1、毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 基于 PLC 的污水处理控制系统设计 一、课题研究意义及现状 我国是一个严重缺水的国家，水资源的匮乏和污染已经严重的影响了人民的日常生活以及我国的经济建设和发展。我国城市污水处理的电耗为 0.365k Wh/m3、日本为 0.304k Wh/m3、美国为 0.243k Wh/m3，并且我们的工作人员还要比这些国家多，但是我国城市污水处理深度却远不如这些国家。造成这种结果的原因主要是：污水处理厂管理水平低、自动控制手段差。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、 改善环境等具有重要意义。 我国现有城市污水处理厂大部分采用的是活性污泥法，其
2、余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。批序式活性污泥法简称 SBR，是一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺。与传统污水处理工艺不同， SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳定生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。与其他的处理工艺相比， SBR工艺具有工艺流程简单，造价低，运行稳定，处理效率高，出水水质好净化效果好等优点，且工艺过程中各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。处理设 备少，构造简单，便于操作和维护管理。 SBR 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 本次研究的课题是利用 PLC 技术来实现污水
3、处理系统的控制。 PLC 是以嵌入式 CPU 为核心，加上输入、输出等模块。 PLC 的程序设计大多采用类似于继电器控制线路的梯形语言 。这样我们可以很方便的根据污水处理的各个功能，来编写出程序语言。从而实现污水处理各个功能，完成控制系统所需要达到的设计要求。 二、课题研究的主要内容和预期目标 1主要内容 完成一个 污水处理控制 系统的设计，主控部分用 PLC 来实现，具体实施可以参 照某一实际过程设定。系统总体指标及功能要求： 研究污水处理的发展及现状，分析污水处理的工艺流程 ； 研究 PLC控制系统的硬件结构、运行原理以及 PLC 控制系统的设计原则和步骤；具体分析污水处理工艺流程，确定被
4、控对象，给出具体实施方案和综合考虑 ；硬件电路设计，进行 PLC 选型、 I/O 点数分配 和综合电气控制设置等考虑，并结合应用考虑给出电气控制详图； 对污水处理工艺各环节进行具体的软件编程，给出 系统控制的程序框图、控制梯形图和具体程序等； 综合考虑安全性和可靠性等问题。 2预期目标 1）预期设计污水处理系统 的控制系统 ，主要 利用 PLC 来实 现控制系统的主控模块。初步设污水处理 的控制系统由 PLC、控制面板、水泵、 鼓风机、污泥泵、空气阀门等 组成。 在设计 PLC 控制系统之前，对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，并且根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开
5、关、传感器等） 和输出设备（接触器、继电器）。并根据所选用的输入 /输出设备的类型和数量，确定 PLC 的 I/O 点数。在确定 PLC 的 I/O 点数后，就根据 I/O 点数、控制要求等来进行 PLC 的选择。选择包括机型、存储器容量、输入 /输出模块、电源模块和智能模块等，并进行 I/O 点数 的分配，画出 I/O 接线原理图。 2）由于主要是对以 PLC 为主的主控模块进行实现，所以要根据控制对象和控制要求对 PLC 进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。程序编制好后，可以用按钮和
6、开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。 3）用组态软件实现综合功能，如果可以实现，则进行现场联机调试，就是将 PLC 与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过 修正后使其满足控制要求。 三、课题研究的方法及措施 1研究方法 首先要对污水处理 的工艺 和 PLC 进行了解，这需要查阅一定的资料，清楚污水处理系统需要实现的功能以及如何实现这些功能， PLC 的原理和其所能实现的功能。因为本次研究要完成的主要是对 污水处理控制系统的设计，其控制系统主要由 PLC、控制面板、 水泵、鼓风机、污泥泵、空气阀门等 组成。根据这些器件以
7、及相关资料，对污水处理系统所要实现的功能来对 PLC 进行编程，并调式通过。 由于污水处理需要对设备进行分散控制，所以决定选用三菱 FX 系列 PLC 来进行污水处理控制。 并通 过组态软件来实现各种功能的控制。在这个过程中，需要查阅相关资料。并编写完整 梯形图的设计，通过调试达到预期的效果。 2研究措施 1） 收集 并 查阅 污水处理工艺 的 相关资料，对 PLC 的应用设计情况进行了熟悉了解；了解不同的设计实现方法，比较现有的相关方案，确定本课题的研究和实现方案，然后对方案中的各单元进行了必要的分析和研究。 2）对污水处理的控制系统的功能进行详细了解，主要有上位监控机 、打印机、模拟显示屏
8、、远程 I/O、水泵、鼓风机、 DO 仪、液位仪等 。 3）根据污水处理系统所要实现的功能，编写完整的梯形图设计。以及 根据功能来分配 I/O 接口。完成了编程以后，进行调试，看是否满足预先所设想的功能。初步设计系统的控制方案为 根据以上方案，以及 对污水处理工艺的 分析 ， 大致确定 I/O 点数，综合 PLC 的性价比。选定 PLC型号。 4）考虑控制系统的可靠性，由于控制系统工作的环境相当恶劣，故需要采取一些措施，以保证控制系统能够长期稳定的工作。 四、课题研究进度计划 1 2010 年 10 月 15 日至 2010 年 11 月 14 日 分析任务，查阅污水处理系统的相关资料；对资料
9、进行理解，进行理论 准备，方案的考虑和设计；基本完成开题报告，中、英文翻译和文献综述。 2 2010 年 11 月 15 日至 2010 年 12 月 31 日 确定污水处理控制系统的最佳设计方案；选择好使用何种型号的 PLC；确定所需元器件。 3 2011 年 1 月 1 日至 2011 年 3 月 22 日 对污水处理系统要实现的功能分析，并进行软件编程等，进行组态软件的调试。 4 2011 年 3 月 23 日至 2011 年 4 月 24 日 制作好具体模型，完成毕业设计论文；做好答辩用的 PPT，并作好答辩准备。 五、参考文献 1 杨立福，赵静生，张公度 .给水排水自动化技术 (SC
10、ADA)综述 J.给水排水， 2003， 26（ 3）： 7680. 2 李道霖 .电气控制与 PLC 原理及应用 (西门子 )M.北京 :电子工业出版社 ,2004 年 8 月 . 3 雷乐成 .水处理新技术及工程设计 M.北京： 化学工业出版社， 2001 年 5 月 . 4 陈建明 .电气控制与 PLC 应用 M.北京：电子工业出版社， 2006 年 8 月 . 5 薛迎成 .PLC 与触摸屏控制技术 M.北京 :中国电力出版社 ,2008 年 2 月 . 6 易泓可 .电气控制系统设计基础与范例 M.北京 :机械工业出版社 ,2005 年 5 月 . 水泵 上位机监控 主控 PLC 打
11、印机 模拟显示屏 远程 I/O 鼓风机 DO仪 液位仪 7 Mohammed Bani Younis Alexander Fay Georg Frey. Automatic Re-Implementation of PLC ProgramsJ.ATP International,2008,21(1):56 60. 1 张宏林 . PLC应用开发技术与工程实践（ 2版） M.北京 :人民邮电 出版社 ,2008年 5月 . 2 孙卫娜 .基于 PLC的污水处理系统研究 J.沈阳航空工业学院学报 ,2007 24(3):64-68 3 徐林 牟道光 . PLC在污水处理中的应用 J.微计算机信息 ,2004 20(3):42-43 4 胡成龙 何琼 . PLC 应用技术（三菱 FX2N 系列） M.湖北 :科学技术出版社 ,2008 年 6 月 .
