【正文】 正常濾水工作期間，每個(gè)濾池在現(xiàn)場 PLC 的控制下，依據(jù)液位傳感器檢測(cè)到得液位值得變化情況，及時(shí)調(diào)整出水閥的開度，保證濾池恒水位運(yùn)行；當(dāng)達(dá)到反沖洗條件或人為強(qiáng)制反沖洗時(shí)，每個(gè)濾池現(xiàn)場 PLC 向主控 PLC 發(fā)出反沖洗請(qǐng)求，主控 PLC 對(duì)需要反沖洗的濾池進(jìn)行排序，采用先進(jìn)先出的堆棧式管理， 在滿足反沖洗條件后，調(diào)用反沖洗。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。連接圖如圖 43 所示。現(xiàn)將 I/O 地址分配情況如表 43 所示。其硬件配置如圖 42 所示。 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。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。主要技術(shù)參數(shù)為： 電源 AC1 2 380V/DC24 公稱通徑 :DN50～ 1200mm 輸出力矩 :50N??M～ 2020N??M 公稱壓力 :、 、 任選功能 :開關(guān)型、無源觸點(diǎn)型、閥位信號(hào)反饋型、智能調(diào)節(jié)型。 本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中的出水閥選擇廣東東莞市鴻閥閥門有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 D971F16 的電動(dòng)蝶閥。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。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。其主要技術(shù)指標(biāo)為： 操作方式 常閉 通電打開、斷電關(guān)閉 常開 通電關(guān)閉、斷電打開（型號(hào)“― K”表示） 參數(shù)↓型號(hào)→ ZCA1??ZCA2 介質(zhì)溫度 1 型：≤ 90℃ ??2 型：≤ 150℃ 介質(zhì) 1 型 水、柴油、氮?dú)?、空氣、煤氣天然氣、乙二醇等常溫液體或氣體 2 型 熱水、熱油、熱空氣等中溫液體或氣體 通經(jīng)（ mm） 6~8 10 15 20 25 32 40 50 連接尺寸（ G） 1/4 3/8 1/2 3/4 1 11/4 11/2 2 壓力（ MPa ） ~ ~ ~ 功率 AC:10W 、 DC ： 15W AC:15W、 DC： 18W 電壓偏差 允許波動(dòng)177。靈敏度高，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率，精度高，體積小，重量輕，升溫低，無噪音，零泄漏，安裝使用方便。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。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。 4 介質(zhì)的溫度、壓力 當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時(shí)，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小 的閥門。 2 耐磨損性 當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時(shí)，閥的內(nèi)部材料要堅(jiān)硬。 調(diào)節(jié)閥的閥體種類很多，目前市場上主要類型有：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。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。 ％ F?S/y 響應(yīng)時(shí)間 200ms 最大工作壓力 3 倍量程 爆破壓力 5 倍量程 過程連接 M20 或 1/4NPT 或非標(biāo) 電氣連接 霍斯曼接頭 /M12x1 航空插頭 外部零件材料 普通不銹鋼 /316 不銹鋼 殼體材料 普通不銹鋼 /316 不銹鋼 /鑄鋁外殼 介質(zhì) 與 316 不銹鋼兼容介質(zhì) 防護(hù)等級(jí) IP54（霍斯曼接頭） IP67（ M12x1 航空插頭） 規(guī)格選型 JYBKO 產(chǎn)品規(guī)格代號(hào) M 普通不銹鋼 M 系列 A 電流輸出（ 4mA20mA） S 密封表壓 1 M20 +霍斯曼接頭 2 M20 +M12 1 航空插頭 3 1/4 NPT+霍斯曼接頭 4 1/4 NPT+M12 1 航空插頭 調(diào)節(jié)閥的選擇 調(diào)節(jié)閥直接安裝在水工藝管道上，是水廠自控系統(tǒng)的重要組成部分。 2℃） 177。 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。 （ 5）防浪涌電壓和反向極性保護(hù)。 （ 3）抗過載沖擊和干擾能力強(qiáng)。 JYBKO 經(jīng)濟(jì)型密封壓力變送器的優(yōu)點(diǎn)主要有： （ 1） 數(shù)字化智能芯片，全溫度線性溫度補(bǔ)償。市場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。 2. 和 PLC 的連接： 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。 外 殼： 標(biāo)準(zhǔn)型為 ABS 材質(zhì) 防腐型為聚四氟乙稀 重 量： 350g 外形尺寸： 200 高 86 寬 135 深 m 下面談?wù)劤暡ㄒ何粋鞲衅鞯陌惭b，首先應(yīng) 確定液位計(jì)探頭和它的測(cè)量終端間距， KS612810 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。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，該液位傳感器的優(yōu)點(diǎn)主要有：安裝方便、頻率相對(duì)穩(wěn)定、驅(qū)動(dòng)電壓較低、靈敏度好、故障率低、運(yùn)行穩(wěn)定。 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。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹梗恳徊剿玫降妮敵鲂盘?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。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。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場的實(shí)際值。在與上位機(jī)通信過程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、 PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 2 與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理。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。梯形圖形象直觀、容易掌握，是 PLC 中用的比較多的一種編程語言。梯形圖中通常有若干邏輯行，形似階梯，梯形圖由此而得名。 