【正文】 由于 PLC 采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行程序，這樣便能實現整個控制過程的順利執(zhí)行。 輸出地址 對應功能 輸入地址 對應功能 AO： 0 出 水 閥 開 度 AI： 0 濾池水位信號 DO： 0 進水閥開 /關 AI： 1 壓力變送信號 DO： 1 反沖氣閥開 /關 DI： 0 強制反沖信號 DO： 2 反沖水閥開 /關 DO： 3 排污閥開 /關 DO： 4 鼓 風 機開 / 關 DO： 5 水泵開 /關 表 43 I/O 地址分配表 最后，各控制參數由檢測裝置測量后經由變送裝置將各信號轉化為 420mA電信號，送入 PLC 的輸入輸出模塊。數字量輸出模塊主要時負責現場濾池上各個開關閥的開、關以及水泵、風機的起?？刂?，而開關量的輸入模塊則是針對強制反沖洗信號的接受并且下達反沖洗動作命令的執(zhí)行。 通過采用電動蝶閥能很好的控制濾池的出水流速，保證了出水的質量和要求。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。 10% 材料 閥體 鍛壓黃銅 密封 1 型：丁晴橡膠 NBR??2 型：氟橡膠 FKM??特制：硅橡膠（食品級） PSI 環(huán)境溫度 20~60℃ 連接方式 內螺紋 電氣連接 接線盒電纜插座，防護等級 IP65 使用電壓 AC:220V 50Hz 、DC:24V??其余根據要求 ??100%持續(xù)工作 特殊選配 BZCA 防爆電磁閥 防爆等級： ExmI/IIT4（澆封型）、 dIIBt dIICT5 含氫氣 安裝提示 任意安裝 備注 閥門完全打開，至少需要 MPa 壓力 蝶閥是指關閉件 閥瓣或蝶板 為圓盤，圍繞閥軸旋轉來達到開啟與關閉的一種閥，在管道上主要起切斷和節(jié)流用。 通過比較各個電磁閥的性價比決定本次設計選用上海金剛自控閥門有限公司生產的先導膜片式電磁閥，型號是 ZCA 精小型高壽命黃銅電磁閥，該電磁閥性能穩(wěn) 定可靠，抗過載能力強。 5 防止閃蒸和空化 閃蒸和空化只產生在液體介質。在具體選擇時，可做如下考慮： 1 閥芯形狀結構 主要根據所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。調節(jié)閥也被稱為自控系統(tǒng)的手足，它的耐用程度及動作靈敏與否，直接關系著自控系統(tǒng)的質量。 ％ F?S（ 23177。 （ 4）過壓過流保護電路。綜合各個眼里變送器的特點及結合本次設計的實際要求和工作環(huán)境，本次設計擬采用擴散硅壓力變送器，其主要型號是北京昆侖海岸公司生產的 JYBKO 經濟型密封壓力變送器。兩線制信號輸入電氣連接： 1．和信號變送器以及外供電源連接： 液位計紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接儀表輸入信號 +端，然后將電源 1228 VDC―端和儀表信號輸入負端連接。 0? 0? 1756R4011 ― 6 isolated current 13 bits ― . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756R4021 1756TBCH 1756TBS6H 150 mA 40 mA 1756R4021 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 300 mA 0?550W laods 551? 1000W loads 表 43 開關量模塊輸入輸出參數表 . Number of Inputs/outputs Voltage,On State Input, Nom. Operating Voltage Input Delay Time,ON to OFF EDA9150A 32 12/24V dc sink 10? dc 420 ms+filter Time 0,1,2,9,or 18ms TEPLCH1 XBTN200 16 Electronically fused 12/24V dc source 10? dc . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756EDA9150A 1756TBCH 1756TBS6H 120 mA 2 mA W60℃ TEPLCH1 XBTN200 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 2 mA W60℃ 傳感 器和執(zhí)行器的選擇 液位傳感器的選擇 本次設計需要濾池液位處于恒水位的位置，因此，液位傳感器的選擇十分重要，市場上的液位傳感器主要有：浮子式的，壓阻式的，超聲波的，氣泡式的等。