【正文】 測定值與設定值比較，使用比例或比例積分環(huán)節(jié)進行計算，結果作為閥位給定值送至調節(jié)閥的比例執(zhí)行器，由其完成閥門的動作。 現(xiàn)場濾池控制器濾池控制器首先控制濾池的液位，把液位大致穩(wěn)定在一個范圍內，達到維持相對穩(wěn)定的濾速的目的。使用位置式 PID 數(shù)字控制器會造成 PID 運算的積分積累，引起系統(tǒng)超調，這在生產過程中是不允許的。PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 R(t)與實際輸出值 C(t)構成控制偏差： E(t)==R(t)－C(t) () 將偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D) 通過組合構成控制量對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器，其控制規(guī)律為： U(t)=Kp[ E(t)+ + ] ()1Ti?tdE0)(()t 上式中:Kp 是控制器比例系數(shù)是控制器積分時間常數(shù)1Ti是控制器微分時間常數(shù)d17 / 93E(t)是系統(tǒng)設定值和被控量之差U(t)是控制器輸出由于式()為模擬量表達式，而 PLC 程序只能處理離散數(shù)字量，為此，必須將連續(xù)形式的微分方程化成離散形式的差分方程。(3)微分控制作用的特點：通過對誤差進行微分，能感覺出誤差的變化趨勢，增大微分控制作用可加快系統(tǒng)響應，使超調減小。缺點是對于具有自平衡 (即系統(tǒng)階段響16 / 93應終值為一有限值)能力的被控對象存在靜差。R ( t )E ( t )比例 P積分 I微分 DU ( t )被控對象C ( t )圖 模擬 PID 系統(tǒng)原理框圖濾池恒水位控制技術的發(fā)展日新月異。大型的可編程序控制器配備過程控制模塊可同時對幾十路模擬量進行閉環(huán)控制，但造價昂貴。3 濾池P C主控 P L C現(xiàn)場P L C 1現(xiàn)場P L C 2現(xiàn)場P L C 3現(xiàn)場P L C 4現(xiàn)場P L C 5現(xiàn)場P L C 6現(xiàn)場P L C 7現(xiàn)場P L C 81 濾池2 濾池 4 濾池 5 濾池 6 濾池 7 濾池 8 濾池圖 濾池自控網絡拓撲圖 PID 控制算法的基本原理PID(proportional Integral Differential)控制算法就是經典的閉環(huán)控制，它是連續(xù)系統(tǒng)中技術最成熟、應用最廣泛的調節(jié)方式。濾池自控系統(tǒng)構成一個獨立的 PLC 控制系統(tǒng)，包括主控部分、現(xiàn)場分控部分。⑧各類數(shù)據(jù)的查詢。④模擬數(shù)據(jù)的實時曲線顯示和歷史曲線顯示。用戶可以在 PC 機上控制濾池的操作以及監(jiān)測濾池的運行情況。主 PLC 和各分 PLC 既聯(lián)系又獨立，在正常運行時，它們各司其職，統(tǒng)一運行。(3)整個濾池控制系統(tǒng)配一臺主控 PLC，負責和各個現(xiàn)場 PLC 的通信，協(xié)調各格濾池的反沖洗，使每個濾池的反沖洗能按照反沖洗的時間，或水頭13 / 93損失的大小自動和穩(wěn)定的進行。當水位升到接近過濾恒水位時，濾池反沖洗正式結束，系統(tǒng)轉入正常的過濾程序。12 / 93濾池正常過濾時，為實現(xiàn)恒水位過濾，設計以水流量為控制參數(shù)的濾池液位 PID 控制系統(tǒng)。在正常的過濾條件下，生產工藝要求將水位的波動限制在 400177。判斷的條件可以有很多，比如:是否到達設定時間、過濾己經進行的時間、水頭損失大小等。當過濾進行一段時間后，濾料吸收的懸濁物積累到一定數(shù)量，對濾后水濁度的穩(wěn)定有不利影響，需要進行反沖洗。濾池的控制與其它車間略有不同，它的設備較多且重復，每個濾池的控制內容都是相同的。反沖水泵：用于抽取清水對濾層進行反沖洗。清水閥：控制濾后水流出濾池進入清水管的閥門?，F(xiàn)將濾池的基本的工藝結構簡圖繪制如圖。養(yǎng)活沖洗水量是原水表面清掃的一個特別優(yōu)點，事實上，它還起到了在一個濾池反沖洗時防止其它濾池在最大輸出負荷下運行的作用。 綜上所述，氣、水反沖洗時，由于氣泡的激烈運動作用，大大加強了污物剝落能力及截污能力。濾池在氣沖洗時，由于用鼓風機將空氣壓入濾層，因而從以下幾方面改善了濾池的過濾性能： (1)壓縮空氣的加入增大了濾料表面的剪力，從而使得通常水沖洗時不易剝落的污物在氣泡急劇上升的高剪力下得以剝落，從而提高了反沖洗效果。8 / 93 濾池正常過濾工藝過程濾池反沖洗工藝過程2 4 小時實時處理模塊 濾池工藝過程簡圖 V 型濾池的結構、工作原理、工藝特點濾池是水廠凈水工藝中的重要環(huán)節(jié)，而濾池過濾能力的再生，是濾池穩(wěn)定高效運行的關鍵。80 年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引進使用。V 型濾池就是在此基礎上由法國德利滿公司在 70 年代發(fā)展起來的。6 / 93 研究的意義采用可編程控制器進行水廠濾池的自動化控制，可以縮短設計周期，并便于安裝調試，對于水廠這樣的不便于停產的生產單位來講，這一點是尤其重要的。 研究的目的和意義 研究的目的改革開放以來，我國人民的生活水平逐步提高，飲用水的質受到越來越多的關注，自來水廠的處理工藝要求也不斷提高，與之相反的是水源水質卻每況愈下，如何保證水廠出廠水質達標，水處理過程的每一個環(huán)節(jié)都很重要。目前，國內外氣水反沖洗有3種運行方式：一是先氣洗，再用低流量水反沖洗；二是先氣、水同時反沖洗，再用低流量水反沖洗；三是先氣洗，再氣、水同時反沖洗，最后用水漂洗。單一水反沖洗技術己沿用多年，由于該方法具備操作單一和設備簡單等特點，在我國得到了廣泛應用。近年來建設的較大型的、自動監(jiān)控水平較高的水廠需要認真總結應用經驗，并向優(yōu)化運行方面發(fā)展，為這類水廠自動監(jiān)控技術的進步提供借鑒與指導。我國大多數(shù)水廠的監(jiān)控技術仍是很落后的，基本以人工方式為主，很難適應現(xiàn)代化的要求，一些水廠(包括有些引進設備的水廠)的自動監(jiān)控基本照搬西方的模式，雖然采用了龐大的自動化系統(tǒng)、投資很大，然而在一些關鍵環(huán)節(jié)上的調節(jié)功能并不強。一些水廠己實現(xiàn)全自動運行，能對生產工藝的各個環(huán)節(jié)連續(xù)自動地監(jiān)測、調節(jié)、記錄、報警等等 [3]。該系統(tǒng)近年發(fā)展迅速，已經與DCS系統(tǒng)的功能相近，特別是同樣具有分級分布控制、實現(xiàn)集中管理，分散控制的功能，往往從水處理工藝控制的角度也將此系統(tǒng)稱為集散式系統(tǒng)。由于應用程序采用梯形圖或順序功能圖編輯，編程和維護方便。(2)可以實現(xiàn)“集中管理、分散控制”的功能，將危險分散，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。