污水處理的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)開題報(bào)告電氣與信息工程學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè) 08 級(jí) 2 班課題名稱： 污水處理的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：2010年11月22日5月25日(共24周)學(xué)生姓名： 祝潔輝 學(xué)號(hào)：3080220243指導(dǎo)教師： 郁煒 報(bào)告日期： 2010-12-7 1本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述水與人的生活息息相關(guān)，目前我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%-50%。目前全國(guó)城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的

2、突出問題。因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。為了避免對(duì)環(huán)境的污染，污水必須得到妥善的處理。目前國(guó)內(nèi)各污水的處理基本上都是進(jìn)行加藥、沉降、過濾、回注等處理工序。原有的污水處理廠其控制部分采用傳統(tǒng)的繼電器控制，控制線路復(fù)雜，繼電器多，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，線路老化，頻繁出現(xiàn)控制故障。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在污水處理中采用PLC控制系統(tǒng)改造后，提高了自動(dòng)控制的可靠性。,不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理的科學(xué)性。 現(xiàn)代污水處理采用計(jì)算機(jī)控制日

3、益普遍。歐美國(guó)家一些城市污水處理廠已經(jīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和運(yùn)行過程控制，甚至實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化無人值守控制模式?，F(xiàn)在許多美國(guó)大中型水廠均由一套集散型的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，對(duì)整個(gè)水處理過程實(shí)行多環(huán)路控制，其中包括沉淀、過濾及反沖洗、臭氧處理、化學(xué)藥劑投放、泵房等。設(shè)在中心控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)主機(jī)從各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)中收集數(shù)據(jù)，并提供圖表顯示、曲線、各個(gè)設(shè)備動(dòng)作記錄、設(shè)備故障報(bào)警等。在自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，每一個(gè)自動(dòng)控制過程都可切換成手動(dòng)控制。與國(guó)外相比，我國(guó)污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，進(jìn)入90年代以后污水處理廠才開始引入自動(dòng)控制系統(tǒng)，但多是直接引進(jìn)國(guó)外成套自控設(shè)備，國(guó)產(chǎn)

4、自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中應(yīng)用很少。就目前來看，我國(guó)污水處理廠自控系統(tǒng)的現(xiàn)狀是手動(dòng)與自動(dòng)皆備，自制和引進(jìn)并舉。大體可分成三個(gè)檔次。第一、手動(dòng)操作:采用常規(guī)分散儀表對(duì)污水處理過程中的液位、流量、溫度、濁度、pH值等性能指標(biāo)進(jìn)行離線或在線采集，根據(jù)數(shù)據(jù)得出控制要求，操作員在現(xiàn)場(chǎng)控制主要設(shè)備，如閥門的開、閉，電機(jī)的啟、停，鼓風(fēng)量的調(diào)節(jié)等等。這種控制方式下，完全由工人在現(xiàn)場(chǎng)操作，工藝參數(shù)得不到可靠保證，污水處理后出水質(zhì)量難以保證，穩(wěn)定性差，工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，主要設(shè)備和裝置不能工作在最佳狀態(tài)。這種控制方式由于投資少，主要在一些小型污水處理場(chǎng)合應(yīng)用。第二、半自動(dòng)控制:通過數(shù)據(jù)采集器等手段采集局部過程量送入

5、控制室，一般在控制室設(shè)有工藝模擬顯示屏或上位機(jī)，在模擬屏或上位機(jī)上顯示液位、流量、溫度、濁度、pH值、污泥濃度等過程參數(shù)和電機(jī)、閥門運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，上位機(jī)操作人員可以在模擬屏或操作臺(tái)上遙控部分設(shè)備的啟、停，而某些設(shè)備控制就需要聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)操作人員，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員手工控制，生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)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(lián)絡(luò)的延遲，使出水質(zhì)量會(huì)有較大的波動(dòng)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也較大，國(guó)內(nèi)中小型污水處理廠較多采用。第三、全自動(dòng)控制:采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)污水處理的全程生產(chǎn)工序進(jìn)行無人值守全自動(dòng)控制。生產(chǎn)過程控制中的各種信號(hào)通過相應(yīng)的變送器送入下位機(jī)，一

6、般下位機(jī)采用可靠的PLC作為控制單元，運(yùn)行先進(jìn)的控制算法，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。作為上位機(jī)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用TCP/IP協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，掛在以太網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)信息的集成管理和遠(yuǎn)程控制。上、下位機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)傳送采集參數(shù)和遠(yuǎn)程控制參數(shù)。這種控制方式是自控技術(shù)的發(fā)展方向，國(guó)外國(guó)內(nèi)的大型污水處理廠都在使用。所以本文主要采用PLC與設(shè)置在中控室的工控機(jī)通過基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，組成了一個(gè)組態(tài)王與STEP7合用、工控機(jī)與PLC合用的混合型工業(yè)控制系統(tǒng)，不但發(fā)揮了不同設(shè)備各自的優(yōu)勢(shì)、縮短了工程時(shí)間、降低了人力物力消耗，而且可方便的與調(diào)度中心的BA相連，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度中心管控一體化。從而達(dá)

7、到降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的目標(biāo)。2設(shè)計(jì)(論文)要解決的問題和擬采用的研究方法問題一：1.工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式問題二：1.PLC選型2.PLC的I/O資源配置3.各種器件的選擇比如水泵、空壓機(jī)、電磁閥、電動(dòng)機(jī)、接觸器、變頻器等的選型，5.6 PLC和變頻器通訊4.可編程控制器控制系統(tǒng)的抗干擾措施問題三：1.基于STEP7的PLC程序開發(fā)2.組態(tài)王與SIMATIC S7 PLC的通訊3.曝氣過程控制的程序設(shè)計(jì)4.氯氣投加環(huán)節(jié)的程序設(shè)計(jì)5.絮凝劑投加環(huán)的程序設(shè)計(jì)6.PID控制設(shè)計(jì)問題四：1.傳感器的選型2.傳感器和PLC間的通訊3本課題

