基于PLC的工业污水处理控制系统设计开题报告Word文档格式.doc

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2009020854（29号）

指导教师：

宣丽萍

教师职称：

副教授

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目

基于PLC的工业污水处理控制系统设计

来源

工程实际

1、研究目的和意义

世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。

污水也是造成环境污染的来源之一。

这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。

2我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总量为28000亿m，居世界第6位，人2均水资源量为2220m，居世界第110位，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。

目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个。

据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300亿～400亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300亿元，超过洪涝灾害。

水资源的匾乏和水资源的污染，已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济建设和发展。

因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。

水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。

然而，水资源是有限的。

据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源位居110位，属于淡水资源贫乏的国家。

而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨。

令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪费非常严重。

我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。

淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。

我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。

随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。

但是我国工业用水耗费高，重复利用水少，中水使用率不高，有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%~50%。

目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。

耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。

严重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化，无疑是“雪上加霜”。

据统计，由于水质污染，我国已有大约3亿人的饮水发生不安全现象，其中1.9亿人的饮水是超标水。

气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存。

这些现象都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。

众多迹象表面，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益。

并且工业污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。

随着环境保护的呼声越来越高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水进行处理后排放成为各企业基本的要求。

在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及工厂中各种污水的成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。

2、国内外发展情况（文献综述）

水是人类生活和国民经济发展的不可或缺的重要部分，随着科技水平的飞速发展和人类生活水平的巨大提升，对于洁净的优质的水源的需求也不断急剧释放。

为建设可靠、稳定、先进、经济以及可扩展的合理的水处理自动化系统成为工程界和城市水行业营运管理部门共同关心的问题。

微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了水处理控制系统的信息化和智能化程度，与3C技术相结合的PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为水处理自动化系统的核心控制器，其与开放的网络通信系统一起，共同推动着水处理自动化系统的智能化程度的发展。

目前，国外发展比较成熟的污水处理方法有以下三种：

生物降解法;

隔膜吸附过滤法;

电磁化法。

目前,国产化污水处理设备具有品种不全,结构不合理,技术水平比较低,产品质量不稳定的特点。

我国自主生产的设备在很大程度上是依托国外相关设备的构造,再经过自我消化、研发和生产实践,逐步填补国内空白并在此基础上不断发展壮大。

不过,我国污水处理设备会在相当长的时间内落后于其他国家,还有许多空白,很多设备还停留在仿制的水平上,对于其理论研究尚显不足。

因而,国产化设备将会在未来相当长时间内在技术水平上处于劣势,特别是先进设备的技术保密与知识产权保护意识的加强,其竞争力将在未来市场中不断接受考验。

我国工业污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究。

“七五”和“八五”攻关项目在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多，以这些成果为设计依据，建立了一些氧化塘、土地处理等污水示范工程。

在人工处理技术方面，“八五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化沟技术进行了深入研究。

研究成果己被应用于大批工业污水处理厂。

污水厂污泥处置问题在“九五”科技攻关中受到重视，并配套开发成套的污泥处理。

经过“七五”、“八五”和“九五”期间的努力，我国在工业污水处理技术方面取得了较大的成就。

目前在水污染治理技术上，我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥法技术、各种新型活性污泥工艺如：

SBR法和氧化沟技术等、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定塘技术等，这些污水治理技术已经在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用，标志着我国工业污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。

现阶段，我国工业污水处理的工作重点已经从工艺技术的研究转移到具体项目的实施。

国际上，大规模的水污染治理是在第二次世界大战后，随着50年代经济的蓬勃发展带来的60年代日益严重性的环境污染而展开的。

工业污水处理设施中，城市排水管线和工业污水处理厂的兴建和运行在水污染控制中发挥着骨干作用。

至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了18000余座城市工业污水处理厂，英国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂。

这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起了关键的作用，也为人类治理水污染积累了丰富的经验。

现在，这些国家的工业污水处理水平又有了进一步提高，兴建了一批具有脱氮除磷功效的设施，对水体质量改善和水环境保护起了重大的作用。

未来10年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，其中工业污水处理设备投入约300亿元。

采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。

在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。

对于环境保护问题，国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。

其中处理过的污水还可以循环再利用，由于我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。

所以水资源也是一种保护。

因此，从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理非常有必要。

因此，有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC控制系统技术，将为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。

3、研究/设计的目标

1.用PLC控制实现对污水水位的控制；

2.用传感器实现对污水中所包含的各种有害物质的检测及其水位的控制；

3.用PLC控制实现对污水中所包含的各种有害物质的自动清除；

4.用PLC实现对现场仪表采集数据进行分析，当超过设定报警值时发出报警信号提醒操作人员注意；

5.使经过处理的污水达到国家规定排放标准。

4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）

工业污水处理系统的电气控制系统总框图如图所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

电气控制系统框图

工作过程

在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。

在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。

（1）接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

（2）运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。

（3）根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。

（4）进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。

（5）转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。

（6）污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。

（7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

5、方案的可行性分析

PLC集顺序控制和过程控制于一体，具有可靠性高，使用方便、灵活，组网简单的特点，是实现中小规模工业自动化的有力工具。

在污水处理中，基于PLC的控制系统在实时性、可靠性、精确性等方面满足了设计要求。

6、该设计的创新之处

用PLC控制的SBR污水处理法的流入、反应、沉淀、排放、待机五个工序，依次在同一SBR反应池中周期性运行。

从废水流入开始到待机时间结束为一个周期，一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的SBR反应池内进行，具有工艺简单，造价低，运行灵活，自动化程度高等优点。

7、时间进程

第一周确定设计题目；

第二周查阅相关资料；

第三周搜集相关的资料，规划设计方案；

第四周整理设计题目的资料，完成开题报告；

第五周确定设计方案，准备进行毕业设计；

第六周确定设计方案，准备进行毕业设计；

第七八周PLC的选择

第九周绘制软件流程图；

第十周编写软件程序；

第十一周绘制硬件电路图；

第十二周掌握系统的软、硬件电路系统的具体工作能力；

第十三周对系统各部分功能及参数进行检测，并仿真；

第十四十五周整理设计内容，馔写设计说明书；

第十六十七周修改设计说明书；

第十八周准备答辩；

8、参考文献

[1]张培山、钟昆，基于PLC的污水处理厂自控系统的实现，控制系统，2006

（1）

[2]李英辉、赵豫龙、戴青云，基于PLC的中水处理系统，石家庄职业技术学院学