【正文】 5 , 7 （ 注 ）0 ～ 1 7 , 3 50 ～ 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 7 , 1 . 7 , 3 . 5 , 7 , 3 50 ～ 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 7 , 1 . 7 , 3 . 5 , 7 , 3 50 ～ 5 V （ 四 ） 。 0 . 1 。實(shí)際工作及有關(guān)資料均表明，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中70%左右的故障出自調(diào)節(jié)閥。 0 . 4 1 0 ～ + 7 00 ～ + 7 0 2 5 ～ + 1 2 5177。 177。廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測量和控制。 電纜外殼材料：聚丙烯 電纜型號：3芯屏蔽電纜 安裝前首先確認(rèn)液位計(jì)探頭和它的測量終端間距，LU13超聲波液位計(jì)允許的最大電纜長度為1000英尺（300米） ，而且要求電纜必需全部屏蔽。 溫度補(bǔ)償：自動電子組件 工作溫度： F: 40186。超聲波液位傳感器是近年來普遍使用的一種工控液位傳感器，該液位計(jì)安裝簡單方便, 信號漂移較小， 故障率較低，運(yùn)行穩(wěn)定。驅(qū)動用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。(3)輸入現(xiàn)場狀態(tài)完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。(4)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒有真實(shí)的電流通過，但是為了方便，常用有電山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3流來形象的描述輸出線圈的動作條件。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個(gè)編程元件對應(yīng)有一個(gè)編號。掃描是一種形象化的術(shù)語，用來描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過程。(4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。表 濾池自控硬件設(shè)備清單序號123456789設(shè)備名稱P L CP L C 機(jī)架P L C 電源開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸出模塊模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊P L C 與 P C 通信模塊P C 機(jī)設(shè)備 型號 數(shù)量L O G I X 5 5 5 0 1 7 5 6 L 1 / A 91 7 S L O T S C H A S S I S 1 7 5 6 A 1 7 / B 9P O W E R M O D U L E ( A C ) 1 7 5 6 P A 7 5 / A 9D I M O D U L ED O M O D U L EA I M O D U L EA O M O D U L ER S 2 3 2L E N O V O奔月 2 0 0 0 P I I I / 8 6 611 7 5 6 I F 81 7 5 6 O F 6 C I1 7 5 6 I B 3 21 7 5 6 O B 1 6 E99999濾池設(shè)備中，用一臺 LOGIX 5550 作為主要的控制器，用于和各個(gè)現(xiàn)場 PLC 的通信，收集反沖洗水泵，鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備的開關(guān)量信號，協(xié)調(diào)各格濾池的反沖洗。而新方案中，閥門沒有到位，就不會送出標(biāo)識，故障的處理僅由濾池控制器單獨(dú)進(jìn)行。第一階段由濾池控制器控制，也是先關(guān)閉進(jìn)水閥，開足清水閥，液位降到設(shè)定的反沖洗水位后關(guān)閉出水閥，再打開排污閥，反沖水閥和反沖氣閥。這不但提高了工作程復(fù)雜程度，還很難保證遇到突發(fā)故障時(shí)的有效處理，整個(gè)溝通過程將會設(shè)計(jì)的很龐大、復(fù)雜。首先，不能有兩個(gè)濾池同時(shí)進(jìn)行反沖洗，一旦有兩個(gè)濾池的氣沖或水沖閥同時(shí)打開，沖洗就不能順利進(jìn)行。