基于組態(tài)軟件的污水處理模擬系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文開題報告(含文獻(xiàn)綜述、外文翻譯 題目基于組態(tài)軟件的污水處理模擬系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)姓名學(xué)號專業(yè)班級所在學(xué)院指導(dǎo)教師(職稱畢業(yè)設(shè)計(論文開題報告(包括選題的意義、可行性分析、研究的內(nèi)容、研究方法、擬解決的關(guān)鍵問題、預(yù)期結(jié)果、研究進(jìn)度計劃等1. 選題的背景和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人口的增加,生活水平的不斷提高,世界范圍的淡水資源的需求和消耗不斷增多,相應(yīng)的城市污水和工業(yè)廢水的排放量也在不斷增多。由于污水處理設(shè)施的滯后和非點源污染控制不夠得力,使全球淡水資源正面臨兩大問題:水環(huán)境污染和水資源短缺。這在一些國家和地區(qū),尤其是發(fā)展中國家和地區(qū),愈益嚴(yán)重并有加劇的趨勢1。1.1 選題的背景世界任

2、何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,都會推進(jìn)社會進(jìn)步、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力,使人民生活得到進(jìn)一步改善,但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染。污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。中國污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注,治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織日程23。我國是一個嚴(yán)重缺水的國家,雖然我國年平均水資源總量為28000億m3,位居世界第6,人均水資源量為2220m3,居于世界第110位,以及被聯(lián)合國列為世界第十三個缺水國家之一。水資源的匱乏和水資源的污染,已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活,嚴(yán)重的影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國北方城市.4 水污染可以造成污染型和水質(zhì)型缺水,進(jìn)一步加劇水資源短缺的局面,并直接威脅

3、公眾生命健康和生活質(zhì)量,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失5。我國水污染控制的重點和難點是大量的中、小城鎮(zhèn)產(chǎn)生的污水量5萬m3/d的小型城市污水處理廠。其中大多是工業(yè)污水6。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近幾年來,我國的污水處理工作有了前所未有的發(fā)展, 。據(jù)統(tǒng)計, 2003年全國已建污水處理廠約為612 座 7 。但與國外相比,我國污水處理自動化控制起步較晚,進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后污水處理廠才開始引入自動控制系統(tǒng),但多是直接引進(jìn)國外成套自控設(shè)備,國產(chǎn)自動控制系統(tǒng)在污水處理廠應(yīng)用很少。近年來,國內(nèi)外均有學(xué)者對污水處理自動控制工藝進(jìn)行研究,以尋求更精確、更可靠的方法實施自動控制。采用傳統(tǒng)控制理論建立的污水處理自動控制系

4、統(tǒng)在實際工程應(yīng)用上存在出水水質(zhì)波動較大等問題。污水處理自動控制系統(tǒng)中所采用的一些自動化檢測設(shè)備、儀表的功能目前還很不完善,在實際檢測中達(dá)不到預(yù)期效果、誤差很大,因此依靠這些檢測設(shè)備判斷污水處理情況并實施自動控制,往往很難達(dá)到處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放和節(jié)約能源的目的。污水處理自動控制有別于其他控制系統(tǒng),它需要對大量閥門、泵、鼓風(fēng)機(jī)和吸(刮泥機(jī)、曝氣池和污泥消化池內(nèi)的攪拌器等機(jī)械設(shè)備及沉淀池和消化池進(jìn)、排泥量進(jìn)行控制,因此污水處理廠需要自動控制的開關(guān)量多,它們常常要根據(jù)一定時間或邏輯順序定時開/停,然而目前我國生產(chǎn)的閥門質(zhì)量存在一些問題,使用壽命較短,如果從國外進(jìn)口價格又很昂貴,一般污水處理廠很難承受,因

5、此制約我國污水處理自動控制發(fā)展的主要原因不是生產(chǎn)工藝問題而是設(shè)備問題8。1.3 發(fā)展趨勢隨著科技的發(fā)展和市場運作的成熟,智能控制特別適用于復(fù)雜的污水處理動態(tài)過程的控制,因此近年來智能控制在美國、歐洲、日本的給水處理、污水生物處理、污水的物理化學(xué)處理中都有典型的成功應(yīng)用9。污水處理的自動控制系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)“集中管理、分散控制”的監(jiān)控模式,使得局部故障不影響主體正常運行,將風(fēng)險分散,確保系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)部的配置和調(diào)整靈活,構(gòu)建彈性化,可根椐不同工藝處理要求及用戶需求進(jìn)行優(yōu)化。并具備很好的開放性、兼容性和擴(kuò)展性,可應(yīng)用不同品牌的軟硬件進(jìn)行整合,可無縫的把分期建設(shè)的系統(tǒng)融為一體10。2.研究的基

