【導(dǎo)讀】基于PLC的水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文。水是生命之源,供水自然關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要地步,供水不僅要滿足工。業(yè)用水,還要滿足生活用水,農(nóng)業(yè)用水等等,其中最為重要的是生活用水,各城市。的大中小水廠是生活用水的直接來(lái)源,水廠濾池的好壞不僅影響出水的質(zhì)量,更。關(guān)系到人民的生命安全,所以水廠濾池在供水中起到很重要的作用,以前的水廠。濾池大都使用人工控制,不僅費(fèi)力,而且勞動(dòng)強(qiáng)度大,勞動(dòng)效率低,出水的質(zhì)量也。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(guò)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(guò)不斷的改進(jìn),才能逐步達(dá)。出了基于PLC的水廠濾池控制系統(tǒng),并且在濾池正常過(guò)濾的過(guò)程中,為了實(shí)現(xiàn)恒。收到反沖洗信號(hào)時(shí),本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上就主控PLC如何更好的與現(xiàn)場(chǎng)PLC協(xié)調(diào)控制。濾池的反沖洗方案進(jìn)行了對(duì)比并且做了優(yōu)化,增強(qiáng)了控制思路的清晰性,達(dá)到了。預(yù)期的控制效果。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。

　　

【正文】 采用雙液位控制是最簡(jiǎn)單的 ,所謂雙液位控制就是當(dāng)濾池液位高于設(shè)定時(shí) ,閥門打開(kāi) ,液位低于設(shè)定時(shí) ,閥門關(guān)閉。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。這一點(diǎn)在實(shí)際工程中非常重要 ,許多場(chǎng)合都必須 刻意避免閥門頻繁動(dòng)作。所以 ,該方法不能直接使用。 雙位調(diào)節(jié)可以看作是一個(gè)極端的比例系數(shù)很大的比例控制 ,對(duì)任何一個(gè)偏差 ,不論大小 ,都會(huì)產(chǎn)生飽和滿載的輸出。根據(jù)比例環(huán)節(jié)比例系數(shù)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響 ,當(dāng)比例系數(shù)增大時(shí) ,會(huì)產(chǎn)生如下變化 : 1 振蕩傾向加強(qiáng) ,穩(wěn)定程度下降 。 2 工作頻率增大 ,工作周期縮短。 這就是雙位調(diào)節(jié)導(dǎo)致閥門頻繁開(kāi)關(guān)的原因。如果減小這個(gè)所謂的比例系數(shù) ,就可以減小閥門動(dòng)作頻率 ,并增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。 實(shí)際上開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)與關(guān)不是瞬時(shí)完成的 ,而是有一個(gè)動(dòng)作時(shí)間。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(kāi)度進(jìn)行控制。這首先要求電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變。一般的開(kāi)關(guān)閥 ,執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由連鎖的 ,只要?jiǎng)幼餍盘?hào)一給出 ,不管是否保持 ,閥門都要持續(xù)動(dòng)作到底關(guān)死或開(kāi)足 ,不會(huì)中途停止。也就是說(shuō) ,閥門每次的動(dòng)作時(shí)間都是相同的 ,不可更改。所以 ,要控制動(dòng)作時(shí)間 ,在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中就不能有連鎖。這樣一來(lái) ,PLC 就可以通過(guò)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。 然而 ,僅僅縮短一次性動(dòng)作時(shí)間仍然不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。液位的滯后性較強(qiáng) ,PLC 在檢測(cè)到其改變由低于設(shè)定變?yōu)楦哂谠O(shè)定 ,或反之前 ,會(huì)不斷發(fā)出閥門動(dòng)作信號(hào) ,直至動(dòng)作到底。情況跟先前并沒(méi)什 么不同 ,只是由一次動(dòng)作變?yōu)槎啻蝿?dòng)作了 ,頻繁性沒(méi)有得到根本的改變。單純的比例控制在對(duì)付滯后系統(tǒng)時(shí)確實(shí)很困難。參考常被應(yīng)用在較強(qiáng)的滯后系統(tǒng)中的采樣 PID,它通過(guò)延長(zhǎng)反饋信號(hào)的采樣周期 ,延緩 PID 輸出的更新頻率 ,以適應(yīng)系統(tǒng)的滯后性。采樣周期和動(dòng)作時(shí)間的結(jié)合 ,極大的降低了閥門的動(dòng)作頻率 ,系統(tǒng)也更加穩(wěn)定了。 