1、中 北 大 學 信 息 商 務 學 院畢業設計開題報告學 生 姓 名：學 號：學 院、系：信息商務學院、信息與通信工程系專 業：電氣工程及其自動化設 計 題 目：某電鍍廠廢水處理電氣控制系統設計指導教師:畢 業 設 計開 題 報 告1結合畢業設計情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述一、課題的研究背景及研究意義目前，我國大多數污水處理控制系統自動化水平不高、安全性低、管理不當，效率普遍低于世界標準。污水處理系統中的曝氣過程控制、數據通訊和監控管理是急需解決的主要問題1。中國污水處理自控系統相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質不穩定，所

2、以如何建立有效的自控系統，優化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。生產廢水及生活廢水的循環利用，是節約用水和減少水資源開采的有效途徑，既可利國利民，又是減少生產成本的重要舉措2。同時為了響應實現工業廢水零排放，努力建設節約型企業的號召，污水處理工程改造項目很必要。隨著工業自動化的普及與發展，要求有先進、穩定、可靠的監控設備加入到控制系統中，以完成數據的采集以及設備的安全進行。作為當今工廠企業重要的自動化控制設備之一，可編程控制器（PLC）已經被廣泛的用于現代工業控制系統中，尤其適用與邏輯、順序過程控制。它正隨著計算機、通訊、網絡等技術的進步全面迅速發展3。在處理電鍍廠廢水的系統控制方面，PL

3、C起著一個重要的作用。本設計中優先選用組態王，它分為上位機和下位機兩部分，上位機主要用來完成PLC的編程及人機界面，而下位機則主要用來完成PLC控制功能的實現，選擇合適的風機外部電路制作。另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的，它們無論在通信中使用的變量，還是在控制中的對象都應該是一致的，所以要做好上下位機通訊的設計4。在自動控制系統的設計中，PLC具有以下的功能：（1）采用工業標準設計，可靠性高。工業可編程序控制器（PLC）是專為在工業環境下應用而設計的，在工控領域中占有主要的地位，具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可編程序控制器及其有關設備，都按

4、易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能。（2）可實現電腦遠程監控，使整個系統更為人性化。利用組態軟件，設計好圖形界面，構造數據庫，建立動畫連接后即可進行運行和調試。5PLC作為下位機是外部設備，在開發過程中根據“設備配置向導”的提示完成連接過程。這樣既保證了運行系統的高效率，也使系統能夠達到很大的規模，最終做到人機界面與PLC的完美結合。本設計使我更加深刻認識了PLC和組態軟件，并且使我更加靈活的使用組態軟件。對我以后的工作和生活都有很大的幫助。二、國內外發展狀況1.國外發展狀況：國外的一些發達國家，由于這些國家經濟發達，很早的實現了工業現代化，并且經濟發展得很快，這就引發了環境問題特

5、別是水污染問題，但也得到了這些國家的重視，投入大量的人力物力進行水處理的研究，在研究水處理新理論和工藝的同時，也重視污水處理自動控制系統的研究。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，一些發達國家經過多年的努力，污水處理率已經達到80%90%，成功地解決了來自城市和工業的點源污染問題。由于控制技術、網絡通信技術以及現場總線技術的飛速發展，國外的污水廠很早便實現了污水廠的網絡控制，如DCS、FCS系統。同時國外較早的將SCADA技術引入到給水排水工程中，并取得了良好的經濟效益與社會效益。國外同時注重水處理中的PLC的開發，相繼研制出了一些智能、穩定、小巧的控制單元，如AB

6、公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列。2.國內發展狀況：現代污水處理采用計算機控制日益普遍。歐美國家一些城市污水處理廠已經用計算機進行數據記錄和運行過程控制，甚至實現全自動化無人值守控制模式。現在許多美國大中型水廠均由一套集散型的自動控制系統進行控制。在廠區范圍內設有若干臺現場計算機，對整個水處理過程實行多環路控制，其中包括沉淀、過濾及反沖洗、臭氧處理、化學藥劑投放、泵房等。設在中心控制室內的計算機主機從各個現場計算機中收集數據，并提供圖表顯示、曲線、各個設備動作記錄、設備故障報警等。在自動控制系統發生故障時，每一個自動控制過程都可切換成手

7、動控制9。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，進入90年代以后污水處理廠才開始引入自動控制系統，但多是直接引進國外成套自控設備，國產自動控制系統在污水處理中應用很少。就目前來看，我國污水處理廠自控系統的現狀是手動與自動皆備，自制和引進并舉10。大體可分成三個檔次:（1）手動操作:采用常規分散儀表對污水處理過程中的液位、流量、溫度、濁度、pH值等性能指標進行離線或在線采集，根據數據得出控制要求，操作員在現場控制主要設備，如閥門的開、閉，電機的啟、停，鼓風量的調節等等。這種控制方式下，完全由工人在現場操作，工藝參數得不到可靠保證，污水處理后出水質量難以保證，穩定性差，工人操作勞動強度大，主

8、要設備和裝置不能工作在最佳狀態。這種控制方式由于投資少，主要在一些小型污水處理場合應用。（2）半自動控制:通過數據采集器等手段采集局部過程量送入控制室，一般在控制室設有工藝模擬顯示屏或上位機，在模擬屏或上位機上顯示液位、流量、溫度、濁度、pH值、污泥濃度等過程參數和電機、閥門運行狀態，對生產過程進行監控，上位機操作人員可以在模擬屏或操作臺上遙控部分設備的啟、停，而某些設備控制就需要聯系現場操作人員，由現場操作人員手工控制，生產中的數據需要人工記錄。這種控制方式，需要人工的頻繁介入，中間存在人為聯絡的延遲，使出水質量會有較大的波動，工人的勞動強度也較大，國內中小型污水處理廠較多采用。（3）全自動

