【正文】 否否否否否堿泵風(fēng)機(jī)運(yùn)行？漏氯信號消除？延時(shí)吸氯時(shí)間到？開始 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，如果堿泵、則判斷吸氯裝置故障，應(yīng)立刻進(jìn)行故障處理。將經(jīng)過處理存放在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。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。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)測點(diǎn)余氯值反饋，通過PID運(yùn)算得出控制值控制各自加氯機(jī)的開度，使實(shí)際余氯值向給定值逼近。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程變量的變化【8】。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)。 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】。 （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、三端雙向可控硅開關(guān)元件輸出、晶體管輸出等。 （2) I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。 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件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量的儀表。加氯工藝流程圖如圖12所示：生產(chǎn)參數(shù)檢測加氯機(jī)開度控制氣壓達(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題 為人工控制投加氯氣方式如圖13所示。混合程度受本身的余氯含量、水的流速等因素的影響，另外，對于不同的季節(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。以下重點(diǎn)從機(jī)理上分析余氯在這幾個(gè)過程中的變化規(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。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)控制量來控制加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥開度 ，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)。并且利用STEP7編程軟件對自動(dòng)加氯程序進(jìn)行了梯形圖的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對加氯系統(tǒng)的自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)水處理過程中的無人化與智能化。為了改善出廠水水質(zhì)，許多水廠在常規(guī)處理工藝中加大了氯的投加量，增加了出廠水中有害化學(xué)物質(zhì)的含量。為了殺滅原水中的藻類，前加氯要在原水進(jìn)入沉淀池之前進(jìn)行，以防止其在沉淀池或?yàn)V池中滋生繁殖。折點(diǎn)加氯是當(dāng)水中含較多氨氮時(shí)，若氯氣投加量低于一定量時(shí)，有效氯與氨氮只會(huì)發(fā)生式2和式3的兩個(gè)反應(yīng)。由于種種因素的影響，氯氣投加在一般的水廠中都是最難控制的一個(gè)環(huán)節(jié)。流量某些時(shí)候波動(dòng)很大，如果僅僅按照出口余氯情況頻繁調(diào)整氯氣投加量，反而會(huì)加劇出口余氯值的震蕩。當(dāng)氯氣泄漏到空氣中的濃度超過儀器報(bào)警設(shè)定值時(shí)，儀器將自動(dòng)報(bào)警并輸出控制信號，啟動(dòng)安全保護(hù)設(shè)備，改善現(xiàn)場環(huán)境。 （4）底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。因此，綜合整體要求，本系統(tǒng)選取西門子S7200PLC來完成水處理過程中的自動(dòng)加氯。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。由于PID方程計(jì)算出的修正量是一個(gè)累加值，其超越流量比例控制賦予調(diào)節(jié)閥的初始閥門開度值，為達(dá)到余氯設(shè)定點(diǎn)，具有驅(qū)使電動(dòng)閥全開或全閉的能力【9】。將VD54內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為外設(shè)能識別的整數(shù)，并將其傳送至AQW0中控制1閥開度【13】。將VW86中的整數(shù)傳送給模擬量輸出模塊AQW2，進(jìn)行對2加氯機(jī)控制）出水廠投氯PID調(diào)節(jié)定義PID參數(shù)（程序說明：此定義是根據(jù)西門子S7200自帶PID控制指令的規(guī)則執(zhí)行的。并在切換過程中對電動(dòng)球閥開關(guān)故障自動(dòng)檢測和報(bào)警【18】。 