6、本內(nèi)容基于組態(tài)王的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)主要涉及兩塊內(nèi)容,分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分,上位機(jī)主要用來完成PLC的編程及人機(jī)界面,而下位機(jī)則主要用來完成PLC控制功能的實現(xiàn),選擇合適的風(fēng)機(jī)外部電路制作。另外,上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計工作是密切配合的,它們無論在通信中使用的變量,還是在控制中的對象都應(yīng)該是一致的,所以要做好上下位機(jī)通訊的設(shè)計。在整個設(shè)計研究的過程中,要遵循以下設(shè)計原則:(1最大限度地滿足被控制對象和用戶的控制要求。(2在滿足控制要求的前提下,力求控制系統(tǒng)簡單,節(jié)約能源。(3保證控制系統(tǒng)安全、可靠,使用與維修方便。(4考慮發(fā)展和工藝的改進(jìn),在硬件配置時,留有一定的容量用于擴(kuò)展。該風(fēng)機(jī)控

7、制系統(tǒng)的設(shè)計中,具有以下的功能:(1采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,可靠性高。工業(yè)可編程序控制器(PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的,在工控領(lǐng)域中占有主要的地位,具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴(kuò)充其功能。(2可實現(xiàn)電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控,使整個系統(tǒng)更為人性化。利用組態(tài)王,設(shè)計好圖形界面,構(gòu)造數(shù)據(jù)庫,建立動畫連接后即可進(jìn)行運行和調(diào)試。PLC作為下位機(jī)是外部設(shè)備,在開發(fā)過程中根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾就瓿蛇B接過程。這樣既保證了運行系統(tǒng)的高效率,也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模,最終做到人機(jī)界面與PLC 的完美結(jié)合。

8、2.1 基本框架2.1.1污水處理的工藝流程 圖1.1污水處理工藝流程污水處理工藝采用活性污泥法工藝?；钚晕勰嗍俏⑸锶后w及它們所吸附的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的總稱,它由好氧微生物為主體的絨粒組成,混雜著污水中的有機(jī)物和無機(jī)性懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì),并在其表面上附聚著種種不同的原生動物等,具有降解污水中有機(jī)物的能力,顯示出生物化學(xué)活性?；钚晕勰辔鬯幚磉^程就是利用此生化活性去除污水中的污染物質(zhì)。具體為:原生污水經(jīng)過預(yù)處理和一級處理后,經(jīng)初沉池出水進(jìn)人調(diào)節(jié)池,在活性污泥的作用下,進(jìn)行好氧和厭氧生物降解,將污水中的溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)物分解并進(jìn)行脫氮除磷反應(yīng)。污水混合液進(jìn)人初沉池進(jìn)行固液分離,上層澄清水排

9、人調(diào)節(jié)池,下層污泥經(jīng)初步濃縮后再通過板框壓濾機(jī)脫水,形成泥餅外運,污泥池上清液和濾液回流至調(diào)節(jié)池繼續(xù)處理。2.1.2 總框圖污水處理系統(tǒng)采用西門子S7200系列PLC作為控制器,具有性能穩(wěn)定,適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點,組態(tài)王對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控,操作簡單,人機(jī)界面友好,保證了系統(tǒng)的可靠運行。主要構(gòu)圖: 圖1.2 主要構(gòu)圖2.1.3系統(tǒng)流程圖 圖1.3系統(tǒng)流程圖2.2 研究的重點和難點組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件,它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境,使用靈活的組態(tài)方式,為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。并能同時支持各種硬件廠家的計

10、算機(jī)和I/O設(shè)備,與高可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合,可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口,進(jìn)行系統(tǒng)集成。用組態(tài)王進(jìn)行人機(jī)界面制作時要注意以下難點:(1我們學(xué)習(xí)的知識僅限于書本,要做到工控現(xiàn)場的模擬,必須對工業(yè)控制現(xiàn)場有一定的了解。要考慮怎樣最好的做到用抽象的圖形畫面來模擬實際的現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。(2現(xiàn)場設(shè)備的運行要用什么形式來表現(xiàn),怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。(3實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制時,由于中小型PLC的顯示功能較差,在實際使用時,通常將個人計算機(jī)PC與PLC結(jié)合起來,PLC作為下位機(jī)用來完成輸出控制,數(shù)據(jù)采集及狀態(tài)判別等工作。PC作為上位機(jī)用來完成數(shù)據(jù)分析、處理、信息存儲、狀態(tài)顯示、打

11、印輸出等功能,兩者優(yōu)勢互補(bǔ)且能充分利用PC強(qiáng)大的人機(jī)接口功能,豐富的軟件資源和低廉的價格,組成高性能價格比的控制系統(tǒng)。2.3 擬解決的關(guān)鍵問題由于污水處理系統(tǒng)的界面是一個動態(tài)的畫面,在進(jìn)行界面設(shè)計時如何定義變量和管理,怎樣建立動畫連接是第一個需要解決的技術(shù)問題。只有把各個功能的方方面面考慮周全,并采取相應(yīng)的措施才能達(dá)到優(yōu)異的監(jiān)控指標(biāo)。而在總體這需要大量的知識,并在設(shè)計和制作過程中不斷實驗、反復(fù)調(diào)試,才能設(shè)計并制作出該控制系統(tǒng)。3.研究的方法及措施3.1 PLC控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計 3.2基于組態(tài)王的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計采用的組態(tài)王對現(xiàn)場畫面進(jìn)行監(jiān)控,用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

