畢業設計（論文）開題報告設計（論文）題目:污水處理的PLC控制系統設計院系名稱:機電工程學院

專業班級:機械08-9學生姓名:張轟

導師姓名:劉桂波開題時間:2012.02.27指導委員會指導委員會審查意見：簽字：年月日一.課題來源及研究目的和意義研究目的：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。SBR廢水處理系統方案應充分考慮現實生活中校園生活區較為狹小的特點，力求達到設備體積小，性能穩定，工程投資少的目的。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，因此采用地理式磚混結構處理池，以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較復雜，采用先進的PLC控制技術可以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。研究意義：世界上任何國家的經濟發展，都會推進社會進步、促進工農業生產能力，使人民的生活得到進一步改善，尤其在工業革命之后，各國經濟飛速發展，全球大量的不可再生資源（例如石油）被利用。如果這些污水無凈化排出必定會給周圍環境造成很大的污染，而且我國是一個嚴重缺水的國家，已經被聯合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有50個，據中國經濟信息網分析統計，全國按目前正常需要，年缺水總量約為300億~400億立方米，因缺水造成的經濟損失達2300億元，超過洪澇災害。水資源的匱乏和水資源的污染已經嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了全國的經濟建設和發展。特別是我國北方城市，如北京、天津、沈陽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。我國污水處理的電耗為0.365kWh/m3、日本為0.304kWh/m3、美國為0.243kWh/m3，因此建設符合我國具體情況的污水廠自動控制系統對降低污水處理成本、改善環境、建立可持續發展社會、保持我國經濟高速發展具有重要意義。二.文獻綜述近年我國的污水處理行業雖然取得了較大發展，但仍然存在污水處理廠設計標準低、設備和工藝技術落后等問題。污水處理工藝與其他工藝過程相似，需要在一定的溫度、壓力、流量、液位等工藝條件下進行。污水處理的可變因素較多，水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態、機械運行和系統控制情況等，都會影響污水處理效率以及功能，因此盡快建立自動化程度較高的污水處理廠并高效運作已經成為當下刻不容緩的任務。根據污水處理中心綜合情況，結合國際國內的先進技術以及經驗，進一步強化污水處理中心自控和計算機監控系統。計算機監控系統能夠即時監控污水處理的每道工序，即控工藝。監控泵站設備運行，使機組能達到計算機控制優化運行；組建上位機系統，經過上位機將泵站運行參數、污水濃度、排水流量、水位高低等工情以及水情信息形象展示出來。計算機監控系統還能夠以視頻形式全方位的監視污水處理中心重點區域，為操作員及時作出反應提供技術保障。目前我國大城市污水處理后排放的不到10%,未經處理的污水嚴重影響了水環境,制約了現代化進程的告訴發展。這種狀況已經引起了各級政府的高度關注,開始逐步推行各級政府的污水處理項目。國外發展情況：國外一些發達國家，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。環境問題特別是水資源污染的嚴重性也較早的體現出來，對污水的處理更先進一些，同時也得到了這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力進行油田污水處理的研究。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。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。一些發達國家經過幾十年的努力，污水處理率已經達到80%~90%，成功地解決了來自于工業的點源污染問題。同時一些國家開始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達到了90%。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，國外的污水廠很早就實現了網絡控制，如DCS、FCS系統。同時國外較早的SCADA技術引入到了給排水工程當中，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公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSXQuantum系列。同時國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（DissolvedOxygen）、化學需氧量COD（ChemicalOxygenDemand）分析儀。國外污水處理自控系統主要存在以下特點：（1）采用集散控制系統DCS和現場控制系統FCS。按照廠區的自身情況和工藝段來劃分若干個控制站，站與站之間可以平級關系也可以是上下級關系，站與站之間一般獨立運行。設立中控室，中控室友操作員站和工程師站，負責全廠的數據管理與記錄、報表等工作。（2）大量采用在線監測的水質分析儀表對全廠的水質進行實時監測，并有上位機記錄下來，提高了測量精度。