基于PLC的污水处理系统的设计【开题报告】

开题报告
电气工程及其自动化
基于PLC的污水处理系统的设计
一、课题研究意义及现状
水,作为一种必不可少的资源，长期以来一直被认为是取之不尽、用之不竭的。

随着人类社会的不断发展，城市规模的不断扩大，城市的用水量和排水量都在不断增加，加剧了用水的紧张和水质的污染，环境问题日益突出，由此造成的水危机已经成为社会经济发展的重要制约因素。

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 2，居世界第6位，人均水资源量为2220m 2，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。

据统计：目前全国年排污量约为350亿m3,但城市污水集中处理率仅为15％，全国超过80％的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体，使得原本具有泄洪和美化景观作用的河渠变成了天然污水渠。

特别是在全国2200座县城与19200个建制镇中，污水排放量约占污水排放总量的一半以上，但这些中小城市（镇）的污水处理能力都明显低于全国平均水平。

照此发展下去，城市的水环境将每况愈下。

并进一步的加剧了水资源的短缺。

即使在我国水资源比较丰富的南方地区，由于水体污染，水质型缺水也处于相当严峻地步。

而且随着现代工业的发展及人口城市化的加速，城镇污水量将愈来愈大，水环境污染也会日益加重。

由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如DCS、FCS系统。

同时国外较早的将SCADA技术引入到了给水排水工程中，并取得了良好的经济效益与社会效益。

国外同时注重水处理中PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E+H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO （Dissolved Oxygen）、化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析仪。

我国城市污水处理事业开始于1921年，上海首先建立了北区污水处理厂。

近几年来随着经济的发展，水污染控制所面临的问题也愈加严重，污水处理厂的建设远远不能适应社会经济发展的需要。

据2000年统计，全国城镇的污水处理率达到25％，2010年将达到50％。

但是，各地发展很不平衡，截至2005年6月底，全国31个省(区、市)中还有297个城市没有建成污水处理厂。

同先进国家比较，我国城市污水处理事业从数量、规模、普及率以及机械化、自动化程度上，还都存在着较大的差距。

因此建设符合我国国情的污水处理自动控制系统对降低治理成本，改善环境、建立和谐社会、
保持我国经济高速可持续发展具有重要意义。

二、课题研究的主要内容和预期目标
1．主要内容
主要研究内容是利用可编程序控制器(PLC）实现SBR工艺污水处理系统。

序批式活性污泥法，简称SBR法，是一种中、小型的污水处理方法。

污水处理采用SBR污水生物处理工艺，是按“进水、反应（曝气等）、沉淀、排水”步骤周期性进行生化反应。

从污水流入开始到排水结束算做一个周期。

通过PLC控制SBR工艺污水处理系统按如下程序运行：（1）进水：进水阀门打开，污水通过粗格栅过滤，经过水泵，然后细格栅过滤到达SBR池。

（2）反应：进水到一定液位后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌器和回流污泥泵运行。

（3）沉淀：当SBR池停止曝气以后，空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停止运行，开始重力沉淀和泥水分离。

（4）排水：SBR池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液（上面的清液）由滗水器缓慢排出池外。

在池水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。

剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。

2．预期目标
预期操作目标是当污水处理系统处于自动工作方式的状态下，所有设备按照程序运行，实现污水处理自动化。

三、课题研究的方法及措施
1. 检索相关文献，研究污水处理的发展及现状，分析污水处理的工艺流程；
2．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。

3．具体分析污水处理工艺流程，确定被控对象。

4．对PLC进行选型、I/O点数分配
5．研究控制系统中硬件部分与软件部分的组成
6．选用所需要的仪器及电子元件
7．进行仿真模拟实验，验证此方案是否可行
8．技术文档总结，完成毕业设计
四、课题研究进度计划
毕业设计期限：自2010年10月20日至2011年4月2日。

1．第1-6周：检索相关文献，了界相关技术背景、成果、技术及方法，对资料进行消化，进行理论准备，方案的考虑和设计。

2．第7-9周：在完成步骤1的基础上，策划完总体设计方案。

3．第10-15周：在完成步骤1、2的基础上设计软硬件电路。

4．第16-20周：技术文档撰写，完成毕业论文，做好答辩用的PPT，并作好答辩准备。

五、参考文献
[1] 张自杰.等环境工程手册——水污染防治卷[M].高等教育出版社，1996，1.
[2] 张兴国..可编程序控制器技术及应用[M].北京:中国电力出版社,2006，9..
[3] 弭洪涛王忠礼. PLC实用技术[M].北京:科学出版社,2005,3.
[4] 吕卫阳.徐昌荣PLC工程应用实例解析[M].北京:中国电力出版社,2007，4.
[5] 钟淳昌，任鹤云。

中国城市排水工程的发展趋向[J]。

给水排水，1994(7)：45～47
[6] 杨公源黄琦兰.可编程控制器应用与实践[M].北京:清华大学出版社,2007，5.
[7] 高钦和.PLC应用开发案例精选[M].北京:人民邮电出版社,2008,7.
[8] 牛彦平，徐伟朴，李景会.污水处理行业的现状和特征[J].河北建筑工程学院学报，2004，
4,24(6):36～41.
[9] Michael Rodgers,Xinmin Zhan,Edmond O’Reilly.Small-scale domestic wastewater treatment
using an alternating pumped sequencing batch biofilm reactor system [J].Bioprocess and Biosystems Engineering,2006,28(5):323～330.
[10] 雷乐成.水处理新技术及工程设计[M].北京：化学工业出版社。

2001,4.
[11] Mohammed Bani Younis Alexander Fay Georg Frey. Automatic Re-Implementation of PLC Programs
[J]. ATP International ,2008,21(1):56～60.。