PLC水处理控制系统文献综述.doc

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文献综述

题目PLC在水处理系统中的

应用研究文献综述

学生姓名

专业班级自动化09-1班

学号

院（系）电气信息工程学院

完成时间2012年12月12日

PLC在水处理系统中的应用研究文献综述

摘要：

随着我国经济的高速发展，环境保护已经是一个突出的需要重视的问题。

污水处理在环境保护中又是一个最重要的环节。

生活污水处理过程是一个复杂的非线性、多变量的控制过程，传统的污水处理厂的控制多采用常规的仪表控制,以手动控制为主,依靠操作工人的知识和经验。

这种方式水处理质量不稳定。

为了提高水处理质量，降低水处理成本，必须应用先进的自动控制设备和技术，设计全自动控制的污水处理厂。

关键词:

　生活污水处、控制系统、可编程逻辑控制器

1水处理系统的状况

1.1课题背景

水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。

然而，水资源是有限的。

我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。

随着城市规模的不断扩大和人口的增加，水环境污染成了一大难题。

城市生活污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展的主要原因之一。

目前全国城市废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余90%的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。

耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国生活用水系统水资源利用的突出问题。

众多迹象表明，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益，并且污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的[2]。

1.2国内外生活污水处理情况

1.2.1国外生活污水处理情况

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。

这些国家先后投资研究高效型、智能型污水处理设备和自动化控制仪表。

用于控制技术、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TSXQuantum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、化学需COD分析仪。

1.2.2国内生活污水处理发展现况

我国第一座大型城市污水处理厂一一天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26月立方米/天。

纪庄子污水处理厂投产运行后多年来达到设计出水水质标准，使黑臭的污水变为清流，它的诞生填补了我国大型污水处理厂建设的空白。

在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂。

与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大提高。

从国外引进污水厂的自动控制系统已广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺、新设备大量出现并得到应用。

可以说我国污水处理自动化的现状是：

“手动与自动皆各，自制和引用并举”可以看出我国的污水处理厂自控系统有以下特点：

（1）对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。

大部分以前建设的污水厂自动化程度仍然很低，仍采用人工巡检的方式。

（2）国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。

水质的检测主要是有实验室人员通过实验来测量。

（3）各个控制站之间完全独立，无没有信息的交换。

并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。

1.3课题研究的目的意义

污水是造成环境污染的重要因素之一，也是社会可持续发展必须解决的问题之一。

污水处理是一项紧迫性的任务，它可以避免环境恶化和更大的经济与资源损失。

它既是防止水资源污染的重要手段，又可开发新的水源，有着事半功倍的效果，而且污水处理的持续发展是保证水资源长期不受污染和水资源持续再生的重要保证。

因此，发展污水处理产业具有重要的社会意义。

未来几年，我国污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，提出了至2015年要求设置污水处理率不低于60%目标。

采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。

在这种形势下，利用PLC及组态软件对生活污水处理系统进行控制，无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。

2污水处理系统及PLC介绍

2.1污水处理概述

在人们的生产和生活活动中，每天都在使用和接触着水。

在这一过程中，水受到人类活动的影响，其物理、化学性质发生变化，就变成了污染过的水，简称为污水。

2.1.1污水的组成

生活污水的组成它是人们在日常生活中使用过的，并被生活废料所污染过的水，包括厨房和卫生间用水。

成分：

含有泥沙、油脂、皂液、果核、纸屑、食物屑、病菌、粪尿和杂物等，其中无机物占40%，有机物占60%，与工业废水相比，污染物浓度较低。

2.1.2污水的生物性质及指标

污水中的有机物是微生物的食物，污水中的微生物以细菌与病菌为主。

污水生物性质的检测指标有大肠菌群数（或称大肠菌群值）、大肠菌群指数、病毒及细菌总数。

（1）大肠菌群数（大肠菌群值）与大肠菌群指数大肠菌群数（大肠菌群值）是每升水样中所含有的大肠菌群的数目，以个/L计;大肠菌与病原菌都存在于人类肠道系统中，水中存在大肠菌，就表明受到了粪便的污染，并可能存在病原菌。

（2）病毒污水中已检查出的病毒有100多种。

检出大肠菌群，可以表明肠道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌（如炭疽杆菌）。

细菌总数是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌的总和，以每毫升水样中的细菌菌落总数表示[5]。