今后的研究方向氯氣投加作為水處理過程中的重要過程，隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，對氯氣投加系統(tǒng)的更新與完善變得越來越重要。您可以選擇： 單極性（可編輯，默認(rèn)范圍 0 至 32000） 雙極性（可編輯，默認(rèn)范圍 32000 至 32000） 20% 偏移量（設(shè)置范圍 6400 至 32000，不可變更）注意：環(huán)路設(shè)定值(SP)的下限必須對應(yīng)于過程變量(PV)的下限，環(huán)路設(shè)定值的上限必須對應(yīng)于過程變量的上限，以便PID算法能正確按比例縮放。由向?qū)Ы⒌淖映绦蚝椭袛喑绦虺蔀轫?xiàng)目的一部分。s structure and parameters must according to experience and missioning, when applied to determine the most convenient PID control technology. That is when we don39。步驟 6 指定子程序和中斷程序 注釋：如果項(xiàng)目包含一個(gè)激活 PID 配置，已經(jīng)建立的中斷程序名被設(shè)為只讀。為“范圍低限”和“范圍高限”選擇任何實(shí)數(shù)。并分析了人工加氯的不足以及自動(dòng)加氯系統(tǒng)的重要性。將VD92內(nèi)的雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)并傳給VW96。給定與控制輸出的有效值。將VW10內(nèi)整數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)，供接下來的實(shí)數(shù)計(jì)算用，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存到VD50中。比例系數(shù)Kf的設(shè)定根據(jù)前加氯量（需氯量）的多少而定。每次MIn計(jì)算后，根據(jù)MIn的數(shù)值更新偏差，該數(shù)值可能被調(diào)節(jié)或截取。PID控制器具有以下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。在選型時(shí)，首先確定系統(tǒng)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及是模擬量還是數(shù)字量。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。 余氯分析儀 余氯分析儀，采用類似于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的滴定法，精確的測量水中的余氯值,這種方法成為余氯控制或監(jiān)控系統(tǒng)中的最佳選擇。 圖13 原人工加氯控制框圖 對于氯氣投加這樣一個(gè)復(fù)雜過程而言，僅僅依靠人工經(jīng)驗(yàn)是很難取得良好的控制效果的。另外，整個(gè)加氯環(huán)節(jié)受到眾多因素的干擾，其主要的幾種因素的特點(diǎn)及其影響如表11： 表11 各因素對加氯系統(tǒng)的影響因素對加氯的影響程度變化規(guī)律相關(guān)檢測儀表加氯量大可控量有清水池進(jìn)水量大由濾池人工控制，變化較頻繁，無規(guī)律無水中氨氮含量大平時(shí)含量少且穩(wěn)定，遇暴雨，上游污染等情況會(huì)突變無清水池出水量中等有自來水公司統(tǒng)一調(diào)度，不經(jīng)常變化且水量穩(wěn)定有清水池水位偏小變化較頻繁，但一般在一個(gè)范圍內(nèi)，且不會(huì)突變有溫度 濁度 PH值等小一般情況下變化不大無 從表1中可以知道，加氯系統(tǒng)最主要的影響因素是加氯量、清水池進(jìn)水量、水中氨氮含量、清水池出水量，而其他因素相對來說影響比較小。 氯氣與水中雜質(zhì)反應(yīng) 實(shí)際的原水中由于水源的原因，總是不可避免的存在其他雜質(zhì)，有效氯會(huì)因?yàn)榕c雜質(zhì)的反應(yīng)而大量減少。消毒的方法有很多，基本上分為物理、化學(xué)兩大類。 PLC ladder diagram。 PID control 目 錄第一章 水廠加氯系統(tǒng)的工藝原理 1 1 余氯變化規(guī)律 2 氯氣水解規(guī)律 2 氯氣與水中雜質(zhì)反應(yīng) 2 折點(diǎn)加氯 3 氯在清水池中的停留過程 3 氯氣投加過程的影響因素 3 工藝控制要求 4 人工投加方式及其中存在的問題 5第二章 水廠加氯系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 水廠加氯系統(tǒng)硬件構(gòu)成 7 加氯機(jī) 7 差壓式流量計(jì) 7 余氯分析儀 7 漏氯報(bào)警儀 7 漏氯中和裝置 8 PLC的配置與選型 8 PLC的配置 8 PLC的選型 9 PLC的輸入與輸出 10 自動(dòng)加氯系統(tǒng)電氣原理圖 11第三章 水廠加氯系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 PID算法 14 PID算法在自動(dòng)加氯系統(tǒng)中的運(yùn)用 17 PID指令及回路表 17 自動(dòng)加氯軟件設(shè)計(jì) 19 自動(dòng)加氯程序流程 19 自動(dòng)加氯程序梯形圖及程序說明 19 氣源切換軟件設(shè)計(jì) 27 氣源切換程序流程 27 氣源切換程序 28 漏氯報(bào)警軟件設(shè)計(jì) 29 漏氯報(bào)警程序梯形圖 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 在我國目前給水行業(yè)中，對自來水處理一般采用氯氣消毒。