這樣 ,對(duì)雙位調(diào)節(jié)增加兩個(gè)時(shí)間控制 ,實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)閥對(duì)液位的調(diào)節(jié)。具體兩個(gè)時(shí)間如何確定 ,可以先估算 ,再具體調(diào)試。首先估算濾速 ,平均的濾速 V 可通過(guò)下式求得 : V 假設(shè)以日產(chǎn) 202000 噸為例計(jì)算 : 錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 假設(shè)這個(gè)速度是在閥門 90%開(kāi)啟度的時(shí)候達(dá)到的 ,那么閥門每改變百分之一的開(kāi)度 ,對(duì)濾速的影響為 厘米 /秒。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(zhǎng) ,達(dá)到十幾秒鐘。閥門的動(dòng)作時(shí)間也不必很長(zhǎng) ,有整個(gè)開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)間的 5%即可。在本例中 ,最終的取值是這樣的 :采樣間隔 15秒 ,一次動(dòng)作時(shí)間 1秒由全開(kāi)至全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為 18 秒。 至此 ,液位控制己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) ,但仍然可以進(jìn)一步優(yōu)化該控制 ,繼續(xù)減低閥門的動(dòng)作頻率。當(dāng)液位變化的趨勢(shì)上升或下降與控制 預(yù)期相同時(shí) ,閥門的動(dòng)作是非必要的 ,可以免除 ,當(dāng)趨勢(shì)與預(yù)期不同時(shí) ,才需要閥門動(dòng)作進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以 ,如果能夠判斷液位的變化趨勢(shì) ,就可以進(jìn)一步減少閥門動(dòng)作。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。這樣就可以對(duì)連續(xù)兩次采樣的值作一個(gè)比較 ,判斷液位的升降。之后再結(jié)合液位情況 ,確定閥門是否動(dòng)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(dòng)作。相應(yīng)的 ,液位低于設(shè)定而正在上升 ,閥門也不動(dòng)作。故出水閥的液位控制流程圖可以簡(jiǎn)化成下圖 : 圖 34 出水閥的液位控制流程圖 現(xiàn)場(chǎng)控制器與反沖洗 控制器的鏈接 在濾池的反沖洗過(guò)程中 ,需要開(kāi)關(guān)一系列的閥門 ,這就需要控制濾池的現(xiàn)場(chǎng)控制器與反沖洗控制器之間有很好的鏈接協(xié)調(diào)的關(guān)系 ,具體閥門的開(kāi)關(guān)過(guò)程為 :在正常過(guò)濾的過(guò)程中 ,進(jìn)水閥和出水閥應(yīng)該打開(kāi) ,反沖氣閥、反沖水閥和排污閥則應(yīng)關(guān)閉。在反沖洗過(guò)程中 ,進(jìn)水閥和出水閥應(yīng)關(guān)閉 ,氣沖閥、水沖閥、排污閥打開(kāi)。具體的閥門開(kāi)關(guān)順序應(yīng)為 :在濾池控制器得到反沖洗信號(hào)后 ,首先關(guān)閉進(jìn)水閥 ,并將清水閥開(kāi)至最大 ,當(dāng)液位下降至最低限制液位時(shí) ,濾池退出正常的過(guò)濾過(guò)程 ,進(jìn)入反沖洗過(guò)程 ,此時(shí) ,出水閥關(guān)閉 ,排污閥打開(kāi) ,待排污閥信號(hào)到位后準(zhǔn)備 開(kāi)始反沖洗。反沖洗過(guò)程一般包括兩個(gè)過(guò)程 :氣沖、水沖。先開(kāi)反沖氣閥、鼓風(fēng)機(jī) ,氣沖開(kāi)始。 6 分鐘后 ,關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)、反沖氣閥。打開(kāi)反沖水閥 ,開(kāi)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。最后 ,打開(kāi)進(jìn)水閥 ,等液位升到接近恒水位時(shí) ,濾池反沖洗正式結(jié)束 ,打開(kāi)清水閥 ,系統(tǒng)進(jìn)入正常的過(guò)濾程序。整個(gè)過(guò)程用簡(jiǎn)化圖表示 ,如圖 35 所示 圖 35 調(diào)整前的反沖洗過(guò)程 在這樣一個(gè)看似很簡(jiǎn)單其實(shí)很繁瑣 的過(guò)程中 ,需要濾池控制器和反沖洗控制器之間有很好的協(xié)調(diào)關(guān)系 ,保證有些時(shí)候相關(guān)的閥門能及時(shí)的開(kāi)啟和關(guān)閉 ,以確保正常的濾池過(guò)濾和反沖洗過(guò)程的順利進(jìn)行 ,因此他們之間可以設(shè)定一個(gè)可靠的通信機(jī)制 ,通過(guò)這個(gè)機(jī)制來(lái)向其他的控制器傳遞自己當(dāng)前的狀態(tài)和正在執(zhí)行的操作 ,這些通信機(jī)制可以用“ O”、“ 1”來(lái)表示。