1、畢業設計開題報告 設 計 題 目: 污水處理控制系統設計 院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業 班 級: 學 生 姓 名: 導 師 姓 名: 開 題 時 間: 2015 年 3 月 20 日 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日1課題研究目的和意義目前，環境問題成為了制約世界各國可持續發展的重要因素之一。水環境的污染問題，不僅嚴重影響著人們的健康，還加速了水資源的短缺。城市生活污水處理效率低。城市生活污水處理在發達國家已經成為了一個比較穩定的市場。而在中國則迫切需要加快污水處理的發展進程。據有關資料顯示，美國平均每1萬人就擁有1座污水處理廠，英國與德國則每70008000人就擁有1座污水

2、處理廠，而中國平均每150萬人才擁有1座污水處理廠。因此，不斷加大我國污水處理的效率和力度，對改善環境質量和人民生存環境，促進社會的可持續發展具有重要的意義。本次畢業設計主要目的是建立完整的SBR污水處理的控制系統，簡化控制系統結構，確保維護方便。SBR廢水處理技術是一種高效廢水回用的處理技術，采用優勢菌技術對校園生活污水進行處理，經過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到節約水資源的目的。廢水處理過程中環境溫度對菌群代謝產生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結構處理池降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術工藝參數變化大，硬件設計選型與設備調試比

3、較復雜。2文獻綜述2.1污水處理控制系統研究概況及發展趨勢綜述污水處理方法大致分為三類：物理法、化學法和生物處理法。物理法是利用物理作用分離污水中呈懸浮固體狀態污染物質的方法。主要方法有：格柵截留法、沉淀法、氣浮法和過濾法等。化學處理法是應用化學反應的作用分離回收污染物中的各種污染物質的方法，主要用于處理工業廢水，主要方法有中和、混凝、電解、氧化還原、汽提、萃取、吸附和離子交換等。生物處理法是利用微生物的代謝作用使污水中呈溶解、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害物質的方法。主要方法有好氧法和厭氧法兩大類，好氧法廣泛應用于處理城市污水及有機工業污水，厭氧法則多用于處理高濃度有機污水和污水處理過

4、程中產生的污泥。國外的一些發達國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經濟發達，并較早的實現了工業現代化。這些國家經濟發展較早而且較快，環境問題特別是水資源污染的嚴重性也較早的體現出來，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，也重視污水處理自控系統的研究。這些國家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。國外的污水處理廠很早就實現了污水處理廠的網絡控制，如DCS/FCS系統，同時國外較早的將SCADA技術引入到了，給水排水工程中，并取得了良好的經濟效益和社會效益。國外同時注重水處理PLC的開發，相繼

5、研制出了一些智能、穩定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的s7系列、Schneider的TSX Quantum DO、化學需氧量COD分析儀等。一些發達國家經過幾十年的努力，污水處理率已經達到80%-90%，成功的解決了來自于城市和工業的水污染問題。同時一些國家開始重視污水的回收利用。其特點有：大量采用在線監測的水質分析儀表，對全廠的水質實時監測并有上位機記錄下來，提高了測量精度；生產過程中不同程度的采用了智能控制，可以根據水質和水源的變化自動的調整相應的控制方式；大量采用遙測、遙控設備，并有效地利用社會資源，如電話網絡、移動電話網絡、國際互聯網、氣象信息等。早期的控制系

6、統多采用繼電器接觸器控制系統，但隨著電子技術的飛速發展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現代工業污水處理系統的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現場總線控制、PLC等控制方。(1)DCS系統。DCS是集散控制系統的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統，是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網絡技術等相互滲透形成的。由計算機和現場終端組成，通過網絡將現場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產過程，可提高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采用分級分布式控制，減少了系統的信息傳輸量，使系統應用程序比較簡單

7、。實現了真正的分散控制，使系統的危險性分散，可靠性提高。擴展能力較強。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。實時性好，響應快。(2）現場總線控制系統。現場總線控制系統是由DCS和PLC發展而來的，是基于現場總線的自動控制系統。該系統按照公開、規范的通信協議在智能設備之間，以及智能設備與計算機之間進行數據傳輸和交換，從而實現控制與管理一體化的自動控制系統，其優點：可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應快，實時性好。通信協議公開，不同產品可互連。 (3）PLC系統。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統的控制器，實現控制系統的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網絡連接PLC，對生產過程

8、進行實時監控，其特點如下：編程方便，開發周期短，維護容易。通用性強，使用方便。控制功能強。模塊化結構，擴展能力強。近年來污水處理過程控制的ICA技術（儀器化、控制化和自動化）開始應用于工程實踐。一些大型污水廠采用泵房液位控制、溶解氧控制化學除磷控制等技術和策略，達到了穩定出水，水質和節能降耗效果明顯。典型案例如英國Pool Common 污水廠WTOS 實時控制系統，我國上海白龍港污水廠采用的 BIOS生物處理智能控制系統。我國污水處理技術起步晚，經過科研人員的不懈努力，我國在工業污水處理技術方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術上，我國已能提供下列工藝技術傳統活性污泥法技術、各種新型活性

9、污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術等、酸化水解好氧技術和多種類型的穩定塘技術等。SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。與傳統污水處理工藝不同，SBR技術采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩定生化反應替代穩態生化反應，靜置理想沉淀替代傳統的動態沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統。SBR技術中PLC控制有序，自動化