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。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)過幾個(gè)小時(shí)，也就是說該反應(yīng)會(huì)一直在清水池中持續(xù)進(jìn)行，相當(dāng)于對余氯的“二次干擾”。要實(shí)現(xiàn)氯氣投加過程的自動(dòng)控制，對于其中影響氯氣投加過程較大、變化較快的因素必須要有相應(yīng)的設(shè)備檢測。人工加氯主要存在以下不足之處： (1)人工投加過程存在很大的滯后，系統(tǒng)響應(yīng)慢，容易產(chǎn)生震蕩。余氯值會(huì)即時(shí)被讀出而不再需要取樣和等待的過程，使得在控制系統(tǒng)中的延遲時(shí)間最短。 （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。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。 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。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。比例系數(shù)Kf的設(shè)定值可通過在上位監(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】。將VD50內(nèi)這一整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，并將其存入VD50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)。VW96中的整數(shù)傳送給模擬量輸出模塊AQW3，進(jìn)行對3加氯機(jī)控制）自動(dòng)加氯的實(shí)現(xiàn)是通過PLC對調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的。本文介紹的自動(dòng)加氯系統(tǒng)是基于西門子S7200系列PLC的控制系統(tǒng)。默認(rèn)值是 和 之間的一個(gè)實(shí)數(shù)。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。t fully understand a system and controlled object, or can39。 步驟 7 生成 PID 代碼 回答這些詢問后，點(diǎn)擊“完成”，S7200 指令向?qū)槟付ǖ呐渲蒙沙绦虼a和數(shù)據(jù)塊代碼。 （PV）應(yīng)當(dāng)如何標(biāo)定。在控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)應(yīng)用PID算法對加氯機(jī)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行開度控制從而達(dá)到控制目的，并且利用STEP7編程軟件對PLC進(jìn)行了編程，同時(shí)由于條件限制沒有考慮工廠實(shí)際環(huán)境諸多因素的干擾，僅從最主要的因素入手，達(dá)到了最基本的控制要求，基本實(shí)現(xiàn)了對加氯系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 氣源切換軟件設(shè)計(jì) 氣源切換程序流程 圖35 氣源自動(dòng)切換程序流程圖 當(dāng)工作氣源發(fā)出空瓶報(bào)警信號(由電子秤或瓶內(nèi)壓力形成信號)時(shí)，PIC自動(dòng)關(guān)閉該組氣源的出氣電動(dòng)閥，再打開另一組備用氣源的出氣電動(dòng)閥，完成從空瓶 到滿瓶的切換，以保證氯氣的連續(xù)供應(yīng)。將VD82內(nèi)的雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)并傳給VW86。將VD54內(nèi)的實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙整數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存回VD54中。余氯分析儀的余氯信號經(jīng)PLC作為一個(gè)過程變量輸入控制器，控制器通過比較過程變量與余氯設(shè)定值產(chǎn)生的誤差，由PID方程計(jì)算出其輸出量，即修正量，每經(jīng)過一個(gè)滯后時(shí)間周期，從流量比例控制賦予調(diào)節(jié)閥的初始開度開始，逐步對其進(jìn)行修正，直到余氯達(dá)到期望值。 （3）微分項(xiàng)微分環(huán)節(jié):阻止偏差的變化，根據(jù)偏差的變化速率作出控制，偏差變的越快，微分控制器輸出越大，并能在偏差值變大之前進(jìn)行修正。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。在選擇機(jī)型時(shí)，要注意指令系統(tǒng)的總語句數(shù)、指令系統(tǒng)的種類、指令系統(tǒng)的表達(dá)方式[4]。電源輸入類型有：交流