這樣一個(gè)繁瑣的過程，要由兩套控制器共同完成，一套(濾池控制器，即現(xiàn)場 PLC)控制閥門，另一套(反沖系統(tǒng)控制器，即主控 PLC)控制鼓風(fēng)機(jī)和水泵，它們之間的協(xié)調(diào)與溝通至關(guān)重要，需要約定一個(gè)可靠的溝通機(jī)制。具體過程是這樣的:得到信號開始反沖洗后，首先關(guān)閉進(jìn)水閥，并將清水閥開至最大，液位加速下降，濾池即將真正退出過濾。這樣就可以對連續(xù)兩次采樣的值作一個(gè)比較，判斷液位的升降。首先估算濾速，平均的濾速 V 可通過下式求得：V= 濾 格 面 積生 產(chǎn) 時(shí) 間 （ 秒 ）濾 池 個(gè) 數(shù) 生 產(chǎn) 量 ??以日產(chǎn)量為 144000 噸為例：V= =（米/秒）3624081假設(shè)這個(gè)速度是在閥門 90%開啟度的時(shí)候達(dá)到的，那么閥門每改變百分之一的開度，對濾速的影響為 厘米/秒。然而，僅僅縮短一次性動作時(shí)間仍然不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。下面談?wù)勅绾螌?shí)現(xiàn)。此方法非常容易實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)也非常突出:它的動作非常頻繁。這種控制實(shí)現(xiàn)簡單，效果很好，可以十分精確的控制液位。由()不難得到：U(K1)= KpE(K1)+Ki + Kd[E(K1)E(K2)] ()???10)(KjE 將式()與式 ()相減即可得到增量式算法： 計(jì)11△ U(K)=U(K)一 U(K1) =(Kp+Ki+Kd)E(K)( Kp+2Kd)E(K1)+ KdE(K2) () 增量式 PID 控制算法是對偏差增量進(jìn)行處理，然后輸出控制量的增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量。缺點(diǎn)是對干擾同樣敏感，使系統(tǒng)對干擾的抑制能力降低。從模擬 PID、數(shù)字 PID 到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、再發(fā)展到智能控制，每一步都使控制的性能得到了改善。PID 調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分和微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。⑨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。該軟件具有功能：①各模擬量和各開關(guān)量的數(shù)據(jù)采集。(4)每個(gè)濾池的反沖洗，均可在 2 種狀態(tài)下進(jìn)行：①自動反沖洗：② 半自動反沖洗。當(dāng)系統(tǒng)接收到手動的強(qiáng)制沖洗信號、水頭損失信號、定時(shí)沖洗信號中的任何一個(gè)指令時(shí)，進(jìn)行單格濾池反沖洗。更先進(jìn)一些的還可以直接根據(jù)濾池濾后出水的濁度決定是否反沖洗。為了降低控制器故障的風(fēng)險(xiǎn)性，可以采取主、從多個(gè)控制器共同工作的方式，這是濾池控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。氣沖閥：反沖洗時(shí)允許氣流對濾層進(jìn)行沖洗的閥門。由于本水廠濾池控制部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含恒水位過濾控制和自動反沖洗控制，而本濾池的自動反沖洗控制只需設(shè)計(jì)出氣、水的反沖洗過程便能夠達(dá)到控制要求，故本系統(tǒng)并未對濾池的表面掃洗技術(shù)進(jìn)行深入的研究與技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，從而在滿足系統(tǒng)功能的前提下避免了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 (2)氣泡在濾層中運(yùn)動產(chǎn)生混合后，可使濾料的顆粒不斷渦旋擴(kuò)散，促進(jìn)了濾層顆粒循環(huán)混合，由此得到一個(gè)級配較均勻的混合濾層，其孔隙率高于級配濾料的分級濾層，改善了過濾性能，從而提高了濾層的截污能力。90 年代以來，我國新建的大、中型凈水廠差不多都采用了 V 型濾池這種濾水工藝，特別是廣東省新建的凈水廠幾乎都采用了 V 型濾池 [5]。 由于 PLC 自動控制的靈活性，可在現(xiàn)場改變某些工藝參數(shù)和動作順序，增加系統(tǒng)的功能，并取代傳統(tǒng)的繼電器控制，使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)、可靠，提高了經(jīng)濟(jì)效益。