【正文】 .......................434 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .......................................................................................47 軟件總體方案的設(shè)計 ...............................................................................47 控制方案程序 ...........................................................................................495 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 .......................................................................................61 組態(tài)王 簡介 ......................................................................................61 監(jiān)控界面的設(shè)計 .......................................................................................61結(jié)束語 ...............................................................................................................72山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄參考文 獻 ..........................................................................................................73致 謝 ...................................................................................................................74附錄 ...................................................................................................................75 01 緒論1．1 課題研究背景水對人類而言有著非同尋常的意義，不論是日常生活，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開水。而面向社會興建水廠，工業(yè)化的集中處理水的歷史還不到 200 年，特別是以快濾池為標(biāo)志的現(xiàn)代水廠更只有 110 多年歷史。水廠和其它行業(yè)的工廠一樣，自出現(xiàn)以來不斷革新，不斷現(xiàn)代化，生產(chǎn)能力、凈化效果都不斷提高。混凝劑一般采用鋁鹽、鐵鹽。近幾十年，隨著凈水理論的發(fā)展，工藝設(shè)計和處理構(gòu)筑物的形式不斷變化，各類反應(yīng)藥劑也出現(xiàn)許多新的替代品，比如:以高分子化合物作為混凝劑，臭氧或二氧化氯作為消毒劑等等。我國的凈水廠自動化技術(shù)起步較晚，一度比較落后。由于受到人員素質(zhì)及經(jīng)驗、環(huán)境溫度、源水水質(zhì)變化等各種復(fù)雜因素的影響，很難使出廠水水質(zhì)長期穩(wěn)定。根據(jù)需要，各個工藝環(huán)節(jié)建立獨立的控制設(shè)施。以后隨著計算機及控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了集中式控制形式，由中心控制室的一臺計算機系統(tǒng)對各個環(huán)節(jié)的參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算，然后發(fā)出控制信號，直接控制被控對象。進入70年代以來，以微處理器為核心的各種控制設(shè)備發(fā)展迅速，使得控制系統(tǒng)的形式也發(fā)生了相應(yīng)的變化，結(jié)構(gòu)組成種類很多。該系統(tǒng)的優(yōu)點是：(1)可以實現(xiàn)分級分布控制。(4)編程方便，開發(fā)周期短，維護方便。當(dāng)前水廠采用最多的控制系統(tǒng)是IPC+PLC系統(tǒng)。加之西方發(fā)達國家雄厚經(jīng)濟實力 3與技術(shù)基礎(chǔ)，供水系統(tǒng)的自動監(jiān)控已得到普遍應(yīng)用。水工業(yè)的一些專用檢測儀表與設(shè)備，如在線檢測濁度儀、計量投加泵等，也有一些廠家開始生產(chǎn)，但是質(zhì)量水平與國外產(chǎn)品相比仍有距離，難以滿足國內(nèi)市場需要。針對我國的技術(shù)經(jīng)濟條件，不同規(guī)模水廠迫切需要解決的問題有所不同。采用哪一種濾池反沖技術(shù)是濾池自控技術(shù)中的研究內(nèi)容。由于傳統(tǒng)的水反沖洗技術(shù)存在一些問題，眾多學(xué)者通過不斷探索和研究，開發(fā)了氣、水反沖洗技術(shù)。