12、”,在任何需要的時候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實時地傳送到控制室,保證信息在全廠范圍內(nèi)的暢通。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其他部門建立起聯(lián)系,現(xiàn)場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場,就可以獲得實時和歷史數(shù)據(jù),優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè),提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。組態(tài)王與現(xiàn)場的I/O設(shè)備直接進(jìn)行通訊。組態(tài)王中的畫面有幾個基本部分組成:反應(yīng)池,機(jī)械,管道,開關(guān)。其中反應(yīng)池的液位和PH值需在其中反映,并與PLC鏈接,其中的控制使用PID方式,需要進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)和設(shè)計的計算值的加入。4.預(yù)期研究成果(1利用組態(tài)王設(shè)計人機(jī)界面,建立動畫連接,生動形象的進(jìn)行模擬,力求與工業(yè)現(xiàn)場的過程相似。(2

13、用PLC進(jìn)行編程,可實現(xiàn)系統(tǒng)的手動自動控制,啟動、停止,清洗液的回收、過濾與補(bǔ)充、廢屑的排除,以及設(shè)備安全報警等。(3PLC與上位機(jī)通訊成功,最終實現(xiàn)電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控。(4 通過友好的用戶界面,用戶可隨意在有效的溫度范圍內(nèi)設(shè)定任意參數(shù)值,同時實現(xiàn)PH值和位面,流量曲線的在線顯示,通過動態(tài)的畫面更新,可以實時、直觀地觀察到參數(shù)的變化,對于控制過程中的控制參數(shù)進(jìn)行實時記錄并存儲,通過歷史數(shù)據(jù)管理模塊對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析,以更好地掌握污水處理的控制特性。5.研究工作進(jìn)度計劃第七學(xué)期第45 周:熟悉西門子S7-200CN的工作原理、熟悉組態(tài)王軟件。第七學(xué)期第67 周:翻譯外文文獻(xiàn)。第七學(xué)期第89 周:完成文

14、獻(xiàn)綜述。第七學(xué)期第1011周:撰寫開題報告。第七學(xué)期第1213周:整理開題材料,答辯以及相關(guān)的小結(jié)工作。第七學(xué)期第14周:分析系統(tǒng),確定具體的設(shè)計思路,建立模型。第七學(xué)期第1517周:按照設(shè)計階段流程進(jìn)行PLC的編程,進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。第八學(xué)期第12周:進(jìn)行PLC的編程,進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。第八學(xué)期第34周:選擇合適的風(fēng)機(jī)制作外部電路,形成畢業(yè)設(shè)計全部文件。第八學(xué)期第6周:成果驗收。第八學(xué)期第712周:整理材料,答辯以及完成總結(jié)工作。浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)論文開題報告畢業(yè)設(shè)計(論文文獻(xiàn)綜述(包括國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問題、參考依據(jù)等基于組態(tài)軟件的污水處理模擬系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)1. 國內(nèi)外研

15、究現(xiàn)狀國外發(fā)展情況:國外的一些發(fā)達(dá)國家,如英美日等過,由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),很早的實現(xiàn)看工業(yè)現(xiàn)代化,并且經(jīng)濟(jì)發(fā)展得很快,這就引發(fā)了環(huán)境問題特別是水污染問題,但也得到了這些國家的重視,投入大量的人力物力進(jìn)行水處理的研究,在研究水處理新理論和工藝的同時,也重視污水處理自動控制系統(tǒng)的研究。由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展,國外的污水廠很早便實現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制,如DCS、FCS系統(tǒng)。同時國外較早的將SCADA 技術(shù)引入到給水排水工程中,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益8。國外同時注重水處理中的PLC的開發(fā),相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元.。大量采用遙測、遙控設(shè)備;并

16、開始有效地利用社會信息資源,如電話線、移動電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等12 。國內(nèi)發(fā)展情況:解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步,當(dāng)初的污水污染程度很低,且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉,特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為實驗進(jìn)行推廣,如著名的沈撫灌溉等,所以全國僅有幾個城市建設(shè)了近十座污水處理廠(還包括19211926年間外國人興建的3座污水處理廠,在處理工藝有的還是一級處理,處理的規(guī)模也很小,每天有幾千立方米,最大的只有每天5萬立方米左右,致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。與國外相比,我國污水處理自動化控制起步較晚,七十年代開始采用熱工儀表,實行集體巡檢;八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系

17、統(tǒng);至九十年代,隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn),我國污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)用了自動化程度較高的檢測儀表,各種新工藝、新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用?？梢哉f我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是:手動和自動皆備,自制和引用并舉。13通過對比,不難看出,整體上和國外相比,我國污水的自動控制系統(tǒng)仍然存在很大的差距,但是我國的應(yīng)用前景卻非常廣泛、潛力很大。2.研究方向在污水處理中,通過組態(tài)王的人機(jī)界面與PLC的控制來聯(lián)合處理各種狀況,在設(shè)計中大量使用了組態(tài)王和PLC。2.1 PLCPLC發(fā)展至今,已有30余年的歷史,隨

