【正文】 梯形圖 30第四章 結(jié)論 32 本文內(nèi)容的總結(jié) 32 今后的研究方向 32參考文獻(xiàn) 33附 錄 34謝 辭 43前 言 在我國(guó)目前給水行業(yè)中，對(duì)自來(lái)水處理一般采用氯氣消毒。面對(duì)這種狀況，研究新的水處理工藝，利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，改善出廠水水質(zhì)，已成為國(guó)內(nèi)水處理界的共識(shí)。前加氯一般采用原水流量配比加氯方式，而后加氯與補(bǔ)加氯采用復(fù)合閉環(huán)加氯方式即根據(jù)余氯反饋控制方式。后加氯與補(bǔ)加氯控制器根據(jù)投氯后取樣水中余氯值和設(shè)定的余氯值，采用PID控制規(guī)則，輸出一個(gè)控制量來(lái)控制加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 ，形成一個(gè)閉環(huán)控制，使余氯值向設(shè)定值逼進(jìn)，確保出廠水余氯指標(biāo)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。物理法有加熱、紫外線、超聲波等；化學(xué)法有加氯、漂白粉、次氯酸鈉、臭氧或其它氧化法等，加氯是較為常用的一種。由于前加氯環(huán)節(jié)中投加的氯氣并不是非常多，而沉淀池和濾池對(duì)氯的消耗量較大，使得濾后水中一般無(wú)剩余氯的存在，因此前加氯對(duì)出廠水的余氯含量基本上沒(méi)有影響。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定集中式給水用氯消毒時(shí)，在與水接觸30分鐘后。以下重點(diǎn)從機(jī)理上分析余氯在這幾個(gè)過(guò)程中的變化規(guī)律： 氯氣水解規(guī)律 氯氣投加到水中后，首先水解生成鹽酸HCL和次氯酸HCLO，如公式11： （11） 氯氣的溶解度很大，所基本上投入水中的氯氣都能迅速生成次氯酸和鹽酸，并且次氯酸會(huì)進(jìn)一步部分水解生成次氯酸根離子和氫離子。在各種雜質(zhì)中影響比較大的便是氨氮()，氨氮與次氯酸的反應(yīng)生成一氯胺（NH2CL）和二氯胺（NHCL2），如公式12和13： （12） （13） 但是上面的兩個(gè)反應(yīng)存在區(qū)別：式2的反應(yīng)只需要1秒鐘左右即可完全完成，基本上在氯氣投入水中后立刻完成；而式3的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，其反應(yīng)程度若達(dá)到要求至少需要經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)，也就是說(shuō)該反應(yīng)會(huì)一直在清水池中持續(xù)進(jìn)行，相當(dāng)于對(duì)余氯的“二次干擾”。后者是一個(gè)可逆反應(yīng)，此時(shí)水中還會(huì)存在一定量的有效氯，繼續(xù)增大氯氣投加量會(huì)導(dǎo)致水中有效氯含量持續(xù)增加。 氯在清水池中的停留過(guò)程 當(dāng)濾后水經(jīng)過(guò)加氯后，就進(jìn)入清水池了?；旌铣潭仁鼙旧淼挠嗦群?、水的流速等因素的影響，另外，對(duì)于不同的季節(jié)所導(dǎo)致的水電溫度和PH值得不同，水中余氯的混合情況差別很大。要實(shí)現(xiàn)氯氣投加過(guò)程的自動(dòng)控制，對(duì)于其中影響氯氣投加過(guò)程較大、變化較快的因素必須要有相應(yīng)的設(shè)備檢測(cè)。 為了既能滿足自來(lái)水廠出水水質(zhì)指標(biāo)的要求，達(dá)到預(yù)期的消毒效果，又不造成氯氣的浪費(fèi)，必須根據(jù)原水流量的變化及時(shí)調(diào)整加氯量的大小，如果用人工調(diào)節(jié)是很難實(shí)現(xiàn)的。前加氯方式控制原理為：加氯控制器根據(jù)原水流量的變化以及設(shè)定的投加率自動(dòng)調(diào)節(jié)加氯量。加氯工藝流程圖如圖12所示：生產(chǎn)參數(shù)檢測(cè)加氯機(jī)開(kāi)度控制氣壓達(dá)到下限？漏氯報(bào)警？切換氯源吸排處理是是否否開(kāi)始結(jié)束 圖12 加氯工藝流程圖 人工投加方式及其中存在的問(wèn)題 為人工控制投加氯氣方式如圖13所示。人工加氯主要存在以下不足之處： (1)人工投加過(guò)程存在很大的滯后，系統(tǒng)響應(yīng)慢，容易產(chǎn)生震蕩。 （2）不同操作人員的經(jīng)驗(yàn)不相同對(duì)氯氣的投加也會(huì)產(chǎn)生影響。 第二章 水廠加氯系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 水廠加氯系統(tǒng)硬件構(gòu)成 加氯機(jī) 加氯機(jī)是水廠加氯系統(tǒng)中的核心裝置，是現(xiàn)代化水處理系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備之一。 差壓式流量計(jì) 差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量的儀表。余氯值會(huì)即時(shí)被讀出而不再需要取樣和等待的過(guò)程，使得在控制系統(tǒng)中的延遲時(shí)間最短。氯氣傳感器輸出電流值與環(huán)境中氯氣濃度成正比。主要包括CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。 （2) I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。 （3）電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。 