（3）生產過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據水質和水源的變化自動的調整相應的控制方式。（4）大量采用遙測、遙控設備，并開始有效地利用社會信息資源，如電話網絡、移動電話網絡、國際互聯網、氣象信息等。國內發展情況：隨著工業的發展，各項先進、成熟的污水處理技術逐漸引進、應用于現場生產。主要污水處理設備及配套沒備基本實現了國產化，并逐步形成了系列化、規模化，如用于不同條件下的過濾設備、氣浮選、壓力除油、液—液旋流除油等除油處理設備、藥劑投加設備等。水處理的自動化程度有了提高。過濾處理、污泥脫水、氣浮裝置、加藥裝置等實現了PLC集成面板自動控制；流量、液位、以及懸浮周體含量等水質指標也實現了實時在線監測。水處理更加重視工藝和化學的有機結合。水處理劑的品種增多、效能提高。水化學的研究手段增強、水平提高。特別是針對污水達標外排處理的要求。開展了水微生物學的研究，發展應用了生化處理技術，特別是開展生化處理以后，水微生物學的研究從無到有逐步發展，開始建立用于污水、污泥處理的菌種庫，適應了達標外排處理的需要。盡管我們在水處理方面取得了一些成果，但新的矛盾不斷出現，新的難題需要解決，油田水系統面臨著嚴峻的形勢，受到前所未有的挑戰，存在的主要問題是：（1）各污水廠都面臨著水處理設施老化，裝備落后，效率較低，技術改造工作量較大，特別需要用先進的技術、先進的裝備對系統進行升級換代的徹底改造，以提高水處理系統的水平。（2）運行成本高，特別是藥劑用量大，藥劑費用居高不下，與降本增效矛盾較大，影響到處理水質和系統保護。急需開發高效、多效、低成本的水處理劑。（3）腐蝕和結垢問題仍然是困擾水系統正常生產的嚴重問題。不少設備腐蝕問題沒有得到根本解決，腐蝕十分嚴重，不僅影響生產，而且維修量大，維修費用高。（4）水系統發展和提高的技術還待解決，如污泥的無害化處理及綜合利用、高含鹽采出水的處理利用、處理設備的高效化、加強油田水化學研究等。解決水系統存在的問題除大力推廣新技術、新工藝、新設備，加大對水系統改造的投入外，關鍵的是依靠科技進步，加強科技攻關，針對污水廠急需解決的難題開展研究，開發一批適用新技術，滿足油田開發的需求。三.課題研究內容與擬解決問題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。綜合考慮，城市污水處理選用SBR法最經濟實用，SBR法集進水、曝氣、沉淀、出水在～座池子中完成，常由四個或三個池子構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行，故稱序批式活性污泥瀏11．污水在反應池中通過曝氣與停氣間斷的反應，從而實現好氧與厭氧交替的進行，最終實現脫氮除磷的作用。四.技術路線污水處理采用SBR法和PH值調節污水處理工藝，是按“進水、中和反應、曝氣、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應。五.預期的成果和表現形式通過各工藝的比較，最終選擇氧化溝法進行污水處理設計。在硬件設計中，完成了PLC機型的選擇，模擬量模塊的選擇，開關量模塊的選擇和電源模塊的選擇。在軟件設計中，通過工藝進行了流程圖和梯形圖的設計，并做了上位機和下位機的軟件設計。利用Intouch組態軟件實現動態實時顯示過程控制參數和系統運行狀態，報警和報表等功能。PLC的運用實現了生產過程的自動控制，減輕了操作工的勞動強度，高可靠性的PLC，以較低的成本實現工業污水處理系統的自動控制，可靠性高，節省人力，物力、財力，達到最佳控制效果。污水處理系統應用PLC控制達到了設備的自動監視和控制，使出水指標穩定，滿足了工藝要求。六．進度安排2月27日——3月14日：分配任務書，查閱資料，書寫開題報告；3月14日——3月31日：擬定總體方案設計；4月1日——4月15日：相關元器件的選擇；4月16日——5月5日：硬件系統設計；5月6日——5月20日：系統軟件設計；5月21日——6月5日：撰寫設計說明書，繪制圖紙；6月5日——6月15日：完成畢業設計，準備答辯。七．主要參考文獻[1]李金城.PLC在城市污水處理中的應用[J].自動化與控制,2005（1）:154[2]都志民,明立雪.PLC在污水處理過程中的應用[M].濟南：山東出版社2006[3]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）:47-50[4]黃維菊.污水處理工程設計[M].北京：國防工業出版社2008[5]栗小寬.PLC技術在中小型污水處理廠的應用[J].科技創新導報,2008（2）:113[6]崔新勝.PLC控制系統在污水處理系統中的應用[J].甘肅科技，2009，25（1）:21-22[7]陳金華.可編程技術及應用[M].天津：天津大學出版社2008[8]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2004[9]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2003[10]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2004[11]黎一強.PLC技術在生活污水處理及回用系統中的應用[J].自動化技術與應用，2008，27（8）:123-125[12]高德欣,路永華.PLC在城市污水處理系統中的應用[M].青島：山東出版社2006[13]皮壯行.可編程控制器的系統設計與應用實例[M]．北京：機械工業出版社，2000．[14]廖常初.PLC編程及應用[M]．機械工業出版社，2008．[15]易泓可.電氣控制系統設計基礎與范例[M]．機械工業出版社，2008