基于PLC控制系统的水厂滤池管理软件设计【开题报告】

毕业设计开题报告

电子信息工程

基于PLC控制系统的水厂滤池管理软件设计

1选题的背景、意义

随着社会的发展，人民生活水平的提高，城市供水系统的要求变高，尤其是对工厂的供水系统。不仅要满足管网压力的需要、保证充足供水，还要求水质明显提高。滤池是水厂处理净水构筑物的最后一道工序，滤池工作的好坏直接影响到水厂的水质。滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式，这样劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。因此，我们需要采用先进技术，基于对PLC控制器的了解，可以采用PLC针对水厂的过滤问题[1]。

可编程序控制器( Programmable Logic Controller简称PLC)，原本应简称PC ，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC，但并非说只能控制逻辑信号。PLC起始于20世纪60年代，是一种数字运算电子系统, 专为在工业环境应用而设计的，它将通讯技术、自动控制技术和计算机技术融为一体,成为实现单机、车间、工厂自动化，数字化的核心设备,具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便、应用范围广等很多优点。随着技术的进步,其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制,成为自动化领域的三大技术支柱之一。其主要应用的技术领域有:顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术等[2]。

在我国，污水处理自动化控制的起步较晚，起始年代采用热工仪表，八十年代采用分析仪表和DOS系统，到了九十年代，很多的大型污水过滤处理厂建成，使污水的过滤处理有了很大的提高。从国外引进污水过滤的自动控制系统已经广泛采用采集式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪器，一些新的设备大量出现了。可以说，我国的水厂过滤现状是：手动和自动并存，引用和制止并举。可以看出，现在我国的水厂过滤有如下特点：

（1）引进了计算机分散控制系统，手动和自动并存的控制。但其自动化程度还是很低，仍然采用人工巡逻的方式。

（2）国产的一些在线仪表的稳定性还没达到要求，很多都是采用进口的仪表，但这不是长久之计，所以很多厂并不是都能应用的上。水质的检测也要有相关操作人员来测量。

（3）各个控制站直接按是完全独立的，不会有交换信息。控制单元内部的资源得到了限制，只能实现简单的控制。

（4）在各个站的中间，没有设立中控式，不能对全部的机器进行实施的监测。

过多的消耗人力资源。

我国是一个严重缺水的国家，虽然我国的年平均水资源总量位居世界第6位，但人均水资源却位居世界第110位，可能还不到，是世界上13个缺水国之一了。在我国，目前，水资源的匮乏和水资源的污染，已经严重影响了人民的日常生活。现在城市污水处理的耗电量比美国、日本的都要多，但是我们的污水处理效果却远远比不上这些国家。因此，建设符合我国的工厂污水过滤控制系统对我国经济的高速发展具有重要的意义。

2相关研究的最新成果及动态

现代化的自来水厂基本采用计算机控制技术。欧美的一些城市，在进行水处理时，已经能用PC机进行数据的记录和采集，并对运行过程进行控制，甚至已经实现了全自动。如美国爱荷华水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，此外，俄罗斯的莫斯科水厂、日本东京朝霞水厂等也先后采用计算机自动控制水厂生产，取得较理想效果。现在许多大中型水厂均由一套集散型的自动控制系统进行控制。在厂内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实现控制，其中包括对水沉淀、再过滤，后反冲洗等。设在控制室内的计算机从每次现场实际运行的计算机中搜集数据，并进行数据统计，根据数据制成表格和图形。从数据中读出一些特征，现象，平均值等。再在这个基础上，也以考虑设计一个自动检错，设备故障报警等。在系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。这样对PLC的功能，就得了解的更为细致，对各个分工也要明确。

由于控制技术，网络通信和现场总线技术等的发展，国外的污水厂很早就实现了污水的网络化控制，如DCS、FCS等。同时，国外较早就把SCADA技术映入到排水系统上，还取得了很好的经济和社会的效益。同时，国外在重视水过滤的PLC的开发上，还研制出了一些智能、小巧的控制单元，如AB的SLC系列，Siemens 的S7系列等等。国外还在在线仪表上做了研究，如美国的哈希公司研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化学需氧COD（Chemical Demand）分析仪。他们的特点是：

（1）按照厂区的情况，将其划分为若干个控制站，各个站之间都处于一个级别，也可以是上下级别，站与站之间都独立运行。中间设立中控室，里面有操作员，负责数据的管理和记录工作。

（2）采用在线仪表进行水质监测，实时监测，并计录。

（3）采用了智能化的控制系统，有时刻根据水质的变化自动调整到相应的控制方式。

（4）大量采用远程遥控设备，有效地利用社会资源。

相比之下，我国在水厂污水过滤控制上，与国外的自动控制系统还有很大的差距，但同时也说明，我国在这个问题上还有很大的发展空间和前景。

据国外资料统计，工业控制中80%以上都可采用PLC来完成。因为顺序控制是工业控制不可缺少的一部分，几乎每一个过程控制和生产管理都是有步骤地进行的，因此都可以采用PLC。在水厂自动化系统中，滤池子站是整个水厂控制系统的一部分，其主机选用为工控机，滤池子站下挂若干个滤格子站，每格子站都选用PLC，采用网络联接.反冲洗用一主PLC控制.通过网络将所有PLC与主机连为一有机整体(滤池子站).再通过厂区控制网络与中心控制站主机相联。

PID(Proportional Integral Differential)控制算法是经典的闭环控制，是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的调节方式。基于对PLC 的了解，在实现衡水位控制上可采用PID控制算法。它的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分和微分的函数关系进行运算，其运算结果用输出来控制。一般中小型PLC控制系统只对一路或几路模拟量进行闭环控制。硬件上只需配备A/D及D/A转换模