PLC控制系統(tǒng)有輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算，處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。 （2）工作環(huán)境工作環(huán)境是PLC工作的硬性指標(biāo)。 （4）輸出形式PLC 的各種機(jī)型都有多種輸出形式，包括繼電器輸出、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件輸出、晶體管輸出等。另外還要考慮I/O點(diǎn)數(shù)的余量，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，要留有充分的I/O點(diǎn)數(shù)作為備用。 PLC的輸入與輸出 加氯系統(tǒng)的主要設(shè)備包括氣源切換裝置、加氯機(jī)、漏氯報(bào)警系統(tǒng)和吸氯裝置3個(gè)部分【5】。因此選用西門(mén)子S7200系列PLC。 由于本系統(tǒng)選用的是CPU224，其有14個(gè)模擬量輸入點(diǎn)，10個(gè)模擬量輸出點(diǎn)【6】。 PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)凡的增大而減少，比例系數(shù)過(guò)大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)越大，積分作用越弱，系統(tǒng)穩(wěn)定越強(qiáng)。偏差的初始值通常被設(shè)為第一次回路輸出計(jì)算之前的輸出Minitial。微分項(xiàng)MD與錯(cuò)誤變化成比例。 在實(shí)際閉環(huán)控制系統(tǒng)中，誤差是一個(gè)很小的變化量。微分調(diào)節(jié)（D）的作用是使偏差快速消除，可以選擇方程中的微分項(xiàng)是作用于誤差的變化還是作用于過(guò)程變量的變化【8】。比例系數(shù)Kf的設(shè)定值可通過(guò)在上位監(jiān)控機(jī)上由操作人員根據(jù)工藝要求及原水需氯量的大小進(jìn)行改變【7】。 PID指令及回路表S7200的PID指令圖如圖32所示： PID TBL LOOP指令中TBL是回路表的起始地址，LOOP是回路編號(hào)?；芈繁泶鎯?chǔ)用于控制和監(jiān)控回路運(yùn)算的參數(shù)，包括程序變量、設(shè)置點(diǎn)、輸出、增益、樣本時(shí)間、整數(shù)時(shí)間（重設(shè)）、導(dǎo)出時(shí)間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當(dāng)前值及先前值。前加氯設(shè)一個(gè)投加點(diǎn)，根據(jù)原水流量比例投加；后加氯和出廠水補(bǔ)氯各設(shè)一個(gè)投加點(diǎn)，均根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)余氯值反饋，通過(guò)PID運(yùn)算得出控制值控制各自加氯機(jī)的開(kāi)度，使實(shí)際余氯值向給定值逼近。將VD50內(nèi)這一整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，并將其存入VD50中?？刂频臄?shù)學(xué)模型如式：I0=KfQm清水池投氯PID調(diào)節(jié)定義PID參數(shù):此定義是根據(jù)西門(mén)子S7200自帶PID控制指令的規(guī)則執(zhí)行的。定義PID積分時(shí)間，將1E+008的實(shí)數(shù)傳入VD120中。將存放在VW12中的余氯采樣整數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙整數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)化結(jié)果存入VD58中。清水池PID調(diào)節(jié)功能程序:本網(wǎng)絡(luò)為PID程序，TBL 為定義PID控制程序偏移地址首地址；LOOP為定義PID回路，共可定義8組 (07)。定義系統(tǒng)設(shè)定值。定義微分時(shí)間，將1E+008的實(shí)數(shù)傳入VD224中。將經(jīng)過(guò)處理存放在VD66的出水廠流量采樣數(shù)據(jù)與投氯比例系數(shù)進(jìn)行實(shí)數(shù)乘法運(yùn)算，并將結(jié)果存入VD70中。VW96中的整數(shù)傳送給模擬量輸出模塊AQW3，進(jìn)行對(duì)3加氯機(jī)控制）自動(dòng)加氯的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)PLC對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體工藝流程圖如圖35所示。 ，經(jīng)過(guò)PLC定時(shí)器的延遲檢驗(yàn)仍然沒(méi)有復(fù)位，則判斷1號(hào)閥故障。具體程序流程圖如圖37所示：漏氯報(bào)警？開(kāi)排風(fēng)扇開(kāi)吸氯裝置關(guān)閉排風(fēng)扇關(guān)閉吸氯裝置延時(shí)到？故障報(bào)警故障處理是是是是是否否否否否堿泵風(fēng)機(jī)運(yùn)行？漏氯信號(hào)消除？延時(shí)吸氯時(shí)間到？開(kāi)始 圖37 漏氯報(bào)警及處理程序流程圖 漏氯報(bào)警程序梯形圖漏氯報(bào)警的部分程序見(jiàn)圖38： 圖38 漏氯報(bào)警部分程序 ，PLC向排風(fēng)扇和吸氯裝置發(fā)出啟動(dòng)的控制信號(hào)，如果堿泵、則判斷吸氯裝置故障，應(yīng)立刻進(jìn)行故障處理。