18、著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天復(fù)地的變化,PLC亦在不斷的發(fā)展變化之中,PLC正朝著新的技術(shù)發(fā)展。向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu),不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展14。發(fā)展的趨勢有:1.向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力,要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。2.向超大型、超小型兩個方向發(fā)展當(dāng)前中小型PLC比較多,為了適應(yīng)市場的多種需要,今后PLC要向多品種方向發(fā)展,特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展,使配置更加靈活.3.PLC加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力

19、,是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類:一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信,各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段;另一類是PLC與計算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信,一般PLC都有專用通信模塊與計算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力,PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn),以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),PLC已成為集散控制系統(tǒng)(DCS不可缺少的重要組成部分。4.增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力根據(jù)統(tǒng)計資料表明:在PLC控制系統(tǒng)的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,輸入設(shè)備占45%,輸出設(shè)備占30%,線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障,它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理;而其余80%的故障

20、屬于PLC的外部故障。因此,PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。5.編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時,PLC的編程語言也越來越豐富,功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外,為了適應(yīng)各種控制要求,出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機(jī)兼容的高級語言(BASIC、C語言等等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。2.2 組態(tài)王國外組態(tài)軟件,誕生于20世紀(jì)80年代初期,至今組態(tài)軟件已有20多年的發(fā)展歷史。組態(tài)軟件作為應(yīng)用軟件,在國外隨著PC機(jī)的普及而不斷發(fā)展。80年代的組態(tài)軟件大

21、都運行在DOS環(huán)境下圖形功能很弱,實時性較強(qiáng)。90年代以后,隨著微軟Windows系統(tǒng)的出現(xiàn),Wonderware公司最早開發(fā)了支持Windows下運行的工控組態(tài)軟件,并在短時間內(nèi)成為最大的自動化軟件公司。近幾年,國外著名硬件或系統(tǒng)廠商亦推出了組態(tài)軟件產(chǎn)品,如西門子公司的WinCC等。這些組態(tài)軟件,過去僅為其本身硬件配套,目前通過大力加強(qiáng)對其他硬件產(chǎn)品的驅(qū)動支持和調(diào)整軟件內(nèi)部的各種功能,從而發(fā)展成為專業(yè)化的通用組態(tài)軟件。硬件廠商的組態(tài)軟件產(chǎn)品目前在中國市場占有的份額也不容忽視,它們不但在對本公司硬件產(chǎn)品的集成配套方面具有優(yōu)勢,而且正在打入與其他廠家硬件產(chǎn)品集成的市場。國內(nèi)組態(tài)軟件的發(fā)展主要經(jīng)歷

22、了3個階段,國內(nèi)目前知名的組態(tài)軟件公司大都從90年代中后期開始起步,經(jīng)歷了艱苦創(chuàng)業(yè)的過程,從1人或幾個人開始,參照國外組態(tài)軟件開發(fā),具有較濃的模仿色彩;2000年到2005年是國內(nèi)組態(tài)軟件快速發(fā)展階段,也造就了一批行業(yè)知名的組態(tài)軟件公司,如MCGS、組態(tài)王和力控; 06年以后國內(nèi)涌現(xiàn)出一批新的組態(tài)軟件公司,一些高校、研究所、個人也積極地搞組態(tài)軟件產(chǎn)品,但都沒有形成規(guī)模15。3.進(jìn)展情況PLC系統(tǒng)在模塊上的技術(shù)發(fā)展有:處理器模塊配備大容量內(nèi)存,為滿足實時控制的要求而優(yōu)化設(shè)計,除了一般的I/O掃描和控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換外,支持大型的集成控制、通訊、并行運算、處理器獨立后臺程序和處理器輸入中斷等功能。

23、信息協(xié)處理器模塊讀取主處理器的數(shù)據(jù)表和狀態(tài)文件,或通過高級語言程序?qū)?shù)據(jù)寫入主處理器,程序可以在實時多任務(wù)環(huán)境下以及獨立于PLC處理器的方法,單獨在協(xié)處理器中運行。網(wǎng)絡(luò)適配模塊在現(xiàn)場總線與處理器之間提供通訊接口,以便PLC處理器和I/O模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交換。工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境要求PLC具有很高的可靠性,而可靠性是靠電磁兼容特性(EMC和容錯技術(shù)來保證的。PLC要經(jīng)過嚴(yán)格的電磁兼容檢測,如輻射敏感度檢測、諧波/電壓波動/電壓驟降檢測、靜電/快速脈沖/雷擊檢測、電磁干擾檢測等。EMC保證了設(shè)備在本質(zhì)上的抗干擾特性。但是,要保證控制設(shè)備不出故障是不可能的。因此,采用容錯設(shè)計的系統(tǒng)對要求不能停機(jī)、不