本課題主要設(shè)計(jì)的是基于PLC控制的濾池恒水位過濾和自動反沖洗過程，主要內(nèi)容是首先在分析系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)的被控參數(shù)和控制參數(shù)，明確系統(tǒng)的總體控制方案，制定整體的工藝控制流程圖，進(jìn)而確定系統(tǒng)所需的硬件設(shè)備。對于眾多的中小水廠，經(jīng)濟(jì)條件有限，應(yīng)在堅(jiān)持國產(chǎn)化、實(shí)用化的原則下，著重發(fā)展那些對供水質(zhì)量、運(yùn)行費(fèi)用有重要影響的工藝環(huán)節(jié)（水廠濾池的過濾環(huán)節(jié)等）的自動監(jiān)控技術(shù)與設(shè)備，建立規(guī)模適宜、自動化水平相對較高、運(yùn)營成本較低的符合自身發(fā)展水平的自動監(jiān)控系統(tǒng)。我國自80年代中后期起，陸續(xù)有一些較大型的水廠利用外資建設(shè)，同時(shí)引進(jìn)了成套的水廠現(xiàn)代化監(jiān)控儀表與設(shè)備。(5)系統(tǒng)內(nèi)的配置和調(diào)整非常靈活。IPC+PLC系統(tǒng)是由工業(yè)計(jì)算機(jī)(IPC)和可編程序控制器(PLC)組成。每個(gè)環(huán)節(jié)根據(jù)自身的情況進(jìn)行工作，只能解決該環(huán)節(jié)局部的控制調(diào)節(jié)問題，環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)是難以自動實(shí)現(xiàn)的，需要人工加以干預(yù)。在各中小型水廠水質(zhì)生產(chǎn)過程中，濾池處理過程的有效控制是保證水廠出廠水水質(zhì)優(yōu)劣及生產(chǎn)效率高低的關(guān)鍵因素。再進(jìn)行沉淀，過濾。目前各個(gè)城市都已興建了自己的凈水廠，基本普及了自來水。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了硬件設(shè)備的選型，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)硬件配置圖、I/O 模塊接線圖，并編寫了實(shí)現(xiàn)控制算法的程序。 摘要供水是一個(gè)關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。關(guān)鍵詞：水廠濾池，恒水位 PID 控制，自動反沖洗，協(xié)調(diào)控制 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 ABSTRACT ABSTRACTWater supply is an important industry for the people39。而且，更加現(xiàn)代化的、大規(guī)模的新型水廠也在成批的建設(shè)中。消毒一般采用氯化法。在傳統(tǒng)的濾池生產(chǎn)中，一般依靠人工操作進(jìn)行生產(chǎn)，濾池正常的過濾時(shí)間以及濾池反沖洗各環(huán)節(jié)的時(shí)間和強(qiáng)弱都要依靠現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這屬于分散式控制。在國內(nèi)水廠自動化中得到最廣泛的應(yīng)用。(6)與工業(yè)現(xiàn)場信號直接相連，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。我國在水廠關(guān)鍵環(huán)節(jié)混凝投藥控制技術(shù)與設(shè)備方面實(shí)現(xiàn)了流動電流及透光率脈動兩種凝控制設(shè)備的國產(chǎn)化，并在水廠獲得推廣應(yīng)用，取得顯著效果，在此方面已居于國際領(lǐng)先水平。 研究內(nèi)容濾池自控技術(shù)是凈水處理的重要環(huán)節(jié)，如果控制不好，就不能達(dá)到預(yù) 4定的水質(zhì)要求。其次，根據(jù)所選擇的硬件設(shè)備，確定恒水位過濾過程中PID控制算法的實(shí)現(xiàn)和參數(shù)的整定。 計(jì)02 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)分析 V 型濾池工藝應(yīng)用及過程濾池有多種型式，以石英砂作為濾料的普通濾池使用歷史悠久。水廠生產(chǎn)的基本工藝可分為加藥、反應(yīng)、沉淀、過濾、消毒、儲存、送水等幾個(gè)相關(guān)過程。 (3)壓縮空氣的加入，氣泡在顆粒濾料中爆破，使得濾料顆粒間的碰撞磨擦加劇，在水沖洗時(shí)，對濾料顆粒表面的剪切作用也得以充分發(fā)揮，加強(qiáng)了水沖清污的效能。