【正文】 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(lái)，PLC 就 計(jì)13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。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。這首先要求電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變。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。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)工作頻率提高，工作周期縮短。所以，該方法不能直接使用。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。最簡(jiǎn)單的辦法是采用雙位調(diào)節(jié)，即液位高于設(shè)定時(shí)，打開(kāi)閥門，低于設(shè)定時(shí)，關(guān)閉閥門。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(kāi)關(guān)閥無(wú)效。開(kāi)關(guān)閥的液位控制仍然適用閉環(huán)反 計(jì)12饋的基本原理，但具體情況與調(diào)節(jié)閥的有很大不同。P L C調(diào)節(jié)閥 液位A / D圖 濾池液位控制框圖但是在凈水廠濾池中，對(duì)液位的精度要求不高，無(wú)需將液位穩(wěn)定在一指定高度，只要保持在一個(gè)較寬松的范圍內(nèi)即可。液位控制時(shí)，把液位計(jì)測(cè)定值與設(shè)定值比較，使用比例或比例積分環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果作為閥位給定值送至調(diào)節(jié)閥的比例執(zhí)行器，由其完成閥門的動(dòng)作。以來(lái)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)，如圖 所示。 現(xiàn)場(chǎng)濾池控制器濾池控制器首先控制濾池的液位，把液位大致穩(wěn)定在一個(gè)范圍內(nèi)，達(dá)到維持相對(duì)穩(wěn)定的濾速的目的。增量式 PID 數(shù)字控制器不會(huì)出現(xiàn)飽和，而且當(dāng)計(jì)算機(jī)故障時(shí)能保持前一個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值，保持系統(tǒng)穩(wěn)定，因此增量式算法比位置式算法得到更廣泛的應(yīng)用 [7]。使用位置式 PID 數(shù)字控制器會(huì)造成 PID 運(yùn)算的積分積累，引起系統(tǒng)超調(diào)，這在生產(chǎn)過(guò)程中是不允許的。U(K)是 U(KT)的簡(jiǎn)寫， E(K)是 E(KT)的簡(jiǎn)寫。PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 R(t)與實(shí)際輸出值 C(t)構(gòu)成控制偏差： E(t)==R(t)－C(t) () 將偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D) 通過(guò)組合構(gòu)成控制量對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱 PID 控制器，其控制規(guī)律為： U(t)=Kp[ E(t)+ + ] ()1Ti?tdE0)(()t 上式中:Kp 是控制器比例系數(shù)是控制器積分時(shí)間常數(shù)1Ti是控制器微分時(shí)間常數(shù)d 計(jì)10E(t)是系統(tǒng)設(shè)定值和被控量之差U(t)是控制器輸出由于式()為模擬量表達(dá)式，而 PLC 程序只能處理離散數(shù)字量，為此，必須將連續(xù)形式的微分方程化成離散形式的差分方程。根據(jù)被控對(duì)象的不同，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 PID 參數(shù)，可以獲得比較滿意的控制效果。(3)微分控制作用的特點(diǎn)：通過(guò)對(duì)誤差進(jìn)行微分，能感覺(jué)出誤差的變化趨勢(shì)，增大微分控制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小。(2)積分作用的特點(diǎn)：能對(duì)誤差進(jìn)行記憶并積分，有利于消除系統(tǒng)的靜差。缺點(diǎn)是對(duì)于具有自平衡 (即系統(tǒng)階段響應(yīng)終值為一有限值)能力的被控對(duì)象 計(jì)9存在靜差。在現(xiàn)有的濾池控制系統(tǒng)方案中，PID 控制應(yīng)用最多，也最具代表性。R ( t )E ( t )比例 P積分 I微分 DU ( t )被控對(duì)象C ( t )圖 模擬 PID 系統(tǒng)原理框圖濾池恒水位控制技術(shù)的發(fā)展日新月異。