24、能失控的高可靠系統(tǒng)是十分重要的。4.存在問題在整個污水處理系統(tǒng)的設(shè)計中,各個方面都會出現(xiàn)種種的問題,其中我認(rèn)為最有可能的有以下幾個方面:由于污水處理有很多的環(huán)節(jié),在組態(tài)王的設(shè)計中,要考慮的方面有很多,參數(shù)的集合和運算。因為沒有什么設(shè)計經(jīng)驗所以在設(shè)計的途中可能會范盲目等錯誤。在組態(tài)王和PLC的通信過程中,鏈接和數(shù)據(jù)的傳輸是其中的重重之重。會比較復(fù)雜并受儀器影響。在儀表和開關(guān),處理系統(tǒng)的整體的設(shè)計上可能會出現(xiàn)雜亂無章的情況。在設(shè)計中,需要使用的軟件的操作方法已經(jīng)有些遺忘,具體實施時會出現(xiàn)難以操作的情況。在PID 的參數(shù)選擇上沒有先例,多重控制會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。鏈接PLC和組態(tài)王可能由于程序的錯誤

25、帶來問題。浙江大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)(含開題報告和文獻(xiàn)綜述1 王寶貞,等. 水污染控制工程. 北京:高等教育出版社,19912 P.ierre Najilis. Forward. Ibid,1999. 783 P.iet Odendaal. Water Quality Management in Developing Countries. New Wo rld Water,1999. 9114張自杰. 環(huán)境工程手冊水污染防治卷.高等教育出版社.19965 劉昌明曹英杰我國水污染狀況及其對人類健康的影響與主要對策科學(xué)對社會的影響2009年第2期6 王蘭鳳談我國城市污水處理發(fā)展趨勢黑

26、龍江科技信息2009年第28期7 余杰田寧寧王凱軍任遠(yuǎn)中國城市污水處理廠污泥處理處置問題探討分析環(huán)境工程學(xué)報2007年第1期8 孫增忻.智能控制理論與技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,1997.9 李樹偉.有關(guān)污水處理場微機(jī)自動調(diào)控的一些看法J.石油化工環(huán)境保護(hù),1994,10 李士勇.模糊控制神經(jīng)控制和智能控制論M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1996.11 雷樂成.水處理新技術(shù)及工程設(shè)計M.北京化學(xué)工業(yè)出版社.200112 劉光文.進(jìn)口設(shè)備、國產(chǎn)設(shè)備常用電氣及電氣標(biāo)準(zhǔn).電子科技大學(xué)出版社.199413 陶炳坤,賈輝然,張少華.基于可編程控制器的工業(yè)污水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計.河北科技大學(xué)電氣信

27、息學(xué)院.200714 廖常初PLC的發(fā)展趨勢電氣時代2003年12期.15 馬波自動化組態(tài)軟件的發(fā)展自動化博覽2008年第3期畢業(yè)設(shè)計(論文譯文及原稿譯文題目自動監(jiān)測及工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)原稿題目Automatic Monitoring and Control System of Industrial Sewage Treatment原稿出處Power and Energy Engineering Conference, 2009. APPEEC 2009. Asia-Pacific自動監(jiān)測及工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)Weixuan李大學(xué)機(jī)械與電子工程武漢理工大學(xué)武漢,中國jdchYuzhu Sun

28、大學(xué)機(jī)械與電子工程武漢理工大學(xué)武漢,中國lovely-pig抽象的由于能量的限制,人類應(yīng)該節(jié)約資源,即使再利用的資源。從嚴(yán)肅的角度看水資源污染,以及日益減弱可用的水,污水處理成為現(xiàn)在需研究重要的問題。在本文中,考慮到工業(yè)廢水水的處理程序,利用可編程控制器,MCGS組態(tài)軟件以及PROFIBUS總線,以便進(jìn)行監(jiān)測和控制污水處理。關(guān)鍵詞:技術(shù)過程自動控制,可編程控制器,現(xiàn)場總線,MCGS軟件1 簡介隨著現(xiàn)代科學(xué)的迅猛發(fā)展,所有的國家都在世界各地發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)。在同一時間,水資源被破壞越來越嚴(yán)重。隨著改善人民的生活質(zhì)量,人更多的關(guān)注環(huán)境的保護(hù),尤其是工業(yè)廢水處理已成為一個非常重要的研究課題。目前,在我國

29、,保護(hù)水資源和污水處理也并非十全十美夠了,雖然已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的法律和標(biāo)準(zhǔn),以保護(hù)資源,污染水源必須加以處理,從根本改善水質(zhì)。早期的污水處理技術(shù)主要采用現(xiàn)場檢測和調(diào)試的技術(shù)人員。由于污水治療是復(fù)雜的,而需要實時項指標(biāo)檢測多樣,復(fù)雜的例子,在出水pH值,進(jìn)水流量,溶解氧含量的,等1曝氣池,如果所有指標(biāo)的實時檢測一個接一個,這將花費太多人力和物力,操作成本高,經(jīng)濟(jì)效益差,結(jié)果和過程不理想。因此,引入計算機(jī)監(jiān)控污水處理使其能夠節(jié)省資源,提高了安全性,可靠性和治療效果,具有廣闊的發(fā)展前景。在這方面,外國國家制定了較為完善的制度,相對而言,發(fā)展國內(nèi)廢水處理技術(shù)相對比較落后。因此,許多大型污水處理廠采用外

