1、毕 业 设 计 (论 文 )开 题 报 告电气与信息工程学院电气自动化专业 08 级 2 班课题名称： 污水处理的 PLC 控制系统设计毕业设计(论文) 起止时间：2010 年 11 月 22 日5 月 25 日(共 24 周)学生姓名： 祝洁辉 学号：3080220243指导教师： 郁炜 报告日期： 2010-12-7 1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述水与人的生活息息相关，目前我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。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
2、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。因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。为了避免对环境的污染，污水必须得到妥善的处理。目前国内各污水的处理基本上都是进行加药、沉降、过滤、回注等处理工序。原有的污水处理厂其控制部分采用传统的继电器控制，控制线路复杂，继电器多，长时间运行后，线路老化，频繁出现控制故障。而 PLC 控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广泛的应用，在污水处理中采用 PLC 控制系统改造后，提高了自动控制的可靠性。,不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益,实现了
3、污水厂生产管理的科学性。现代污水处理采用计算机控制日益普遍。欧美国家一些城市污水处理厂已经用计算机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。现在许多美国大中型水厂均由一套集散型的自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实行多环路控制，其中包括沉淀、过滤及反冲洗、臭氧处理、化学药剂投放、泵房等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等。在自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入 90 年代以后污水处理厂才开
4、始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理中应用很少。就目前来看，我国污水处理厂自控系统的现状是手动与自动皆备，自制和引进并举。大体可分成三个档次。第一、手动操作:采用常规分散仪表对污水处理过程中的液位、流量、温度、浊度、pH 值等性能指标进行离线或在线采集，根据数据得出控制要求，操作员在现场控制主要设备，如阀门的开、闭，电机的启、停，鼓风量的调节等等。这种控制方式下，完全由工人在现场操作，工艺参数得不到可靠保证，污水处理后出水质量难以保证，稳定性差，工人操作劳动强度大，主要设备和装置不能工作在最佳状态。这种控制方式由于投资少，主要在一些小型污水处理场合应用
5、。第二、半自动控制:通过数据采集器等手段采集局部过程量送入控制室，一般在控制室设有工艺模拟显示屏或上位机，在模拟屏或上位机上显示液位、流量、温度、浊度、pH 值、污泥浓度等过程参数和电机、阀门运行状态，对生产过程进行监控，上位机操作人员可以在模拟屏或操作台上遥控部分设备的启、停，而某些设备控制就需要联系现场操作人员，由现场操作人员手工控制，生产中的数据需要人工记录。这种控制方式，需要人工的频繁介入，中间存在人为联络的延迟，使出水质量会有较大的波动，工人的劳动强度也较大，国内中小型污水处理厂较多采用。第三、全自动控制:采用计算机控制技术与多层次的网络结构对污水处理的全程生产工序进行无人值守全自动
6、控制。生产过程控制中的各种信号通过相应的变送器送入下位机，一般下位机采用可靠的 PLC 作为控制单元，运行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。作为上位机的工业控制计算机采用 TCP/IP 协议和标准数据库，挂在以太网上，实现信息的集成管理和远程控制。上、下位机之间通过网络传送采集参数和远程控制参数。这种控制方式是自控技术的发展方向，国外国内的大型污水处理厂都在使用。所以本文主要采用 PLC 与设置在中控室的工控机通过基于 TCP/IP 协议的工业以太网进行通讯，组成了一个组态王与 STEP7 合用、工控机与 PLC 合用的混合型工业控制系统，不但发挥了不同设备各自的优势、缩短了工程时间、降
7、低了人力物力消耗，而且可方便的与调度中心的 BA 相连，实现了调度中心管控一体化。从而达到降低工业污水处理成本、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的目标。2设计(论文)要解决的问题和拟采用的研究方法问题一：1.工业污水处理系统控制形式问题二：1.PLC 选型2.PLC 的 I/O 资源配置3.各种器件的选择比如水泵、空压机、电磁阀、电动机、接触器、变频器等的选型，5.6 PLC 和变频器通讯4.可编程控制器控制系统的抗干扰措施问题三：1.基于 STEP7 的 PLC 程序开发2.组态王与 SIMATIC S7 PLC 的通讯3.曝气过程控制的程序设计4.氯气投加环节的