本次設(shè)計(jì)采用梯形圖編程，梯形圖是一種圖形語言，它在形式上類似于傳統(tǒng)的繼電器控制電路，但它比繼電器控制電路增加了許多功能強(qiáng)而又靈活的指令符號(hào)。 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。 （ 10）采用模塊結(jié)構(gòu)、組態(tài)靈活、性價(jià)比高。 （ 8）定時(shí)準(zhǔn)確、定時(shí)范圍寬。 （ 6）編程 和接線可同步進(jìn)行。 （ 4）體積小、耗電少、價(jià)格便宜、維護(hù)方便。 （ 2）控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，通用性強(qiáng)。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 PLC 的概述 PLC 的定義 可編程序控制器 Programmable Logic Controller 簡稱 PLC，國際電工委員會(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。目前，在我國許多城市規(guī)模擴(kuò)大、人口增加，對(duì)自來水需求量迅速增長的情況下，這種濾池控制系統(tǒng)具有很大的應(yīng)用前景。因?yàn)橥粫r(shí)刻只允許一個(gè)濾格進(jìn)行反沖洗，其他的濾格只能列隊(duì)等候，所以，一次只有一個(gè)濾池控制器與反沖洗控制器進(jìn)行溝通，這樣不僅使設(shè)計(jì)的工作量減小，而且保證了其它濾池與反沖洗系統(tǒng)進(jìn)行非法的通訊，以及通訊協(xié)調(diào)的正常秩序，避免混亂的發(fā)生。 簡化后的控制器協(xié)調(diào)機(jī)制是只有兩套控制器的最簡情況，當(dāng)濾池控制器有多個(gè)時(shí)，情況要比簡化后的復(fù)雜一些，但基本上是大同小異。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。這一階段沒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。與原來不同的是，此處現(xiàn)場 PLC 僅僅只涉及到這些閥門的動(dòng)作，沒有任何涉及反沖洗系統(tǒng)的控制。流程示意圖如圖 36 所示。是設(shè)計(jì)的工作量縮小了很多。新的通訊方案必須去掉使原來的通訊方案變得復(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。 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程介入，來減少表明濾池或反沖洗系統(tǒng)所處狀態(tài)的通信機(jī)制。這不但提高了工作過程的復(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)溝通過程將會(huì)加大設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜程度。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)。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。接著，當(dāng)氣沖閥打開后，要有一個(gè)通信機(jī)制，用來傳遞給反沖洗系統(tǒng)主控制器通知它開鼓風(fēng)機(jī)。 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，沖洗就不能順利進(jìn)行。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。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。最后，打開進(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，打開清水閥，系統(tǒng)進(jìn)入正常的過濾程序。 6 分鐘后，關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)、反沖氣閥。反沖洗過程一般包括兩個(gè)過程：氣沖、水沖。在反沖洗過程中，進(jìn)水閥和出水閥應(yīng)關(guān)閉，氣沖閥、水沖閥、排污閥打開。相應(yīng)的，液位低于設(shè)定而正在上升，閥門也不動(dòng)作。之后再結(jié)合液位情況，確定閥門是否動(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。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)。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 由全開至全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為 18 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，達(dá)到十幾秒鐘。具體兩個(gè)時(shí)間如何確定，可以先估算，再具體調(diào)試。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。單純的比例控制在對(duì)付滯后系統(tǒng)時(shí)確實(shí)很困難。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。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。也就 是說，閥門每次的動(dòng)作時(shí)間都是相同的，不可更改。這首先要求電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變。 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(dòng)作時(shí)間。 這就是雙位調(diào)節(jié)導(dǎo)致閥門頻繁開關(guān)的原因。 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。這一點(diǎn)在實(shí)際工程中非常重要，許多場合都必須刻意避免閥門頻繁動(dòng)作。 根據(jù)實(shí)際情況和普遍的應(yīng)用，采用雙液位控制是最簡單的，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，液位低于設(shè)定時(shí)，閥門關(guān)閉。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。 現(xiàn)場濾池控 制器 由于本設(shè)計(jì)采用的是恒水位設(shè)計(jì)，因此保持濾池水位的大致不變是濾池控制器最主要的任務(wù)之一，大多數(shù)的水廠濾池的液位都是通過濾池調(diào)節(jié)閥來控制的，典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場反饋的信息來及時(shí)的進(jìn)行調(diào)整處理，從而實(shí)現(xiàn)濾池水位的大致不變，以來自液位計(jì)的液位信號(hào)作為反饋信息， PLC 作為控制器，調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器形成一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其模型可以簡化成下圖： 圖 33 濾池液位控制框