30、部系統(tǒng)一體,但考慮到過于昂貴高,開發(fā)的自動監(jiān)測技術(shù)生活污水處理系統(tǒng)正在成為優(yōu)先考慮的。在本文中,研究過程監(jiān)控系統(tǒng)工業(yè)廢水,采用計算機(jī)控制技術(shù)和多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來控制整個過程污水處理無人值班2的人。2污水處理工藝流程有關(guān)污水處理過程中,初級處理和二級處理采用傳統(tǒng)的物理化學(xué)和生化過程,例如,沉淀,曝氣等等。但對于加工基地的具體選擇具體需要。三級處理,可避免在富營養(yǎng)化在封閉的水域積累,并符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)再利用的污水。更進(jìn)一步,先進(jìn)的治療一般可以使廢水回收再利用。但工業(yè)廢水,主要采用二級處理,并在這一進(jìn)程的重要步驟如下:格柵為清淤,初步沉淀池,鋸齒罐,二次沉淀池,。 圖1.廢水處理工藝流程通過格柵移除如泡

31、沫,塑料等較大懸浮物,然后污染自動;曝氣池處理廢水的研究活性污泥法,該方法可提供條件,以滿足氧好氧微生物所需要的,以及污水和活性污泥充分混合接觸。3自動化控制系統(tǒng)A為控制系統(tǒng)的設(shè)計原理為了查明的污水水質(zhì),并測量處理系統(tǒng)的影響,規(guī)定了很多的水質(zhì)量指標(biāo),如:生化需氧量(生化需氧量,化學(xué)需氧量(化學(xué)需氧量,TOD的(總需氧量,濁度, PH值,溫度等。因此,需要標(biāo)準(zhǔn)衡量這些指標(biāo),例如,水溫,PH值,生化需氧量學(xué)需氧量,TOD的,SS(懸浮物等。然后,工作人員通過比較可以控制所有開關(guān)運行狀態(tài),相關(guān)的測量值和假設(shè)值。因為這系統(tǒng)不僅需要控制的過程,也使檢測方便,顯示器應(yīng)設(shè)置在現(xiàn)場在控制中心的區(qū)別。在不同的站

32、點,數(shù)據(jù)應(yīng)提交由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),大大降低了數(shù)電纜和環(huán)保要求,但較先進(jìn)的技術(shù)更加昂貴現(xiàn)在不能使用廣泛3。在本文中,選擇相對傳統(tǒng)的測量方法,研究污水處理系統(tǒng),從提高控制水平的立場和促進(jìn)員工為客戶服務(wù)。B模塊的控制系統(tǒng)其中有被檢測,以及閥門,開關(guān)信號,電機(jī)和水泵等,被控制,在每一個過程考慮到每個模塊,制定自己的控制流程和實現(xiàn)方法,根據(jù)各自技術(shù)和性能要求。例如,在網(wǎng)格沉沙池,設(shè)置參數(shù)根據(jù)加工廠水量。當(dāng)電網(wǎng)前后液位差大于或等于設(shè)定的參數(shù),網(wǎng)格可以實施連鎖啟動和自動停止。作為一個結(jié)果,超聲波液位計應(yīng)設(shè)置前后網(wǎng)格,然后工作人員可以控制啟動和停止了網(wǎng)格PLC中。 圖2.電網(wǎng)控制系統(tǒng)在初步

33、沉淀池模塊,安裝在進(jìn)水管道電磁流量計來測量進(jìn)水流量,并顯示在顯示器的價值。據(jù)對技術(shù)的要求,設(shè)置液位值取水泵站預(yù)處理,然后進(jìn)一步控制所有取水泵站, 為了運行狀態(tài),所有水泵運行保持相對平衡的時間。安裝PH計測量的PH值瞬間水來中,以應(yīng)對未來在waterquality是否滿足工藝要求,如果沒有,然后發(fā)出警告信號在同一時間,靠近插圖門。安裝氧化還原電位(ORP在線測定儀,溶解氧(DO在線測定儀,并污泥濃度監(jiān)測鋸齒狀坦克。檢測到的ORP的決定和DO值的數(shù)量和鼓風(fēng)機(jī)曝氣強(qiáng)度,這樣可以節(jié)省資源。當(dāng)污泥密度相對較高,及時,系統(tǒng)將減少在二次沉淀池回流污泥量,和污泥排放量增加,當(dāng)密度為低,在一定程度上會增加回流污

