【正文】 液位計(jì)紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接 PLC 輸入信號(hào) +端，然后將電源 1228 VDC―端和 PLC 信號(hào)輸入負(fù)端連接。 （ 5）防浪涌電壓和反向極性保護(hù)。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。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化會(huì)形成振動(dòng)和噪聲，縮短閥門的使用壽命，因此在選擇閥門時(shí)應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。蝶閥啟閉件是一個(gè)圓盤形的蝶板，在閥體內(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)的目的。并且可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置流速，更具有人性化、自動(dòng)化。連接圖如圖 43 所示。將正常的恒水位過濾過程采用梯形圖的主程序來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)主程序的邏輯判斷來調(diào)用氣水反沖洗過程的子程序。 PLC 的 CPU 模塊負(fù)責(zé) PLC 的數(shù)據(jù)處理和通信，模擬量輸入模塊將來自傳感器的檢測(cè)信號(hào)傳入 PLC，模擬 量輸出模塊負(fù)責(zé)對(duì)調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行控制。蝶閥和蝶桿本身沒有自鎖能力 ，為了蝶板的定位，要在閥桿上加裝蝸輪減速器。出水閥因涉及到恒水位過濾的精確的控制，故選用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，除此之外的各個(gè)閥門都選用電磁閥。 調(diào)節(jié)閥的閥體種類很多，目前市場(chǎng)上主要類型有：直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。 JYBKO 經(jīng)濟(jì)型密封壓力變送器的主要技術(shù)參數(shù)有： 量程 0～ 1MPa～ 5MPa 輸出 4～ 20mA 供電 DC 24V 10V～32V） 測(cè)量精度 177。市場(chǎng)上的壓力變送器的類型主要有： 3351 壓力變送器、陶瓷電容壓力變送器、藍(lán)寶石壓力變送器、陶瓷壓阻壓力變送器、擴(kuò)散硅壓力變送器。 I/O 模塊的基本參數(shù)配置 濾池控制系統(tǒng)輸入輸出模塊的基本參數(shù)配置如下表所示： 表 42 模 擬量模塊輸入輸出參數(shù)表 . Number of Inputs Number of Outputs Resoloution Sensors Supported 1756R4011 8 singleded,4 differential,2 highspeed differential ― 16 bits 177。一般是從用戶出現(xiàn)存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來的控制命令，每個(gè)掃描周期都要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。 PLC 的編程語言 PLC 是專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制裝置，其主要使用對(duì)象是廣大電氣技術(shù)人員及操作維護(hù)人員。 （ 4）體積小、耗電少、價(jià)格便宜、維護(hù)方便。 PLC 的概述 PLC 的定義 可編程序控制器 Programmable Logic Controller 簡(jiǎn)稱 PLC，國(guó)際電工委員會(huì)對(duì) PLC 的規(guī)定是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。濾池控制器關(guān)閉反沖氣閥、反沖水閥、排污閥，再打開進(jìn)水閥，液位接近過濾恒水位時(shí)，開出水閥，進(jìn)入正常的過濾工序。是設(shè)計(jì)的工作量縮小了很多。但是這種方法如果不對(duì)反沖洗的過程做一些調(diào)整和變化的話，會(huì)顯得很繁瑣復(fù)雜，并且不易實(shí)現(xiàn)。一般的通訊機(jī)制都要求接收方返回一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，用來表明正確收到被發(fā)送信號(hào)，以防止信號(hào)在傳送過程中丟失。反沖洗過程一般包括兩個(gè)過程：氣沖、水沖。具體實(shí)現(xiàn)是一次采樣后，將該值備份， 使其不會(huì)在下次采樣時(shí)被更新。具體兩個(gè)時(shí)間如何確定，可以先估算，再具體調(diào)試。這樣一來， PLC 就可以通過控制動(dòng)作信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，控制閥門的動(dòng)作時(shí)間了。 這就是雙位調(diào)節(jié)導(dǎo)致閥門頻繁開關(guān)的原因。所以，可以對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的 PID 計(jì)算結(jié)果，對(duì)開關(guān)閥無效。 數(shù)字 PID控制器的算法通?？梢苑譃槲恢檬?PID控制算法和增量式 PID控制算法，因?yàn)槲恢檬剿惴▽?duì)偏差進(jìn)行累加，然后給出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置控制量。 式 也可寫成： U t Kpe t +Ki∫ to e ?） d?+Kd （ ） 式中， Kp 為比例系數(shù)； Ki 為積分系數(shù)， Ki Kp/Ti。 整個(gè)濾池的運(yùn)行可在以下二種方式下工作： 1 半自動(dòng)控制； 2 PLC 自動(dòng)控制； 3 上位機(jī)遠(yuǎn)程控制。在控制單元內(nèi)， PLC 站實(shí)現(xiàn)對(duì)該單元內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)控制。 2CM 的范圍內(nèi)，當(dāng)濾池的運(yùn)行滿足了反沖洗的條件（運(yùn)行周期到、水頭信號(hào)或強(qiáng)沖信號(hào)）時(shí)，需要進(jìn)行反沖洗，以去除濾料層的雜質(zhì)。 