2.1.3污水的出路

污水经净化处理后，最终出路有：

（1）排放水体是污水的自然归宿。

从河里取用的水，回到河里是很自然的，作为水体的补给水。

但污水排入水体应以不破坏该水体的原有功能为前提。

在具体操作时，应以排放标准来控制。

这是最常用的一种污水出路，同时也是造成水体污染的原因之一。

（2）灌溉田地但必须符合灌溉的有关规定。

如化肥厂水含Ｎ、Ｐ高，在厂内处理后，达到一定标准可进行灌溉。

（3）重复使用城市生活用水如冲洗厕所等和市政用水如城市绿地灌溉、洒浇道路、消防用水、建筑用水和城市景观用水等[6]。

2.2可编程逻辑控制器PLC介绍

在生活污水处理系统中，由于运行大部分是单向运行，采用开关量和模拟量控制，而可编程控制器（PLC），针对不同的现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流等，有相应的I/O模块与现场设备，如按钮、行程开关、传感器和控制阀等直接连接。

为了提高操作性能，PLC还有多种人－机对话的接口模块。

因此下面对PLC进行一个介绍。

PLC的基本结构编程序控制器是专为工业现场而设计的，其基本结构与典型的计算机结构相同，主要由电源、中央处理器单元（CPU）模块、I/O模块、编程器等部分组成。

2.3PLC在电器控制中的应用

PLC是先进工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱（PLC,CAD/CAM,ROBOT）之一。

目前PLC在国内已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保以及文化娱乐等各个领域，使用情况大致有：

开关量的逻辑控制、模拟量的控制、运动控制、过程控制、数据处理以及通信和联网等。

可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

PLC控用制改造其继电器控制电路,可靠性高、逻辑功能强、体积小，降低了设备故障率,提高了设备使用效率,运行效果良好。

随着我国电力体制改革的深化，电力市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为各发电企业的迫切需求。

为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。

经过科技人员的不断引进、开发、研究,我国大型火电站的辅助系统（输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等）已由继电器控制过渡到完全由PLC监控。

参考文献

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工业出版社，2007：

34-58189-213

2李若谷.西门子S7-200系列PLC系列PLC编程指令与梯形图快速入门.北京：

电子工业出版社，2008:

16-3094-104

3张文涛.西门子S7-200PLC应用技术.北京：

北京航空航天大学出版社，2005:

12-14131-147

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苏州大学硕士论文，2010：

4-5

5敖章洪.基于PLC的城市污水处理系统设计.湖南文理学院学报（自然科出版）.2011，23

（2）：

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6刘贯华.基于PLC的污水处理控制系统的设计.机电工程技术.2008,37

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7施冲.MB系列PLC在水电站自动化的应用.水电自动化.2008,29（3）：

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8张巍.PC/PLC机电控制系统研究.西安：

西北工业大学硕士论文，2003:

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9敖章洪.基于PLC的城市污水处理系统设计.湖南文理学院学报（自然科学版）.2011,23

（2）：

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10ZhanLeiZhaoJing.ImplementofIncrement-modelPIDControlofPLCinConstant-pressureWaterSystem.CollegeoftheFirstAeronauticsoftheAirForce.2010，（12）:

59-62

Systemofdealingwithwater

Abstract:

Withthehighspeeddevelopmentofourcountry’seconomy,theenvironmentalprotectionisalreadyanoutstandingproblemwhichneedsmoreattention.Thetreatmentoflivewastewateristhemostimportantlinkintheenvironmentalprotection.Asthecharactersoflivewastewatertreatmentprocessisnonlinearandmultivariable,traditionalcontrolstrategiesinwastewatertreatmentplanthaveusedtraditionalmetersandmanualcontrolmodel.Moreoverthewholecontrolprocesshasbeendependentonpeople’sknowledgeandexperiences,whichmeansunstablewater’squality.Fullyautomaticcontrolwastewatertreatmentplantsaredecisiveinordertoimprovethequalityofwatertreatmentandreducethecostofmanufacturing.Thiscanonlybedonebyapplyingadvancedautomaticcontrolequipmentandtechnology.

Keywords:

Sewagetreatment;Controlsystem;PLC