34、泥量。設(shè)置一個在二次沉淀池泥米,它可以測量泥上線水平。當(dāng)值是在偏高,可以調(diào)整泥漿吸盤,刮板,排泥自動泵等,以避免沉積物污泥破壞以及堆放,排放太多剩余污泥。最后,在最后的消化池,安裝一個PH計,COD在線測定儀,污泥濃度監(jiān)測。在與此同時,顯示這些數(shù)據(jù),使工作人員能夠采取的水質(zhì)量在任何時間控制,然后確定是否沒有目標(biāo)的出水標(biāo)準(zhǔn)。C整個硬件系統(tǒng)PLC是一種新型工業(yè)控制裝置,它可以適應(yīng)小批量的生產(chǎn)品種,并開發(fā)非常快。由于其一般和靈活的控制性能,它是適用于所有的工業(yè)領(lǐng)域自動化廣泛,其可靠性,適應(yīng)多種工業(yè)環(huán)境,簡單,方便經(jīng)營業(yè)績。由于數(shù)字電子類電腦操作系統(tǒng),它是專為工業(yè)特殊環(huán)境的應(yīng)用。可編程控制器采用可編程

35、內(nèi)存來存儲和執(zhí)行布爾的訂單計算,順序控制,定時,計數(shù),算術(shù)操作等,并控制各種設(shè)備和生產(chǎn)過程中雖然數(shù)字或模擬輸入和輸出接口4。因此,選擇的S7 - 300系列PLC作為主的較低的電腦。PLC的職能主要指開關(guān)的邏輯,順序控制,模擬控制,信號鏈,通訊。它可以作為一個較低的電腦,它可以通信與PC或PLC具有相同的水平或上水平,以控制和完整的信息管理整個生產(chǎn)過程。圖3.控制系統(tǒng)硬件框圖 PLC的主站可連接上電腦,然后,可顯示圖形,分析趨勢,管理數(shù)據(jù),診斷故障,控制報警等,具有高層次的語言編程。此外PLC與工控機(jī)可以構(gòu)成一個強(qiáng)大的開放分布式控制系統(tǒng)。這里的IPC工業(yè)計算機(jī)選擇研華610.D選擇控制方法污水

36、處理是一個多變量,非線性,時變,隨機(jī)的,復(fù)雜的過程,和傳統(tǒng)控制方法難以實現(xiàn)實時監(jiān)控和檢測。近年來,污水處理一般采用智能控制,模糊控制,主要的結(jié)論,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),專家控制,等等。在本文中,選擇控制方法是對專家系統(tǒng)的智能控制。根據(jù)不同的經(jīng)營特色的模塊,而不同階段有不同的特點,可以使用不同的控制方法,從而達(dá)到最好的效果。完成整個控制和污水處理過程的預(yù)測在專家的知識,通過智能計算機(jī)計劃系統(tǒng)5, 完成整個控制和污水處理過程的預(yù)測。E現(xiàn)場總線由于相對分散的功能模塊,開發(fā)了現(xiàn)場總線技術(shù),這是一個先進(jìn)現(xiàn)場工業(yè)技術(shù),真正實現(xiàn)分布式控制和集中管理。鑒于有必要為視圖系統(tǒng),實時性,可靠性,穩(wěn)定性和相對負(fù)荷.在故障,交通負(fù)

37、荷有較高要求,因此選擇作為PROFIBUS現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)PLC與工控機(jī),它使用的傳輸?shù)腞S - 485技術(shù)最頻繁6。4軟件設(shè)計系統(tǒng)這上位計算機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)的使用MCGS的,這是一種基于組態(tài)軟件系統(tǒng)Windows平臺,用于構(gòu)建和生成上計算機(jī)系統(tǒng)將迅速7。MCGS組態(tài)軟件提供了一個完整的項目與開發(fā)平臺,為用戶解決工程問題的機(jī)會,并能完成的功能,例如,現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,實時和歷史數(shù)據(jù)加工,預(yù)警,安全機(jī)制,過程控制,動畫顯示,趨勢曲線和報表輸出,以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等。此外,它是操作方便,具有良好的知名度,高可靠性,高性能等突出特點,所以很適合污水處理。在這個系統(tǒng)中,主要功能設(shè)計如下:進(jìn)行配置的PLC控制策

38、略處理模塊,可以采取工作人員到便利改變運行狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)的時間;顯示液位值,運行時間,PH值,氧化還原電位測量,溶解氧測量,泥漿密度等動態(tài),實時,以及運行狀態(tài)和每一個設(shè)備的工作方法;顯示屏幕,用燈光和聲音報警8,提供選擇的工作作風(fēng),如自動和手動操作接口;查詢歷史數(shù)據(jù); Intranet連接。 5結(jié)束語對污水處理工藝的基礎(chǔ)上,鑒于其控制要求,建立了基本的控制系統(tǒng)結(jié)合PLC與工控機(jī)的工業(yè)計算機(jī)。通過檢測液位,泥漿密度,OD值,ORP值和其他信號,控制運行狀態(tài)和運行時間的升降機(jī)泵,閥,風(fēng)機(jī),排泥設(shè)備,格柵為清淤等,為了保證水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以滿足需求。同時,使用基于MCGS組態(tài)軟件開發(fā)實時監(jiān)控系統(tǒng)自動或手