當前水廠采用的自動控制系統(tǒng)的結構形式，從自控的角度可以劃分為SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、IPC+PLC 系統(tǒng)、總線式工業(yè)控制機構成的系統(tǒng)等。一臺計算機往往同時控制多個回路，即多個水處理工藝環(huán)節(jié)。這些設施可以一次建成，也可以分別建設，相互之間沒有聯(lián)系。因此水廠濾池的自動化控制對于出廠水質優(yōu)劣尤為重要。但在近二十年中，發(fā)展迅速，許多大城市的水廠也達到了較高的自動化程度 [1]。不過，基本的工藝過程沒有根本性改變。利用凝聚原理去除原水中的懸浮顆粒。日產百萬噸以上優(yōu)質自來水的超大型水廠也不罕見。在我國，水廠的大規(guī)模建設是從解放后開始的，時間較短，但取得了卓越的成就。特別是在現(xiàn)代社會中，人們不僅對水的需求量與日俱增，對水質的要求也越來越高。而在系統(tǒng)接收到反沖洗信號時，本系統(tǒng)在設計上就主控PLC 如何更好的與現(xiàn)場 PLC 協(xié)調控制濾池的反沖洗方案進行了對比并且做了優(yōu)化，增強了控制思路的清晰性，達到了預期的控制效果。濾池是水廠常規(guī)處理凈水構筑物的最后一道工序，濾池運行的好壞直接影響到水廠的出水水質。供水不僅要滿足管網壓力的需要、保證充足供水，還要求水質明顯提高。在濾池正常過濾時，為實現(xiàn)恒水位過濾，設計了以出水流量為控制參數(shù)的濾池液位 PID 控制系統(tǒng)。s livelihood. Not only to meet the needs of the pipeline work pressure and to ensure adequate water supply, but also called for the improvement of water quality. As to conventional water treatment plant, filter is the last structures of water purification processes, filter run a direct impact on water quality. The process of filter backwash is plexity, if still used in manually, laborintensive, low productivity, so it is difficult to ensure the safety of this system and it must be transformed to automatic systems.In this paper, as a view of the automatic control system for the water plant filter requirements and process characteristics, the automatic control system for the water plant design of a set of hardware and software based on the ControlLogix system has been acplished. When in the normal filtrate period,in order to keep the constant level, designed the PID filter level control system which is based on the water flow parameters. When receives backwashing signals, the control system on how to enhance coordination between master PLCand onsite PLC, has been pared and optimized. According to requirements of the designed control system, the selection of hardware devices, hardware configuration, I/O module wiring diagram, procedures for the realization of control algorithm have been acplished.Keywords: water plant filter, constant water level on PID control, automatic backwashing, coordinated control 2 / 93目錄1 緒論 .................................................................................................11．1 課題研究背景 ..........................................................................................1 課題研究內容 .............................................................................................2 研究的目的和意義 .....................................................................................52 控制系統(tǒng)總體方案的設計 ............................................................7 系統(tǒng)分析 .....................................................................................................7 系統(tǒng)總體方案的設計 ...............................................................................123 控制系統(tǒng)的硬件設計 ..................................................................27 濾池實現(xiàn)自動控制所需的設備 ...............................................................27 傳感器和執(zhí)行器的選擇 ...........................................................................33 系統(tǒng)的硬件配置及 I/O 連接圖 ...............................................................39 控制