當(dāng)濾池或反沖洗系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時(shí) ,相應(yīng)的標(biāo)識(shí)置“ 1” ,并向另外一控制器發(fā)送 ,當(dāng)這一狀態(tài)結(jié)束時(shí) ,標(biāo)識(shí)被清零 ,再向另外一控制器發(fā)送。標(biāo)識(shí)的值隨著狀態(tài)的變化而變化。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(lái)表明正確收到被發(fā) 送信號(hào) ,以防止信號(hào)在傳送過(guò)程中丟失。但這里無(wú)須考慮此問(wèn)題 ,因?yàn)檫B接控制器的網(wǎng)絡(luò)自身的通訊協(xié)議己能夠確保信號(hào)傳送的可靠性。 通信機(jī)制方案確定了 ,下面討論如何實(shí)現(xiàn) ,在濾池反沖洗過(guò)程中不能有兩個(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(kāi) ,沖洗就不能順利進(jìn)行。故在此也要建立一個(gè)通信機(jī)制 ,用來(lái)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)。接著 ,當(dāng)氣沖閥打開(kāi)后 ,要有一個(gè)通信機(jī)制 ,用來(lái)傳遞給反沖洗系統(tǒng)主控制器通知它開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)。同樣 ,還要有一個(gè)通信機(jī)制 ,通知反沖洗系統(tǒng)主控制器開(kāi)反沖水泵。在鼓風(fēng)機(jī)和水泵停止后 ,又分別要有一個(gè)通信機(jī)制 ,通知濾池控制器關(guān)閉反沖氣閥和反沖水閥。這一系列的通信機(jī)制 ,就是兩套控制器 (濾池控制器、反沖洗控制器 )之間實(shí)現(xiàn)通信協(xié)調(diào)的方法。但是這種方法如果不對(duì)反沖洗的過(guò)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)。原因是因?yàn)樯鲜龅耐ㄐ艡C(jī)制只是一部分 ,實(shí)際的工程中還涉及了故障報(bào)警 ,故障處理等問(wèn)題 ,需要添加大量通信機(jī)制。這不但提高了工作過(guò)程的復(fù)雜程度 ,還很難保證遇到突發(fā)故障時(shí)的有效、及時(shí)處理 ,整個(gè)溝通過(guò)程將會(huì)加大設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜程度。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。 為了減小編程的復(fù)雜程度 ,盡量減小設(shè)計(jì)的工作量和設(shè)計(jì)成本 ,必須減少通信機(jī)制的數(shù)量 ,我們可以從反沖洗過(guò)程介入 ,來(lái)減少表明濾池或反沖洗系統(tǒng)所處狀態(tài)的通信機(jī)制。因此必須對(duì)上述的反沖洗過(guò)程做一些簡(jiǎn)單的修改 ,目的就是為了能簡(jiǎn)化通訊機(jī)制。新的通訊方案必須去掉使原來(lái)的通訊方案變得復(fù)雜的條件 ????閥門控制和反沖洗系統(tǒng)的控制穿插進(jìn)行 ,兩套控制器各自實(shí)施控制常要以對(duì)方的控制完成為條件。去 掉這個(gè)條件后得到的通訊方案得到了大大的簡(jiǎn)化。是設(shè)計(jì)的工作量縮小了很多。 修改后的反沖洗過(guò)程共分為三個(gè)階段 :反沖洗前的開(kāi)、關(guān)閥階段 ,反沖洗階段 ,反沖洗后的關(guān)、開(kāi)閥階段。流程示意圖如圖 36 所示。 圖 36 調(diào)整后的反沖洗過(guò)程 第一階段由濾池控制器控制 ,也是先關(guān)閉進(jìn)水閥 ,開(kāi)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(kāi)排污閥 ,反沖水閥和反沖氣閥。與原來(lái)不同的是 ,此處現(xiàn)場(chǎng) PLC 僅僅只涉及到這些閥門的動(dòng)作 ,沒(méi)有任何涉及反沖洗系統(tǒng)的控制。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(gè)標(biāo)識(shí) ,進(jìn) 入第二階段。這一階段沒(méi)有任何涉及閥門的控制 ,全部是關(guān)于鼓風(fēng)機(jī)、水泵的操作 ,由反沖洗系統(tǒng)控制器獨(dú)立完成。沖洗完畢 ,反沖洗系統(tǒng)控制器回給濾池控制器一個(gè)標(biāo)識(shí) ,進(jìn)入第三階段。濾池控制器關(guān)閉反沖氣閥、反沖水閥、排污閥 ,再打開(kāi)進(jìn)水閥 ,液位接近過(guò)濾恒水位時(shí) ,開(kāi)出水閥 ,進(jìn)入正常的過(guò)濾工序。 簡(jiǎn)化后的反沖洗過(guò)程中的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(jiǎn)化了協(xié)調(diào)過(guò)程 ,對(duì)于簡(jiǎn)化突發(fā)故障的處理也很有意義。 簡(jiǎn)化后的控制器協(xié)調(diào)機(jī)制是只有兩套控制器的最簡(jiǎn)情況 ,當(dāng)濾池控制器有多個(gè)時(shí) ,情況要比簡(jiǎn)化 后的復(fù)雜一些 ,但基本上是大同小異。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。因?yàn)橥粫r(shí)刻只允許一個(gè)濾格進(jìn)行反沖洗 ,其