在水廠流量的各種變化中，限制人為的加入。當(dāng)過濾進(jìn)行一段時(shí)間后，濾料吸收的懸濁物積累到一定數(shù)量，對(duì)濾后水濁度的穩(wěn)定有不利影響，需要進(jìn)行反沖洗。在濾池實(shí)際反沖洗時(shí)，我們觀察到：當(dāng)反沖時(shí)間約 5 分鐘時(shí)的濾層污物剝落高達(dá) 95%以上，因此 V 型濾池的反沖洗效果是肯定的。 對(duì)于濾速在 7～ 20m/h 之間的濾池，其濾層高度在 ～ 之間選用，對(duì)于更高的濾速還可相應(yīng)增加。 （ 2）反沖洗過程： 所謂 濾池的反沖洗過程，就是先后運(yùn)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。 V 型濾池采用了較粗、較厚的均勻顆粒的石英砂濾層；采用了不使濾層膨脹的氣、水同時(shí)反沖洗兼有待濾水的表面掃洗；采用了氣墊分布空氣和專用的長(zhǎng)柄濾頭進(jìn)行氣、水分配等工藝。當(dāng)來自過程的電視運(yùn)行圖像給出了過程概貌的直接視覺反饋，可以監(jiān)視諸如高壓設(shè)別內(nèi)泄漏電流（電暈放電）等。而 ProfibusDP 則在歐洲用的比較普遍，針對(duì)過程自動(dòng)化， ProfibusPA 和 foundation Fieldbus 及 Interbuss 等。 IPC+PLC 組成的控制系統(tǒng)滿足了實(shí)踐的需要，但是隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步 ，國(guó)際之間的交流，技術(shù)的引進(jìn)，會(huì)有更好的控制系統(tǒng)來適應(yīng)濾池控制系統(tǒng)的需求。在這種控制系統(tǒng)中，集中檢測(cè)、控制運(yùn)算工作量大，要求計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，有很高的可靠性。 2．控制系統(tǒng)易操作，容易檢修，本身具有的自診斷功能也對(duì)維修人員的維修技能的要求降低，使得維護(hù)方便。 本文依據(jù)水廠濾池的現(xiàn)狀和要求，并根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)出了基于PLC 的濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)濾池正常工作時(shí)，濾池的水位應(yīng)處于恒水位，本文設(shè)計(jì)出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 important point, water supply that not only meets industrial water, and also to meet the water for living, agricultural water and so on, of which the most important is the water for living, each city medium small waterworks is the direct source of the life in the water, water quality term of not only affects the quality of the water, the more relationship to people39。 在設(shè)計(jì)之初，從網(wǎng)絡(luò)上查閱了當(dāng)前水廠濾池普遍采用的過濾方法，以及存在的不足，但是每一種方法都不是十全十美的，只有通過不斷的改進(jìn)，才能逐步達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。 濾池是水廠常規(guī)處理凈水構(gòu)筑物的最后一道工序，濾池運(yùn)行得好壞直接影響到水廠的出水水質(zhì)。但是很多快濾池在運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)過濾層含泥量增大，在反沖洗強(qiáng)度設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)不能達(dá)到預(yù)期的反沖洗效果，并且沖洗歷時(shí)延長(zhǎng)，產(chǎn)水量下降，嚴(yán)重阻礙了快濾池的正常運(yùn)行。 5．有利于整個(gè)濾池控制系統(tǒng)的靈活運(yùn)行，提高了濾池的效率。 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。 發(fā)展趨勢(shì) 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、 PLC 技術(shù)、新器件、新方法的促進(jìn)水廠濾池控制系統(tǒng)技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域也出現(xiàn)了許多新的發(fā)展。這就使得一些中小企業(yè)在選擇控制設(shè)備時(shí)往往感到為難?？梢灶A(yù)計(jì)，多媒體技術(shù)引入控制領(lǐng)域?qū)?huì)給該領(lǐng)域帶來一種全新的變化。 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(chǔ)存、送水等幾個(gè)相關(guān)過程。反沖洗過程常采用“氣沖→氣水同時(shí)反沖→水沖”三步。 反沖洗一般采用氣沖、氣水同時(shí)反沖和水沖三個(gè)過程，反沖洗效果好，大大節(jié)省反沖洗水量和電耗。養(yǎng)活沖洗水量是原水表面清掃的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)，事實(shí)上，它還起到了在一個(gè)濾池反沖洗時(shí)防止其它濾池在最大輸出負(fù)荷下運(yùn)行的作用。反沖洗的啟動(dòng)有兩種方法 :人為命令和控制器依 條件判斷是否啟動(dòng)。常見濾池閥門有：反沖洗閥、氣閥、清水閥、排水閥。 在中控室設(shè)置主控 PLC，其主要功能是負(fù)責(zé)各現(xiàn)場(chǎng)的 PLC 通信，數(shù)據(jù)的傳送，收集反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)等反沖洗設(shè)備的信號(hào)，協(xié)調(diào)各個(gè)濾池的反沖洗順序，確保濾池的反沖洗過程正常有序的。 （ 1）中央控制室站點(diǎn)：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度，同時(shí)留有四遙（遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控）系統(tǒng)接口，與上層管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。模擬 PID 控制器的原理框圖如圖 32 所示： 圖 32 模擬 PID 控制器原理框圖 圖中 r t 為系統(tǒng)的給定值， c t 為實(shí)際輸出值， u t 為控制量。 積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti, Ti 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 由 不難得到： U K1 KpE K1 +Ki+ Kd[E K1 E K2 ] 將式 與式 相減即可得到增量式算法： 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(duì)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。雙液位控制方法簡(jiǎn)單以實(shí)現(xiàn)，但是其也存在著許多缺點(diǎn)：它的動(dòng)作頻率很頻繁，系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件，如閥桿、閥芯和閥座等會(huì)經(jīng)常摩擦，很容易損壞。如果對(duì)這個(gè)動(dòng)作時(shí)間做出限制，就可以對(duì)閥門開度進(jìn)行控制。情況跟先前并沒什么不同，只是由一次動(dòng)作變?yōu)槎啻蝿?dòng)作了，頻繁性沒有得到根本的改變。閥門的動(dòng)作時(shí)間也不必很長(zhǎng)，有整個(gè)開啟 或關(guān)閉 時(shí)間的5%即可。比如：液位高于設(shè)定值，而正處于下降狀態(tài)，則閥門不動(dòng)作。打開反沖水閥，開啟反沖水泵，水洗 6 分鐘，完成后關(guān)閉反沖水閥，停水泵，關(guān)閉排污閥 。故在此也要建立一個(gè)通信機(jī)制，用來實(shí)現(xiàn)當(dāng)有一個(gè)濾池 正在進(jìn)行反沖洗時(shí)，其它濾池不能進(jìn)行反沖洗，以阻止濾池控制器控制濾池進(jìn)入反沖洗狀態(tài)。而且當(dāng)系統(tǒng)中多于兩臺(tái)控制器時(shí)，通信機(jī)制的個(gè)數(shù)又會(huì)成倍增加，尤其是在大系統(tǒng)中的應(yīng)用時(shí)，如此數(shù)量龐大的通信機(jī)制使溝通的編程實(shí)現(xiàn)變得十分困難。 圖 36 調(diào)整后的反沖洗過程 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。每個(gè)濾池控制器的機(jī)制都可以與此反沖控制器進(jìn)行溝通。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)短有關(guān)。 （ 7）擴(kuò)展方便、通用性好，接線簡(jiǎn)單，通過選配相應(yīng)的模塊便可適用于各種控制系統(tǒng)。 梯形圖中的各元素是按自上而下，從左到右的順序進(jìn)行排列，最左邊的豎線稱為起始母線，也稱左母線，其中的各觸點(diǎn)是根據(jù)一定的控制要求進(jìn)行連接，最后以繼電器線圈結(jié)束。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(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命 令。 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。所以在工廠應(yīng)用也比較廣泛，故本設(shè)計(jì)采用北京科思佳科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 KS612810 超聲波液位傳感器，該產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)如下： 測(cè)量范圍： 2m, 3m, 4m, 5 m, 6m, 7m， 8m, 10m, 12m,15m, 20m 頻 率： 100KHZ20KHZ 分 辨率： 顯 示： 4 位 LED 輸出信號(hào)： 1 4― 20MA 2 RS23 RS485 3 上、下限兩點(diǎn)報(bào)警；觸點(diǎn) 容量： 220VAC/50mA 計(jì)測(cè)對(duì)象： 液體、固體 防護(hù)等級(jí)： IP66 本安型設(shè)計(jì) 計(jì)測(cè)角度： 12－ 15176。 （ 2）精巧的結(jié)構(gòu)，全不銹鋼激光焊接結(jié)構(gòu)。 1％ F?S（ 0～ 60℃） 工作溫度 － 20℃～ 85℃ 溫 度 補(bǔ) 償 范 圍 0℃～ 60℃ 負(fù)載能力 ≤ Vdd－ 10V x40Ω Vdd:供電電壓 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 177。 3 耐腐蝕 由于介質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單閥門。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測(cè)量和控制等。該電動(dòng)蝶閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、材料耗用省、安裝尺寸小、開關(guān)迅速、 90 度往復(fù)回轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)力矩小等優(yōu)點(diǎn)。 圖 42 系統(tǒng)硬件配置圖 系統(tǒng)的 I/O 配置設(shè)計(jì) 每個(gè)濾池都有一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，每個(gè)濾池的自控部分的實(shí)現(xiàn)需要數(shù)字量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn) 6 個(gè)，模擬量輸入點(diǎn) 2 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1