8、程序设计5.絮凝剂投加环的程序设计6.PID 控制设计问题四：1.传感器的选型2.传感器和 PLC 间的通讯3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路1 PLC 的 I/O 资源配置 ： 系统模拟量和数字量的输出、输入设置。此系统中，需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块，所以应用西门子公司专门为 S7200 系列 PLC 配置的模拟量输入输出模块EM235。2 组态王在污水处理项目中的具体应用通过学习组态王，按照本系统要求，首先创建污水处理项目，然后建立组态王与 SIMATIC S7 PLC 的通讯，接着建立标签、编辑工艺流程画面、数据查询，最
9、后设置运行环境和参数。3 各个环节的电动机的联动通过 PLC 的设置，使各个槽中的电动机的联动。4完成本课题所必须的工作条件(如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计算机辅助设计条件等等)及解决的办法设计软件：组态王工控组态软件、STEP7-Micro/WIN32 软件工具书：变频器的控制理论、传感器的控制理论、组态王工控组态软件相关书籍参考文献：1刘建雄，PLC 控制系统在化学水处理系统的应用，工程技术，2008（5）2孙卫娜，基于 PLC 的污水处理系统研究,沈阳航空工业学院学报，2007（6）3李瑞桂、孟凡华、孟祥廷，PLC 在工业污水处理自动控制系统中的应用，应用技术，200
10、8（410刘琨，污水处理厂自动控制应用及系统建设，应用技术，2006（4）3董淑冷、茅红伟、唐晓俊，PLC 在污水泵站控制系统中的应用，制造业自动化，2008（6）4赵芳、李从冰，基于 PLC 的污水处理控制系统，工业控制计算机，2006（4）5刘贯华，基于 PLC 的污水处理控制系统的设计，应用技术，2008（1）6常晓玲.电气控制系统与可编程控制器 M.北京：机械工业出版社，2004. 1.7孙振强，王晖，孙玉峰.可编程控制原理及应用教程 M.北京：清华大学出版社，2005.2.7唐宇毅.电厂含油工业污水处理的 PLC 控制系统设计D.广州：广东工业大学出版社，2005.9廖常初.PLC
11、编程及应用 M.北京：机械工业出版社，2005.2.10张培山，钟昆.基于 PLC 的工业污水处理厂自控系统的实现J.控制系统,2006,5（1）：82-83.11李英辉，赵豫龙，戴青云.基于 PLC 的中水处理系统J.石家庄职业技术学院报,2008,6（4）76-78.12何献忠.工业工业污水处理的 PLC 控制应用J.湖南冶金职业技术学院学报，2004，43（4）：86-87.13张燕宾.SPWM 变频调速应用技术（第 3 版）M.北京：机械工业出版社，2006.153.14程玉华.西门子 S7-200 工程应用实例分析 M.北京：电子工业出版社，2008.1.15陶权，吴尚庆.变频器应用
12、技术 M.广州：华南理工大学出版社.2009.1.16陈志新，宗学军.电器与 PLC 控制技术 M.北京：北京大学出版社，2009.1.17张统.工业污水处理工艺及工程方案设计 M.北京：中国建筑工业出版社，2005.5.18娄金生.水污染治理新工艺与设计 M.北京：海洋出版社，1999.19张统.工业污水处理工艺及工程方案设计 M.北京：中国建筑工业出版社，2005.5.20李方圆.变频器行业应用实践 M.北京：中国电力出版社，2006.21王卫兵.可编程控制器原理及应用（第二版） M.北京：机械工业出版社，2002.22王仁祥.通用变频器的选型与维修技术 M.北京：中国电力出版社，2004
13、5设计(论文)完成进度计划1 周 查阅资料，收集信息2 周 查阅资料，收集信息3 周 搜集资料，查找数据并进行学习4 周 整理资料，撰写开题报告5 周 开题报告的整理、答辩6 周 系统方案的设计与选型、制定论文计划7 周 进行系统的方案设计8 周 主电路的设计9 周 PLC 控制电路的设计10 周 各种器件的选择11 周 进行系统软件的编写12 周 进行系统软件的编写13 周 整理资料14 周 书写论文15 周 对论文进行全面检查16 周 请老师检查，并对其进行修改17 周 整理论文18 周 准备答辩6指导教师审阅意见该设计课题具有较强的实用性，具有一定的社会现实意义。 并且目前也属于应用研究
14、的热点，现有的研究方案很多，但都各有局限性，所以如果能形成自己的特色，则该课题具有一定的研究价值。 该生在本开题报告确立过程中在本组中起主做的作用，从本开题报告中可看出他们参阅了大量的资料，对目前已有的各种控制方案已作了充分的了解和比较，所以对本课题的理解已达到了一定程度。所确定的方案具有一定的独特性，思路明确，研究重点和计划任务比较合理，并且从研究任务中可知通过此设计可对所学的专业知识有较全面的应用并有一定加深，这也符合毕业设计的要求和目的。同时课题设计合理，技术路线正确，具有一定的研究基础，能达到预期目标。所以同意开题。指导教师(签字)： 年 月 日7 教研室主任意见教研室主任(签字)： 系(签章)年 月 日说明：1.本报告必须由承担毕业设计(论文)课题任务的学生在接到“毕业设计(论文)任务书” 、正式开始做毕业设计(论文)的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2.每个毕业设计(论文)课题撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并接受学校的抽查。
