)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(cè)、儀表閉環(huán)調(diào)節(jié)、智能單回路（多回路）控制、計(jì)算機(jī)集中控制、PLC控制以及分布式計(jì)算機(jī)（DCS）等多個(gè)發(fā)展階段。在污水處理控制領(lǐng)域，西方發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相繼出現(xiàn)了用于污水處理過(guò)程的計(jì)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(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，使計(jì)算機(jī)控制在污水處理中真正普及開(kāi)來(lái)。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(guó)WITNEY、AVNNMOUTH的污水處理廠、美國(guó)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(guó)外污水處理業(yè)一直在探索使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)增強(qiáng)操作過(guò)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(jì)算機(jī)技術(shù)的成果都為計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)，如專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運(yùn)用到過(guò)程控制中已成為一股熱潮，如美國(guó)ENOS.STOVER 等開(kāi)發(fā)了一種用于污水處理廠的專(zhuān)家系統(tǒng)，提供專(zhuān)家的診斷和管理功能，日本也設(shè)計(jì)了一種知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，用于污水處理長(zhǎng)的管理[4]。</p><p>　　我國(guó)的水處理自動(dòng)化起步較晚，70年代

7、開(kāi)始應(yīng)用集中巡查，至80年代隨著國(guó)家工業(yè)水平的提高，計(jì)算機(jī)水平的提高，使污水自動(dòng)化控制技術(shù)得以發(fā)展，特別是從國(guó)外引進(jìn)自動(dòng)控制技術(shù)以來(lái)，國(guó)家污水處理自動(dòng)化水平才有了很大提高。</p><p>　　目前，我國(guó)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(dòng)控制，但幾乎很少使用全過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)[5]。</p><p>　

8、　DCS控制系統(tǒng)誕生于1975年，我國(guó)化工系統(tǒng)1981年首先應(yīng)用，它由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端連接而成，適用于連續(xù)過(guò)程生產(chǎn)控制。該系統(tǒng)軟、硬件齊全，響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)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(chǎng)三級(jí)控制、實(shí)時(shí)性、可維護(hù)性和軟件開(kāi)發(fā)較強(qiáng)。</p><p>　　目前，我國(guó)現(xiàn)有城市668個(gè)（包括4個(gè)直轄市、地

9、級(jí)市222個(gè)、縣級(jí)市42個(gè)），其中20萬(wàn)人口以下縣級(jí)市有382個(gè)，另外還有不設(shè)市的縣城1693個(gè)，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)的小縣城就更多了。我國(guó)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(lái)源。為此，要改善水環(huán)境被污染的狀態(tài)，保護(hù)我國(guó)緊缺的水資源，除了刻不容緩地對(duì)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(diǎn)，為此應(yīng)加快小城市污水處理的步伐[6]。</p><p>　　我國(guó)當(dāng)

10、前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，加上在過(guò)去的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，只重視經(jīng)濟(jì)效益，而忽視社會(huì)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(dòng)化控制方面的研究落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀是：手動(dòng)和自動(dòng)兼?zhèn)?，自制與引進(jìn)并舉。一些大型的污水處理廠為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，或借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)自行開(kāi)發(fā)，或利用政府投資和國(guó)外的優(yōu)惠低息貸款，成套引進(jìn)德國(guó)、丹麥、澳大利亞等國(guó)家的污水處理工藝、設(shè)備、檢測(cè)

11、儀器儀表、自控系統(tǒng)以及相應(yīng)的軟件。對(duì)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(cè)儀表大部分是國(guó)產(chǎn)的離線儀表，監(jiān)測(cè)手段也靠取樣后測(cè)量，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果去調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，因此很難進(jìn)行快速和有效的實(shí)時(shí)控制，從而導(dǎo)致出水水質(zhì)的不穩(wěn)定。近些年來(lái)我國(guó)政府開(kāi)始密切關(guān)注環(huán)境污染問(wèn)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(shí)也注意環(huán)境保護(hù)和治理工作。近幾年環(huán)境治理來(lái)看，我國(guó)的環(huán)境理論、工藝研究和應(yīng)用與國(guó)

12、外差距不大，差距比較大的是環(huán)保單元設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)[7]。www.bysj580.com 580畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)</p><p>　　我國(guó)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(jí)處理、強(qiáng)化一級(jí)處理、穩(wěn)定塘和土地處理法。隨著“七五”、“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)課題的建立與完成，使我國(guó)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(shí)，借助外貸城市污水處理工程項(xiàng)

13、目的建設(shè)，國(guó)外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國(guó)，氧化溝法、A—B工藝、A—O工藝、SBR工藝在我國(guó)城市污水處理中均得到廣泛應(yīng)用。污水處理工藝由過(guò)去只專(zhuān)注除去有機(jī)物發(fā)展到具有除磷功能。國(guó)外一些先進(jìn)、高效的污水處理設(shè)備也進(jìn)入我國(guó)污水處理時(shí)市場(chǎng)。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(shì)</p><

14、p>　　PLC制造商已經(jīng)開(kāi)始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來(lái)的強(qiáng)大沖擊。有專(zhuān)家甚至認(rèn)為，新商務(wù)活動(dòng)所帶來(lái)的新技術(shù)和開(kāi)放技術(shù)規(guī)范將會(huì)埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認(rèn)為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過(guò)程控制軟件[9]。 誠(chéng)然，幾年前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)明顯存在著新舊PLC混合使用的情況，工業(yè)用戶(hù)不得不同時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)的新舊知識(shí)，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(hù)僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺(tái)。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?yàn)檫@兩者均采用了同樣類(lèi)型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個(gè)比喻，如果你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語(yǔ)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(jì)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(shì)、重點(diǎn)：　 （1）人機(jī)界面更加友好　　PLC制造商紛紛

16、通過(guò)收購(gòu)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(kāi)發(fā)平臺(tái)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(diǎn)</b></p><p>　　本課題是針對(duì)城市污水處理的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要介紹國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)采用性能良好的S7—200 PLC對(duì)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(shí)時(shí)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

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