最后，完成恒水位過濾和自動反沖洗過程功能的軟件的編程實現(xiàn)，根據(jù)所設(shè)計的自動控制系統(tǒng)設(shè)計出整個系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。因此為了做到安全可靠的生產(chǎn)，應(yīng)采用自動控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，人們從不同的工藝角度發(fā)展了其它型式的濾池。因此 70 年代已在歐洲大陸廣泛使用。其中過濾過程又可分為正常過濾和濾池反沖洗兩個子過程，這兩個子過程交替運行，相互之間間隔一定時間（24 H ），表示濾池工藝過程簡圖。因此濾池的過濾周期比單純水沖洗的濾池延長了 75%左右，截污水量可提高 118%，而反沖洗水的耗量比單純水沖洗的濾池可減少 40%以上。(4)氣泡在濾層中的運動，減少了水沖洗時濾料顆粒間的相互接觸的阻力， 計2使水沖洗強度大大降低，從而節(jié)省沖洗的能耗 [5]。此外濾池的表面掃洗，還加快了反沖水的漂洗速度，用原水養(yǎng)活了反沖洗濾后水用量及電能，也節(jié)約了沖洗水量。 而濾池的反沖洗，就是先后運行氣洗、水洗兩種清洗方式去除濾料層中的雜質(zhì)，是濾池自凈的工藝措施。常見濾池都有 5 個閥門：進水閥：控制水流入濾池集水渠的閥門。反沖洗系統(tǒng)一般包括：鼓風(fēng)機：用于產(chǎn)生強勁氣流對濾層進行沖洗?？刂破魇菍崿F(xiàn)自動控制的關(guān)鍵，所有自動控制的內(nèi)容都由控制器編程實現(xiàn)。過濾時要求維持一定的濾速，這通過控制濾池的液位實現(xiàn)，即過濾時要把液位控制在一定范圍之內(nèi)。反沖洗的啟動有兩種方法:人為命令和控制器依條件判斷是否啟動。每格濾池設(shè)置一個現(xiàn)場 PLC，主要功能是完成濾池的自動反沖洗和恒水位過濾控制。按要求，每次只有一格濾池進行反沖洗，當(dāng)多格濾池同時要求進行反沖洗時，系統(tǒng)自動按照先進先出的原則排隊進行。打開反沖水閥，開啟反沖水泵，水洗 6MIN，完成后關(guān)閉反沖水閥、停水泵，關(guān)閉排污閥、開啟進水閥接受待濾水。(2)給每個濾池的 PLC 編制運行程序，以保證每個濾池按生產(chǎn)工藝的要求自動運行。(5)各濾格的 PLC 運行均由一臺主控 PLC 控制。(6)濾池的控制操作和數(shù)據(jù)顯示:使用一臺 PC 機作為上位機，配有專為用戶開發(fā)的監(jiān)控軟件。③重要參數(shù)的顯示和設(shè)置，包括每個濾池的 PID 參數(shù)，反沖洗起始水位，反沖洗的水沖時間，氣洗時間等等。⑦各故障報警。 計7(7)采用 Rockwell AB 公司的 PLC 系列產(chǎn)品，以保證濾池運行的穩(wěn)定和可靠。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙? 所示。PLC 作為一種新型的工業(yè)控制裝置，在科研、生產(chǎn)、社會生活的諸多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。常規(guī) PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，系統(tǒng)由模擬 PID 和被控對象組成 [7]。在 PID 控制算法中，存在著比例、積分、微分 3 種控制作用：(1)比例控制作用的特點：即成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號 E(t)，系統(tǒng)誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被 PID 控制的對象朝著減小誤差的方向變化，控制作用的強弱取決于比例系數(shù) Kp。不足之處在于積分作用具有滯后特性，積分作用太強會使被控對象的動態(tài)品質(zhì)變壞，以至于導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因為其算法簡單，參數(shù)調(diào)整方便，并且有一定的控制精度，因此它成為當(dāng)前最為普遍采用的控制算法。d位置式算法對偏差進行累加，然后給出執(zhí)行機構(gòu)的位置控制量。至此，式() 已可以用作編程算法使用了。一般 PLC 都可以實現(xiàn)PID 功能。此時，可以用開關(guān)閥替代調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)液位，降低投資成本。通過 PLC 計算得出閥門位置的機制也就不再適用，需要重新設(shè)計。這一點在實際工程中非常重要，許多場合都必須刻意避免閥門頻繁動作。這就是雙位調(diào)節(jié)導(dǎo)致閥門頻繁開關(guān)的原因。如果對這個動作時間做出限制，就可以對閥門開度進行控制。所以，要控制動作時間，在執(zhí)行機構(gòu)中就不能有連鎖。情況跟先前并沒什么不同，只是由一次動作變?yōu)槎啻蝿幼髁?，頻繁性沒有得到根本的改變。這樣，對雙位調(diào)節(jié)增加兩個時間控制，實現(xiàn)了開關(guān)閥對液位的調(diào)節(jié)。閥門的動作時間也不必很長，有整個開啟(或關(guān)閉)時間的 5%即可。所以，如果能夠判斷液位的變化趨勢，就可以進一步減少閥門動作。比如：液位高于設(shè)定值，而正處于下降狀態(tài)，則閥門不動作。