9、控制:采用計算機控制技術與多層次的網絡結構對污水處理的全程生產工序進行無人值守全自動控制。生產過程控制中的各種信號通過相應的變送器送入下位機，一般下位機采用可靠的PLC作為控制單元，運行先進的控制算法，實現現場設備的實時控制。作為上位機的工業控制計算機采用TCP/IP協議和標準數據庫，掛在以太網上，實現信息的集成管理和遠程控制。上、下位機之間通過網絡傳送采集參數和遠程控制參數11。這種控制方式是自控技術的發展方向，國外國內的大型污水處理廠都在使用。所以本設計主要采用PLC與設置在中控室的工控機通過基于TCP/IP協議的工業以太網進行通訊，組成了一個混合型工業控制系統，不但發揮了不同設備各自的優

10、勢、縮短了工程時間、降低了人力物力消耗，而且可方便的與調度中心的BA相連，實現了調度中心管控一體化。從而達到降低工業污水處理成本、改善環境、建立可持續發展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發展的目標12。參考文獻：1 程瑞豐.混氰型電鍍廢水處理工藝的研究.學士學位論文.武漢.武漢理工學.20072李金城.PLC在城市污水處理中的應用J 自動化與控制 2005（1）:1543劉昌明,曹英杰.我國水污染狀況及其對人類健康的影響與主要對策 .科學對社會的影響2009(2):254 王蘭鳳.談我國城市污水處理發展趨勢.黑龍江科技信息2009(28):235 都志民,明立雪.PLC在污水處理過程中的應用M

11、.濟南：山東出版社,20066 黃維菊.污水處理工程設計M.北京：國防工業出版社,2008. 577 楊帆.基于PLC的污水處理控制系統 J. 武漢化工學院電氣信息學院,2004（1）:47508 高欽和.可編程控制器應用與設計實例M.北京：人民郵電出版社,20049 何慶泉.PLC控制系統在污水處理中的應用M.深圳：化學工業出版社,200310 吳中俊，黃永紅.可編程控制器原理及應用M.北京：機械工業出版社,200411 孫宗文PLC在CAST污水處理工藝中的應用J工業控制計算機，2O10(7)：505312 徐世許，朱妙奇，王毓順可編程序控制器 原理·應用·網絡M合肥：

12、中國科學技術大學出版社，200813Campos J C.Borges, R.M.H.Oliveira A.M Filho. Oilfield wastewater treatmentby combined mjcrofiltration and biological processes. Water Research.2002(36):7578 14Weixuan Li,Yuzhu Sun.Automatic Monitoring and Control System ofIndustrial Sewage Treatment.hepph/9810548(1998)15 P.iet Oden

13、daal. Water Quality Management in Developing Countries. New World Water,1999. 911畢 業 設 計開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、要解決的問題：1.了解研究工業水處理的背景、國內外在這方面的發展狀況，設計生活污水處理控制系統，設計對應的實時監控系統。2.確定工業污水處理控制系統的工藝流程。3.如何進行PLC控制系統的設計。4.PLC的I/O資源配置。5.如何使用組態軟件。二、擬采用的研究手段:1通過查閱資料了解工業污水的控制過程，確定污水運行流程圖及每個環節的控制要求。2學習工業

14、電氣控制知識，學習組態軟件，按照本系統要求，首先創建污水處理項目，然后建立組態王與 PLC的通訊，接著建立標簽、編輯工藝流程畫面、數據查詢，最后設置運行環境和參數。3.PLC控制系統設計步驟：圖1 設計步驟示意圖4.PLC的I/O資源配置：系統模擬量和數字量的輸出、輸入設置。此系統中，需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊，所以應用西門子公司專門為S7200系列PLC配置的模擬量輸入輸出模塊EM235。5.組態軟件的使用步驟：（1）將所有I/O點的參數收集齊全，并填寫表格，以備在監控組態軟件和PLC上組態時使用。（2）搞清楚所使用的I/O設備的生產商

15、、種類、型號、使用的通信接口類型，采用的通信協議，以便在定義I/O設備時做出準確選擇。（3）將所有I/O點的I/O標識收集齊全，并填寫表格，I/O標識是唯一地確定一個I/O點的關鍵字，組態軟件通過向I/O設備發出I/O標識來請求其對應的數據。在大多數情況下I/O標識是I/O點的地址或位號名稱。（4）根據工藝過程繪制、設計畫面結構和畫面草圖。（5）按照第一步統計出的表格，建立實時數據庫，正確組態各種變量參數。（6）根據第一步和第二步的統計結果，在實時數據庫中建立實時數據庫變量與I/O點的一一對應關系，即定義數據連接。（7）根據第四步的畫面結構和畫面草圖，組態每一幅靜態的操作畫面。（8）將操作畫面中的圖形對象與實時數據庫變量建立動畫連接關系，規定動畫屬性和幅度。（9）視用戶需求，制作歷史趨勢，報警顯示，以及開發報表系統。之后，還需加上安全權限設置。（10）對組態內容進行分段和總體調試，視調試情況對軟件進行相應修改。（11）將全部內容調試完成以后，對上位軟件進行最后完善，讓系統投入正式（或試）運行。 畢 業 設 計開 題 報 告指導教師意見：該設計課題具有較強的實用性，具有一定的社會現實意義。 并且目前也屬于應用研究的熱點，現有的研究方案很多，但都各有局限性，所以如果能形成自己的特色，則該課題具有一定的研究價值。