8、需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路1 PLC的I/O資源配置： 系統(tǒng)模擬量和數(shù)字量的輸出、輸入設(shè)置。此系統(tǒng)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(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，所以應(yīng)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。2 組態(tài)王在污水處理項(xiàng)目中的具體應(yīng)用 通過學(xué)習(xí)組態(tài)王，按照本系統(tǒng)要求，首先創(chuàng)建污水處理項(xiàng)目，然后建立組態(tài)王與SIMATIC S7 PLC的通訊，接著建立標(biāo)簽、編輯工藝流程畫面、數(shù)據(jù)查詢，最后設(shè)置運(yùn)行環(huán)境和參數(shù)。3 各個(gè)環(huán)節(jié)的電動(dòng)機(jī)的聯(lián)動(dòng) 通過PLC的設(shè)置，使各個(gè)槽中的電動(dòng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)。4完成本課題所必須的工作條件(如工具書、

9、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類市場(chǎng)調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)及解決的辦法設(shè)計(jì)軟件：組態(tài)王工控組態(tài)軟件、STEP7-Micro/WIN32軟件工具書：變頻器的控制理論、傳感器的控制理論、組態(tài)王工控組態(tài)軟件相關(guān)書籍參考文獻(xiàn)：1劉建雄，PLC控制系統(tǒng)在化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，工程技術(shù)，2008（5）2孫衛(wèi)娜，基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究,沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（6）3李瑞桂、孟凡華、孟祥廷，PLC在工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)用技術(shù)，2008（410劉琨，污水處理廠自動(dòng)控制應(yīng)用及系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)用技術(shù)，2006（4）3董淑冷、茅紅偉、唐曉俊，PLC在污水泵站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，制造業(yè)自動(dòng)化

10、，2008（6）4趙芳、李從冰，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006（4）5劉貫華，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用技術(shù)，2008（1）6常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. 1.7孫振強(qiáng)，王暉，孫玉峰.可編程控制原理及應(yīng)用教程 M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.2.7唐宇毅.電廠含油工業(yè)污水處理的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)出版社，2005.9廖常初.PLC編程及應(yīng)用 M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.2.10張培山，鐘昆.基于PLC的工業(yè)污水處理廠自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)J.控制系統(tǒng),2006,5（1）：82-83.11李

11、英輝，趙豫龍，戴青云.基于PLC的中水處理系統(tǒng)J.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院報(bào),2008,6（4）76-78.12何獻(xiàn)忠.工業(yè)工業(yè)污水處理的PLC控制應(yīng)用J.湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，43（4）：86-87.13張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)（第3版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.153.14程玉華.西門子S7-200工程應(yīng)用實(shí)例分析 M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.1.15陶權(quán)，吳尚慶.變頻器應(yīng)用技術(shù) M.廣州：華南理工大學(xué)出版社.2009.1.16陳志新，宗學(xué)軍.電器與PLC控制技術(shù) M.北京：北京大學(xué)出版社，2009.1.17張統(tǒng).工業(yè)污水處理工藝及工程方案設(shè)計(jì) M.北京：

12、中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.5.18婁金生.水污染治理新工藝與設(shè)計(jì) M.北京：海洋出版社，1999.19張統(tǒng).工業(yè)污水處理工藝及工程方案設(shè)計(jì) M.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.5.20李方圓.變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐 M.北京：中國(guó)電力出版社，2006.21王衛(wèi)兵.可編程控制器原理及應(yīng)用（第二版） M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.22王仁祥.通用變頻器的選型與維修技術(shù) M.北京：中國(guó)電力出版社，20045設(shè)計(jì)(論文)完成進(jìn)度計(jì)劃1周 查閱資料，收集信息2周 查閱資料，收集信息3周 搜集資料，查找數(shù)據(jù)并進(jìn)行學(xué)習(xí)4周 整理資料，撰寫開題報(bào)告5周 開題報(bào)告的整理、答辯6周 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與選型

13、、制定論文計(jì)劃7周 進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)8周 主電路的設(shè)計(jì)9周 PLC控制電路的設(shè)計(jì)10周 各種器件的選擇11周 進(jìn)行系統(tǒng)軟件的編寫12周 進(jìn)行系統(tǒng)軟件的編寫13周 整理資料14周 書寫論文15周 對(duì)論文進(jìn)行全面檢查16周 請(qǐng)老師檢查，并對(duì)其進(jìn)行修改17周 整理論文18周 準(zhǔn)備答辯6指導(dǎo)教師審閱意見該設(shè)計(jì)課題具有較強(qiáng)的實(shí)用性，具有一定的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。 并且目前也屬于應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，現(xiàn)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?jī)r(jià)值。 該生在本開題報(bào)告確立過程中在本組中起主做的作用，從本開題報(bào)告中可看出他們參閱了大量的資料，對(duì)目前已有的各種控制方案已作了充分的了解和比較，所以對(duì)本課題的理解已達(dá)到了一定程度。所確定的方案具有一定的獨(dú)特性，思路明確，研究重點(diǎn)和計(jì)劃任務(wù)比較合理，并且從研究任務(wù)中可知通過此設(shè)計(jì)可對(duì)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有較全面的應(yīng)用并有一定加深，這也符合畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求和目的。同時(shí)課題設(shè)計(jì)合理，技術(shù)路線正確，具有一定的研究基礎(chǔ)，