污水处理系统的PLC控制开题报告.doc

污水净化处理系统的PLC控制

1课题来源
长期以来,在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足，污水直接排入城市水系及相关流域,造成江河湖泊水质和地下水污染,城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、提高人民健康水平的主要手段之一。为保证污水处理工艺可靠、顺利实施，自动控制系统的设计及控制技术的运用要以可靠性为基础，综合考虑控制技术先进性、可扩展性，同时兼顾降低系统造价。

2研究的目的和意义
2.1利用PLC全自动化控制系统，实现系统正常运行
在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及控制信息复杂等要求外，同时具有控制输入和输出以开关量参数居多，模拟量参数少的特点，而这些都是PLC控制系统的优势所在。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,实现了污水厂生产管理的科学性。
2.2研究概况及发展趋势综述
国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到80%-90%，成功的解决了来自于城市和工业的点污染问题。同时一些国家开始重视污水的回收利用。其特点有：大量采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实时监测并有上位机记录下来，提高了测量精度；生产过程中不同程度的采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式；大量采用遥测、遥控设备，并有效地利用社会资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。
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。
2.3能够深刻了解实际应用控制系统设计的设计过程
本次设计首先了解组态软件的构成和工作原理，学习使用组态软件MCGS，然后熟悉了解西门子S7系列的PLC硬件配置，编程软件STEP7的使用，最后以组态软件MCGS开发控制系统上位机监视平台，以PLC作为控制系统下位机实现全部控制功能。

3研究的主要内容及设计的主体方案
3.1污水净化处理控制系统的功能研究
1） 根据污水净化处理控制系统的运行工艺的要求，能正常实现污水处理系统的滤水工序和反洗工序及自动/手动控制功能。
2） 两台机组的滤水工序可单独进行，也可同时进行。
3） 反洗工序只允许单台机组进行工作，两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。
4） 每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。
5） PLC程序设计及MCGS开发控制系统上位机监视平台
3.2 污水净化处理的PLC控制系统的设计步骤

图1 PLC控制系统的设计步骤
3.3污水净化处理控制系统设计的主体方案
本次设计的污水净化处理系统由2台磁滤器，10只电磁阀和连接管道组成的2台机组组成。系统组成示意图如下：

图2系统组成示意图
3.4污水净化处理的PLC控制系统的工艺流程
污水处理净化可分为两道工序：
1. 滤水工序。打开进水阀和出水阀，污水经过磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附着在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。
2. 反洗工序。滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关断进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。
其工艺流程图如图所示：

图3 工艺流程图

4工作的主要阶段、进度
（1）2012年秋季学期第十一周（2012年11月16日前
接受毕业设计任务书，学习毕业设计要求及有关规定
（2）2012年秋季学期第十二周～第十八周
阅读指定的参考资料及文献(包括5-10万个印刷符号与课题相关的外文资料)，完成开题报告、外文翻译任务
（3）2012年秋季学期第十九周2012年1月11日前
上交开题报告、外文翻译，指导教师批阅。
（4）2013年春季学期第二周～第十周
熟悉了解监控系统组态软件，掌握MCGS的使用。熟悉STEP7软件相关知识， 掌握实现上下位机的开发设计的方法。分析污水处理净化控制系统要求，并且根据系统功能要求，给出具体的设计方案和开发程序。在实验室的可编程控制实验台上进行调试、修改，达到系统控制要求。
（5）2013年春季学期第十三周
学生提交毕业设计（论文）中期报告，按要求填写过程控制表指导教师给出成绩。
（6）2013年春季学期第十四周（5月31日至6月2日）
完成毕业设计，并按规范要求撰写毕业设计论文。全部成果交给指导教师批阅，进行形式审查。
毕业答辩

5最终目标及完成时间
根据毕业设计任务书的要求，完成PLC的选型和程序设计，人机界面（组态）的设计，达到污水净化处理系统的PLC控制系统的基本要求。在满足基本要求的同时满足系统最安全、最可靠的运行。最后完成相应的论文。
按照既定的工作进度安排，课题在2013年春季学期第13周完成。

6现有条件及必须采取的措施
现有MCGS、STEP7等软件，西门子S7-200设备，可以完成系统中软件的设计、模拟及人机界面的组态。在设计中必须采用设备的保护措施，保证人生、设备的安全。做到安全设计开发。现在具备基本的PLC程序设计和MCGS组态软件调试的能力，并需要根据实际情况进一步学习，掌握本课题设计所需的技能。

7协助单位及要解决的主要问题
本课题的完成应解决以组态软件MCGS开发控制系统上位机监视平台，以PLC作为控制系统下位机实现全部控制功能的设计。同时需要得到三峡大学电气新能源学院自动化系吴汉梅老师、电气实验楼PLC及其相关实验室、三峡大学图书馆等单位的大力支持和帮助。
参 考 文 献

[1] 陈立定编著, 电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M]. 机械工业出版社, 2004
[2] 许志军主编, 工业控制组态软件及应用[M]. 机械工业出版社, 2005
[3] 王永华. 现代电气控制PLC应用技术（第2版）[M]. 北京航空航天大学出版社, 2008
[4] 胡健. 西门子S7-300PLC应用教程[M]. 北京航空航天大学出版社, 2010
[5] 廖常初. 跟我动手学S7300/400[M]. 机械工业出版社, 2010
[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年
[7] 钟肇新,彭侃.可编程控制器原理与应用[M].广州：华南理工大学出版社, 2004年
[8] 胡学林.可编程控制器教程•实训篇[M].北京: 电子工业出版社, 2004年
[9] 胡学林.可编程控制器教程•提高篇[M].北京: 电子工业出版社, 2005年
[10] 夏辛明,黄鸿,高岩.可编程控制器技术及应用(第2版)[M].北京: 北京理工大学出版社, 2005年
[11] 何衍庆,黎冰,黄海燕.可编程控制器编程语言及应用[M].北京: 电子工业出版社, 2006年
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[15] [EB/OL]. MCGS技术资料(昆仑通态自动化软件科技有限公司)
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