在反沖洗時，進水、出水閥關(guān)閉，氣沖、水沖、排污閥打開。反沖洗包括氣沖、水沖。最后，打開進水閥，等液位升到接近恒水位時，濾池反沖洗正式結(jié)束，打開清水閥，系統(tǒng)進入正常的過濾程序。這些標(biāo)識作為信號在通訊網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，以“O”、 “1”表示。但這里無須考慮此問題，因為連接控制器的網(wǎng)絡(luò)自身的通訊協(xié)議己能夠確保信號傳送的可靠性 [8]。接著，當(dāng)氣沖閥打開后，要有一個標(biāo)識，傳遞給反沖洗系統(tǒng)主控制器通知它開鼓風(fēng)機。然而，若不對反沖洗的過程作一些調(diào)整和簡化，這種方法會十分復(fù)雜，不易實現(xiàn)。要減少表明濾池或反沖洗系統(tǒng)所處狀態(tài)的標(biāo)識，須從反沖洗過程入手，減少需要向其他控制器傳送的中間狀態(tài)。調(diào)整后的反沖洗過程可分為三個階段:反沖洗前的開、關(guān)閥階段，反沖洗階段，反沖洗后的關(guān)、開閥階段。所有閥門到位后，濾格控制器向反沖洗系統(tǒng)控制器傳遞一個標(biāo)識，進入第二階段。關(guān)閉進水閥 、 出水閥 ， 打開排污閥 、 反沖氣閥 、 反沖水閥氣沖 、 水沖關(guān)閉反沖水閥 、 反沖氣閥 、 排污閥 ， 打開進水閥 ， 出水閥沖洗完后給出沖洗結(jié)束標(biāo)識開 、 關(guān)閥階段完成后 ， 產(chǎn)生反沖洗標(biāo)識圖 調(diào)整后的反沖洗過程這個方案中，兩控制器的控制作用階段分得很清晰，便于控制器集中完成控制任務(wù)，不僅簡化了協(xié)調(diào)過程，對于簡化突發(fā)故障的處理也很有意義。每個濾池控制器都可以此機制與反沖控制器溝通。在我國目前許多城市規(guī)模擴大、人口增加，對自來水需求量迅速增長的情況下，有很大的應(yīng)用前景。 PLC 基本知識及其工作原理可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱 PLC。(2)簡單，易于使用，不必要求微機軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。(6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。(10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點。PLC 運行時，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個 CPU 每一個時刻只能執(zhí)行一個操作而不能同時執(zhí)行多個操作，因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個操作，這種需要處理多山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2個作業(yè)時依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式。本設(shè)計系統(tǒng) PLC 采用的是梯形圖編程語言。梯形圖有如下特點：(1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時器、計數(shù)器等。PLC 的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機，主機把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機發(fā)送運行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。(4)解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 C1 7 5 6 O B 1 6 E 1 7 5 6 T B N H1 7 5 6 T B S H 2 5 0 m A 2 m A 4 . 1 W 6 0 176。故本設(shè)計中選擇上海精士自動化成套設(shè)備有限公司的LU13兩線制超聲波液位傳感器。 C: 40186。 C: 40186。C時 psi( bar) per 176。2．和PLC的連接：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計8液位計紅線端接入直流電源1228 VDC+端，黑線接PLC輸入信號+端，然后將電源1228 VDC—端和PLC信號輸入負(fù)端連接。YZD1擴散硅壓力變送器選用國外進口擴散硅壓力芯片作敏感元件，性能穩(wěn)定可靠，抗過載能力強?？砂匆笥喼品菢?biāo)準(zhǔn)量程、輸出形式和壓力接口形式。 4 ～2 0 m A （ 二 ）0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 5177。 177。 0 . 1 6 。 0 . 0 31 2 ～ 3 61 0 0 02 0 0k P ak P aM P aM P a% F . S% F . S℃℃℃% F . S / ℃% F . S / ℃V D CM Ω /1 0 0 V D C% F . S 調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥直接安裝在水工藝管道上，是水廠自控系統(tǒng)的重要組成部分。