驅動用戶輸出設備即 PLC 的實際輸出。解算過程中所用的計數器、定時器，內部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內存映象值。 3 輸入現場狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數據，如開關的通斷狀態(tài)、形成現場的內存映象。因此， PLC 工作過程大致可以分為以下五步： 1 自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復，為此PLC 每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現故障或異?，F象則轉入處理程序，保留現行工作狀態(tài)，關閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。梯形圖是按自上而下，從左到右 的順序執(zhí)行，全部程序執(zhí)行完后又返回到開始進行循環(huán)。為了滿足他們的傳統(tǒng)習慣，通常 PLC 不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，這些編程語言有梯形圖 LAD（ ladder Diagram 、語句表 STL（ Statement List 、功能塊圖（ FBD 、邏輯方程式或布爾代數式等。 （ 9）輸入輸出接口電路已設計好，輸出驅動能力強。 （ 5）縮短了設計、施工、投產調試的周期。 PLC 的優(yōu)點 （ 1 編程方便，易于使用。 PLC 的組成 PLC 主要有單板機、輸入、輸出接口、電源、擴展接口和編程器接口等幾部分組成 ，其結構框圖如下圖所示： 圖 41 可編程序控制器的硬件結構框圖 PLC 的工作原理 PLC 的工作過程一般分為：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 以兩臺控制器組成的濾池控制系統(tǒng)，在凈 水廠濾池自動化中有較強的實際意義，不僅可以在它的基礎上，擴展成為多控制器濾池系統(tǒng)，用來適應大型水廠的需要，而且還可以用于老舊中小型水廠的擴建、改造。 簡化后的反沖洗過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，不僅簡化了協(xié)調過程，對于簡化突發(fā)故障的處理也很有意義。所有閥門到位后，濾格控制器向反沖洗系統(tǒng)控制器傳遞一個標識，進入第二階段。 修改后的反沖洗過程共分為三個階段 :反沖洗前的開、關閥階段，反沖洗階段，反沖洗后的關、開閥階段。因此必須對上述的反沖洗過程做一些 簡單的修改，目的就是為了能簡化通訊機制。原因是因為上述的通信機制只是一 部分，實際的工程中還涉及了故障報警，故障處理等問題，需要添加大量通信機制。同樣，還要有一個通信機制，通知反沖洗系統(tǒng)主控制器開反沖水泵。但這里無須考慮此問題，因為連接控制器的網絡自身的通訊協(xié)議己能夠確保信號傳送的可靠性。整個過程用簡化圖表示，如圖 35 所示 圖 35 調整前的反沖洗過程 在這樣一個看似很簡單其實很繁瑣的過程中，需要濾池控制器和反沖洗控制器之間有很好的協(xié)調關系，保證有些時候相關的閥門能及時的開啟和關閉，以確保正常的濾池過濾和反沖洗過程的順利進行，因此他們之間可以設定一個可靠的通信機制，通過這個機制來向其他的控制器傳遞自己當前的狀態(tài)和正在執(zhí)行的操作，這些通信機制可以用“ O”、“ 1”來表示。先開反沖氣閥、鼓風機，氣沖開始。故出水閥的液位控制流程圖可以簡化成下圖： 圖 34 出水閥的液位控制流程圖 現場控制器與反沖洗控制器的鏈接 在濾池的反沖洗過程中，需要開關一系列的閥門，這就需要控制濾池的現場控制器與反沖洗控制器之間有很好的鏈接協(xié)調的關系，具體閥門的開關過程為：在正常過濾的過程中，進水閥和出水閥應該 打開，反沖氣閥、反沖水閥和排污閥則應關閉。這樣就可以對連續(xù)兩次采樣的值作一個比較，判斷液位的升降。 至此，液位控制己經可以實現，但仍然可以進一步優(yōu)化該控制，繼續(xù)減低閥門的動作頻率。首先估算濾速，平均的濾速 V 可通過下式求得： V 假設以日產 202000 噸為例計算： 假設這個速度是在閥門 90%開啟度的時候達到的，那么閥門每改變百分之一的開度，對濾速的影響為 厘米 /秒。參考常被應用在較強的滯后系統(tǒng)中的采樣 PID，它通過延長反饋 信號的采樣周期，延緩 PID 輸出的更新頻率，以適應系統(tǒng)的滯后性。 然而，僅僅縮短一次性動作時間仍然不能實現穩(wěn)定控制。