本文介紹的自動(dòng)加氯系統(tǒng)是基于西門(mén)子S7200系列PLC的控制系統(tǒng)。在今后對(duì)水廠加氯系統(tǒng)的研究中，無(wú)人化與智能化【20】是研究的核心，應(yīng)用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而更為精確的PID控制則交給工控機(jī)來(lái)完成。信息技術(shù)的發(fā)展同樣推動(dòng)水工業(yè)控制技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信息傳輸加密、防入侵技術(shù)的日趨成熟，將使我們有可能充分利用城市的寬帶網(wǎng)，為城市供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離檢測(cè)、調(diào)度、控制，以及各類信息的傳遞，提供更為快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的手段。如果您為參數(shù)表地址建立了符號(hào)名，然后又改變?yōu)樵摲?hào)指定的地址，由 PID 向?qū)傻拇a則不再能夠正確執(zhí)行。默認(rèn)值是 和 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)。 。指定希望使用報(bào)警輸入的哪些條件： 使能低限報(bào)警（PV），并在 到報(bào)警高限之間設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)警低限 使能高限報(bào)警（PV）， 使能模擬量輸入模塊錯(cuò)誤報(bào)警，并指定輸入模塊附加在 PLC 上的位置步驟 5 為計(jì)算指定存儲(chǔ)區(qū)區(qū) PID 指令使用 V 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè) 36 個(gè)字節(jié)的參數(shù)表，存儲(chǔ)用于控制回路操作的參數(shù)。位于手動(dòng)模式時(shí)，PID 計(jì)算不執(zhí)行，回路輸出不改變。因?yàn)轫?xiàng)目中的所有配置共享一個(gè)公用中斷程序，項(xiàng)目中增加的任何新配置不得改變公用中斷程序的名稱。要在程序中使能該配置，每次掃描周期時(shí)，使用 從主程序塊調(diào)用該子程序。 英文文獻(xiàn)及翻譯 PID control Current industrial automation level has bee the measure of all walks of life modernization level is an important symbol. Meanwhile, control theory development also experienced classical control theory, modern control theory and the theory of intelligent control three stages. Intelligent control of typical examples are fuzzy fullautomatic washing machine, etc. Automatic control system can be divided into the open loop control system and closedloop control system. A control system including controller, sensor, transmitter, actuators, input/output interface. Controller output after output interface, actuators, add to be control system。 quick refers to control system response of the output to rise time, usually with quantitative description. PID control principle and characteristics In engineering practice, the most widely used for the regulator control laws proportion, integral, differential control, the abbreviation PID control, say again PID regulation. PID controller published it has been nearly 70 years history, with its simple structure, good stability, convenient adjustment work and bee one of the main technology of industrial control. When controlled object39。t fully understand a system and controlled object, or can39。t fully grasp, or get accurate mathematical model, the control theory to adopt other technology, the system controller39。t rely on would be charged amount sent back to form any against closedloop circuits. The closedloop control systemClosedloop control system (closed loopcontrols