39、動操作,這樣才能有保存數(shù)據(jù),檢測,報警,查詢歷史數(shù)據(jù)和其他充滿人性化功能。Automatic Monitoring and Control System of Industrial Sewage TreatmentWeixuan LiSchool of Mechanical and Electronic EngineeringWuhan University of TechnologyWuhan, ChinajdchYuzhu SunSchool of Mechanical and Electronic EngineeringWuhan University of TechnologyWuha

40、n, Chinalovely-pigAbstractDue to limitation of the energy, human should save resources, even reuse the resources. In view of the serious pollution of water resources, as well as the increasing reduction of available water, sewage treatment becomes important issue to be studied nowadays. In this pape

41、r, considering industrial waste water processing procedures, utilize PLC, MCGS software as well as PROFIBUS bus in order to carry out the monitoring and control of sewage treatment.Keywords-Technological process; Automatic control; PLC; Field Bus; MCGS softwareI. INTRODUCTIONWith the rapid developme

42、nt of modern science and technology, all the countries throughout the world are developing industrial production. At the same time, water resources are damaged more and more seriously. With the improvement in the quality of peoples lives, human gradually pay more attention on environmental protectio

43、n, especially industrial wastewater treatment has become a very important research issue. At present, in our country, the protection of water resources and sewage treatment are also not perfect enough, although there have been a series of laws and standards to protect resources, the contaminated wat

44、er sources must be processed in order to improve the quality of water fundamentally.Early sewage treatment technology mainly adopts on-site detection and debugging by technicians. Because the sewage treatment is complex, and the item indicators needing real-time detection are various and complicated

45、, for examples, the effluent PH value, influent flow, dissolved oxygen content in the aeration pool, and so on 1, if detect all indicators real time one by one, it will cost too much labor and material, operation cost is high, economic benefit is poor, and the result of process is not ideal. As a re

46、sult, computer monitoring is introduced to the sewage treatment gradually, so that it saves resources, improves security, reliability and treatment results greatly, and has a wide development prospect. In this aspect, foreign countries have developed a relatively perfect system, comparatively speaki

47、ng, development of the domestic wastewater treatment technologycompares relatively backward. Therefore many of the large treatment plants adopt a foreign system integrally, but considering the expensive is too high, the development of auto-monitoring technology for domestic sewage treatment system i

48、s becoming a matter of priority.In this paper, study the process of monitoring system by industrial wastewater, using computer control technology and multi-level network structure to control the whole process of wastewater treatment without man on duty 2.II. TECHNOLOGICAL PROCESS OF SEWAGE TREATMENT

49、Related to wastewater treatment process, primary treatment and secondary treatment adopt traditional physical-chemical and biochemical processes, such as, sedimentation, aeration and so on. But the specific selections for process base on specific needs. Tertiary treatment can avoid eutrophication in

50、 closed water area, and meet water quality standards of reutilization of the sewage. Further more, advanced treatment generally can make wastewater recycle. But industrial wastewater, mainly adopt secondary treatment, and the important steps in this process are as follows: grille for desilting, the

51、initial sedimentation tanks, serration tanks, secondary sedimentation tanks, digestion pool. Figure 1. Technological process of wastewater treatmentRemove larger suspended solids such as, foam, plastics, branches and so on through grille, and then fish pollution automatically; the aeration tanks tre

52、at wastewater using activated sludge, for this method can provide a stay to meet the oxygen content needed by aerobic microbes, as well as mixed conditions for sewage and activated sludge contacting sufficiently.III. AUTOMATIC CONTROL SYSTEMA. Principle for Control Systems DesignIn order to identify

53、 the wastewater quality, and measure the effect of treatment system, prescribe a lot of water quality indicators, such as: BOD (biochemical oxygen demand, COD (chemical oxygen demand, TOD (total oxygen demand, turbidity, PH value, temperature and so on. Hence need to measure these indicators for ins

54、tance, water temperature, PH value, BOD, COD, TOD, SS (suspended substance and so on. Then staff can control all switches running state, by comparing the relevant measured values and assumed values. Because this system needs not only to control the process, but also to makeconvenience for detecting,

55、 displays should be set at the scene and in the control centre respectively. At different sites, data should be transmitted by field bus networks. Although the wireless sensor network technology has greatly reduced the number of cables and the environmental requirements, the relatively more advanced

56、 technology is more expensive, and nowadays can not be used widely 3. In this paper, choosing relatively traditional methods of measurement, study sewage treatment system from the standpoints of improving control level and facilitating the staff operating.B. Modules of Control SystemThere are signal

57、s to be detected, as well as valves, switches, motors and pumps, and so on, to be controlled, in each process. Considering every module, formulate their own control processes and realization method according to respective technology and performance requirements.For example, in the basin of grid for

58、desilting, set the parameters according to the water volume of processing plant. When the liquid level difference between before and after grids is greater than or equal to the set parameter, the grid can implement chain startup and stop automatically. As a result, the ultrasonic liquid-level meter should be set before and