一般的開關閥，執(zhí)行機構是由連鎖的，只要動作信號一給出，不管是否保持，閥門都要持續(xù)動作到底 關死或開足 ，不會中途停止。如果減小這個所謂的比例系數，就可以減小閥門動作頻率，并增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，該方法不能直接使用。通過 PLC計算得出閥門位置的機制也就不再適用，需要重新設計。所以，式 已可以用作編程算法使用了。使用位置式 PID 數字控制器會造成 PID 運算的積分積累，引起系統(tǒng)超調，這在生產過程中是不允許的。 計算機控制是一種離散的采樣控制，在計算機控制系統(tǒng)中所使用 的是數字PID 控制器，而式 和式均為模擬 PID 控制器的控制表達式，通過將模擬 PID 表達式中的積分、微分運算用數值計算方法來逼近，便可實現數字 PID 控制。 Kd 為微分系數， Kd Kp/Td。調節(jié) PID 的參數，可以實現在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時由于在 PID 控制器中引入了積分項，系統(tǒng)增加了一個零極點，這樣系統(tǒng)階躍響應的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。其網絡拓撲如 31 所示。）公共部分（反沖洗泵、鼓風機、干燥機及相關閥門）進行監(jiān)控。這樣的優(yōu)點是使控制系統(tǒng)更加可靠，當某一控制單元發(fā)生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元內控制設備、檢測儀表就近相連，減少了布線成本。正因為各工藝單元相對獨立，因此通常將整個工藝按控制單元劃分。按要求，每次只有一格濾池進行反沖洗，當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。系統(tǒng)接到對某池進行反沖洗的指令后進入排水階段，先關閉進水閥，把濾池的水位降至預置水位，然后關閉出水閥，打開排水閥；排水閥打開以后，濾池進入氣沖洗階段，這時氣沖計時器開始計時，排氣閥打開，同時風機啟動、風機出口打開，當風機進入運行狀態(tài) 后，打開氣沖閥，同時關閉排氣閥；氣沖洗時間達到預設值后，氣水混合洗計時器開始計時，反沖水閥被打開，同時啟動反沖水泵，打開水泵出口閥，濾池進入氣水混合反沖洗狀態(tài)；汽水混合反沖洗時間達到預設值后，水洗計時器開始計時，反沖氣閥被關閉，開放氣閥（放氣閥開 30s 后自動關閉）排空風管余氣，同時停風機，關閉風機出氣閥，濾池進入水沖洗狀態(tài)；水沖洗時間達到預設值后，關閉反沖水閥，同時停止反沖水泵，關閉水泵出口閥，最后關閉排水閥，打開進水閥，濾池進入進水狀態(tài)，當水為上升到恒水位過濾位置時，自動反沖洗完成，該池轉入正常的過濾程序 。 控制系統(tǒng)的組成 濾池 控制系統(tǒng)一般由受控設備、電氣執(zhí)行機構、控制器和上位機組成。更先進一些的還可以直接根據濾池濾后出水的濁度決定是否反沖洗。反沖洗就是對濾層的清洗，需要控制鼓風機、水泵等沖洗設備，以及濾池相關閥門的開、關。 現將濾池的基本的工藝結構簡圖繪制如下圖所示。此外反沖洗時，原水通過與反沖洗排水槽相對的兩個 V 型槽底部的小孔進入濾池，它掃洗濾層的表面，并把濾層反沖上來的污物、雜質推向排水槽，同時掃洗了水平速度等于零的一些地方，在這些地方漂起來的砂又重新沉淀下來。 整個濾料層在深度方向的粒徑分布基本均勻，在反沖洗過程中濾料層不膨脹，不發(fā)生水力分級現象，保證深層截污，濾層含污能力高。 底部采用帶長柄濾頭 底板的排水系統(tǒng)，不設礫石承托層。 氣水同時反沖洗 在氣沖的同時啟動沖洗水泵，打開沖洗水 閥，反沖洗水也進入氣水分配渠，氣、水分別經小孔和方孔流入濾池底部配水區(qū)，經長柄濾頭均勻進入濾池，濾料得到進一步沖洗，表掃仍繼續(xù)進行 停止氣沖，單獨水沖 表掃仍繼續(xù)，最后將水中雜質全部沖入排水槽。 關閉進水閥，但有一部分進水仍從兩側常開的方孔流入濾池，由 V 型槽一側流向排水渠一側，形成表面掃洗。 圖 21 濾池工藝過程簡化圖 工作過程 （ 1）過濾過程： 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顆粒、細菌的過程，其主要目的是使濾后水的渾濁度達到國家飲用水的衛(wèi)生標準。它具有出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動化管理等特點。在此基礎上，人們從不同的工藝角度發(fā)展了其它型式的濾池。過程的聲音也是相當重要的，通過一定的轉換手段，可以將過程聲音引到操作臺的終端和話筒喇叭上，這樣操作員可以聽到故障機件的聲音，幫助