所謂濾池的正常過濾過程就是通過濾料層將待濾水去除雜質(zhì)顆粒、細(xì)菌的過程，其主要目的是使濾后水的渾濁度達(dá)到國家飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。水沖閥：反沖洗時(shí)允許清水對濾層進(jìn)行沖洗的閥門。濾池控制系統(tǒng)的控制任務(wù)就是控制過濾、反沖洗和兩者的交替，目的就是保證濾后水的濁度符合要求。本設(shè)計(jì)水廠濾池部分由 8 個(gè) V 型濾池組成，每個(gè)濾池的尺寸為6M6M6M，濾池的濾料采用單層 加厚均粒石英砂濾料。首先關(guān)閉進(jìn)水閥，濾池內(nèi)部的存留水經(jīng)出水閥繼續(xù)過濾排除，當(dāng)水位降至設(shè)定的反沖洗水位時(shí)（） ，關(guān)閉出水閥并打開排污閥，排污閥的信號到位后打開反沖氣閥，啟動風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣沖 6MIN，然后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉反沖氣閥。其中，半自動反沖洗為強(qiáng)制反沖洗，即用戶可以在任何時(shí)候進(jìn)行反沖洗。②數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，包括各濾池的水位，濾池運(yùn)行時(shí)間，濾池目前的運(yùn)行狀態(tài)，各濾池的出水閥的開度，濾后水流量，各閥門的工作狀態(tài)等。⑩濾池的自動，半自動選擇。在模擬系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律就是 PID 控制，在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，模擬量的 PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)是常見的一種控制方式，這是由于 PID 調(diào)節(jié)不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制可以取得比較令人滿意的效果，同時(shí) PID調(diào)節(jié)器又具有典型的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)被控對象的具體情況，采用各種 PID 計(jì)8的變種，有較強(qiáng)的靈活性和適用性。在現(xiàn)有的濾池控制系統(tǒng)方案中，PID 控制應(yīng)用最多，也最具代表性。根據(jù)被控對象的不同，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 PID 參數(shù)，可以獲得比較滿意的控制效果。增量式 PID 數(shù)字控制器不會出現(xiàn)飽和，而且當(dāng)計(jì)算機(jī)故障時(shí)能保持前一個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，因此增量式算法比位置式算法得到更廣泛的應(yīng)用 [7]。P L C調(diào)節(jié)閥 液位A / D圖 濾池液位控制框圖但是在凈水廠濾池中，對液位的精度要求不高，無需將液位穩(wěn)定在一指定高度，只要保持在一個(gè)較寬松的范圍內(nèi)即可。系統(tǒng)中的運(yùn)動部件，如閥桿、閥芯和閥座等會經(jīng)常摩擦，很容易損壞。實(shí)際上開關(guān)閥的開與關(guān)不是瞬時(shí)完成的，而是有一個(gè)動作時(shí)間。液位的滯后性較強(qiáng)，PLC 在檢測到其改變(由低于設(shè)定變?yōu)楦哂谠O(shè)定，或反之)前，會不斷發(fā)出閥門動作信號，直至動作到底。由于事實(shí)上不斷地有水流入濾池，實(shí)際的液位下降速度要比 厘米/秒慢很多，所以采樣的間隔可以設(shè)的比較長，達(dá)到十幾秒鐘。之后再結(jié)合液位情況，確定閥門是否動作。液位降至設(shè)定的反沖洗水位時(shí)，關(guān)閉出水閥，打開排污閥，待排污閥信號到位后準(zhǔn)備開始反沖洗。基本上，這個(gè)機(jī)制就是一系列的標(biāo)識，用來向其它控制器表明自己當(dāng)前的狀態(tài)。 計(jì)16 正常過濾關(guān)進(jìn)水閥關(guān)出水閥 、 開排污閥開反沖氣閥 、 開鼓風(fēng)機(jī)關(guān)鼓風(fēng)機(jī) 、 關(guān)反沖氣閥開反沖水閥 、 開反沖水泵關(guān)反沖水閥 、 停水泵關(guān)排污閥 、 開進(jìn)水閥圖 調(diào)整前的反沖洗過程因此，要建立一個(gè)標(biāo)識，表明有濾池在反沖洗，其