10、程度高。MBR污水處理工藝同樣采用PLC控制，工藝流程是：污水經格柵進入調節池后經提升泵進入生物反應器，通過PLC控制器開啟曝氣機充氧，生物反應器出水經循環泵進入膜分離處理單元，濃水返回調節池，膜分離的水經過快速混合法氯化消毒（次氯酸鈉、漂白粉、氯片）后，進入中水貯水池池。反沖洗泵利用清洗池中處理水對膜處理設備進行反沖洗，反沖污水返回調節池。通過生物反應器內的水位控制提升泵的啟閉。膜單元的過濾操作與反沖洗操作可自動或手動控制。當膜單元需要化學清洗操作時，關閉進水閥和污水循環閥，打開藥洗閥和藥劑循環閥，啟動藥液循環泵，進行化學清洗操作。膜生物處理技術應用于廢水再生利用方面，具有以下特點：(1)

11、能高效地進行固液分離，將廢水中的懸浮物質、膠體物質、生物單元流失的微生物菌群與已凈化的水分開。分離工藝簡單，占地面積小，出水水質好，一般不須經三級處理即可回用。(2) 可使生物處理單元內生物量維持在高濃度，使容積負荷大大提高，同時膜分離的高效性，使處理單元水力停留時間大大的縮短，生物反應器的占地面積相應減少。(3) 由于可防止各種微生物菌群的流失，有利于生長速度緩慢的細菌（硝化細菌等）的生長，從而使系統中各種代謝過程順利進行。(4) 使一些大分子難降解有機物的停留時間變長，有利于它們的分解。(5) 膜處理技術與其它的過濾分離技術一樣，在長期的運轉過程中，膜作為一種過濾介質堵塞，膜的通過水量運轉

12、時間而逐漸下降有效的反沖洗和化學清洗可減緩膜通量的下降，維持MBR系統的有效使用壽命。(6) MBR技術應用在城市污水處理中，由于其工藝簡單，操作方便，可以實現全自動運行管理。3設計基本內容、擬解決的主要問題3.1污水處理系統組成及工作原理 污水處理系統原理圖如圖1所示：圖1 系統原理圖PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調速控制。污水處理系統工藝流程圖如圖2: 圖2工藝流程圖 其工作過程如下：水由進水系統通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質物體，到達除砂池中。在除砂池系統中細格柵和轉鼓清污機進一步凈化污水中的細小

13、顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除后進入氧化溝反應池。在該氧化溝系統中進行生化處理，分解污水中的有害物質，此環節用到一些化學藥劑來加強處理效果，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進行除油、消毒、調整PH值。同時在該系統中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，根據其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈

14、吸附架橋作用更加容易沉降。污水經沉淀池處理最后到達脫水環節，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。3.2設計基本內容基本內容：(1）分析SBR污水處理系統的特點、性能要求、工藝過程。(2)根據技術要求確定總體方案。(3)PLC控制系統的硬件設計。(4)PLC控制系統的軟件設計。(5）編寫設計計算說明書。3.3擬解決的主要問題本次畢業設計的主要內容是用PLC做控制器，完成對污水處理的控制，以滿足污水處理和環保的要求。如果有參數超出環保要求，則PLC控制器向輸入端發出電信號，PLC輸出端通過控制電路作出相應的處理，調整整個污水中的參數，使它們保持在環保的要求范圍內。技術要求:控制裝置選用PLC

15、作為系統的控制核心，根據工藝要求合理選配PLC機型和I/O接口。可執行手動/自動兩種方式，應能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參數。電動閥上驅動電動機為正、反轉雙向運行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。PLC的接地應按接地手冊中的要求設計，并在圖中表示和說明。為了設備安全運行，考慮必要的保護措施，加入電動機過熱保護、控制系統短路保護等。 4技術路線或研究方法4.1研究思路 了解國內外污水處理概況。選擇合適的污水處理工藝。通過計算，選擇控制系統主要元器件。設計主電路、各種輔助電路和相關的接口電路。設計電氣元件布置圖，安裝接線圖。根據控制要求進行程序的設計。4.2研究的方法確定總體方案選擇總體方

16、案分析技術要求設計PLC硬件編寫設計說明書PLC軟件編程5設計進度安排 2015.03.2-2015.03.8 查閱文獻資料 2015.03.9-2015.03.15 確定總體方案 2015.03.16-2015.03.22 撰寫開題報告 2015.03.23-2015.04.5 硬件選型2015.04.6-2015.04.26 硬件系統結構設計2015.04.27-2015.05.24 系統程序設計 2015.05.25-2015.06.10 撰寫說明書、準備答辯6主要參考文獻1Alp Tekin,ErgencDeniz OEzde Koca,PLC controlled single cy

17、linder diesel-LPG engine 8 PLC controlled single cylinder diesel-LPG engine,2013. 2Ievgenii Tsokalo.Influence of the channel instability.PLC QoS EI SCI,2014 .7.3許志軍主編,工業控制組態軟件及應用J.機械工業出版社,2005.4王永華,現代電氣控制PLC應用技術（第2版）M. 北京航空航天大學出版社, 20085胡健,西門子S7-300PLC應用教程M. 北京航空航天大學出版社,20106廖常初,跟我動手學S7300/400M. 機械工業出版社,20107張培山,鐘昆.基于PLC的工業污水處理廠自控系統的實現M.控制系統,2006.5（1）：82-83.8李英輝，趙豫龍，戴青云.基于PLC的中水處理系統J.石家莊職業技術學院報,2008.69胡學林,可編程控制器教程實訓篇M.北京: 電子工業出版社, 200410何獻忠,工業工業污水處理的PLC控制應用J.湖南冶金職業技術學院學報，2004，43（4）：86-87.11夏辛明,黃鴻,高巖.可編程控制器技術及應用(第2版)M.北京: 北京理工大學出版社,2005年12陳進東，潘豐.污水處理控制系統設計J江南大學通信與控制工程學院,無錫,13趙