硬件上只需配備 A/D 及 D/A轉(zhuǎn)換模塊，軟件可購(gòu)買相應(yīng)廠家提供的 PID 編程功能模塊，只需設(shè)定好PID 功參數(shù)，運(yùn)行 PID 控制指令，就能求得輸出控制值，而廠家一般只提供標(biāo)準(zhǔn) PID 算法，靈活性和適應(yīng)性較差，如根據(jù)被控對(duì)象的具體情況不同，采用各種 PID 控制的變種，如積分分離 PID、不完全微分 PID 等則操作上有些困難，這時(shí)用戶可根據(jù)控制的算法，自行設(shè)計(jì)梯形圖程序。大型的可編程序控制器配備過(guò)程控制模塊可同時(shí)對(duì)幾十路模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制，但造價(jià)昂貴。在模擬系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律就是 PID 控制，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，模擬量的 PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)是常見(jiàn)的一種控制方式，這是由于 PID 調(diào)節(jié)不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制可以取得比較令人滿意的效果，同時(shí) PID調(diào)節(jié)器又具有典型的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)被控對(duì)象的具體情況，采用各種 PID 計(jì)8的變種，有較強(qiáng)的靈活性和適用性。3 濾池P C主控 P L C現(xiàn)場(chǎng)P L C 1現(xiàn)場(chǎng)P L C 2現(xiàn)場(chǎng)P L C 3現(xiàn)場(chǎng)P L C 4現(xiàn)場(chǎng)P L C 5現(xiàn)場(chǎng)P L C 6現(xiàn)場(chǎng)P L C 7現(xiàn)場(chǎng)P L C 81 濾池2 濾池 4 濾池 5 濾池 6 濾池 7 濾池 8 濾池圖 濾池自控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D PID 控制算法的基本原理PID(proportional Integral Differential)控制算法就是經(jīng)典的閉環(huán)控制，它是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)方式。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。濾池自控系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的 PLC 控制系統(tǒng)，包括主控部分、現(xiàn)場(chǎng)分控部分。⑩濾池的自動(dòng)，半自動(dòng)選擇。⑧各類數(shù)據(jù)的查詢。⑥上下限設(shè)置。④模擬數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線顯示和歷史曲線顯示。②數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，包括各濾池的水位，濾池運(yùn)行時(shí)間，濾池目前的運(yùn)行狀態(tài)，各濾池的出水閥的開(kāi)度，濾后水流量，各閥門的工作狀態(tài)等。用戶可以在 PC 機(jī)上控制濾池的操作以及監(jiān)測(cè)濾池的運(yùn)行情況。同時(shí)，還能把濾池的各信號(hào)，如濾后水流量，濁度，余氯，以及濾池的各個(gè)工作狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)間等，在聯(lián)網(wǎng)后，傳送到中央控制室。主 PLC 和各分 PLC 既聯(lián)系又獨(dú)立，在正常運(yùn)行時(shí)，它們各司其職，統(tǒng)一運(yùn)行。其中，半自動(dòng)反沖洗為強(qiáng)制反沖洗，即用戶可以在任何時(shí)候進(jìn)行反沖洗。(3)整個(gè)濾池控制系統(tǒng)配一臺(tái)主控 PLC，負(fù)責(zé)和各個(gè)現(xiàn)場(chǎng) PLC 的通信，協(xié)調(diào)各格濾池的反沖洗，使每個(gè)濾池的反沖洗能按照反沖洗的時(shí)間，或水頭 計(jì)6損失的大小自動(dòng)和穩(wěn)定的進(jìn)行。 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 濾池自控方案及總體結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)根據(jù)本濾池的結(jié)構(gòu)，考慮到自動(dòng)控制方式的先進(jìn)性，穩(wěn)定性，可靠性和連續(xù)不停運(yùn)行的特點(diǎn)，提出如下自控方案:(1)在每個(gè)濾池上，各配置一臺(tái) PLC(Programmable Logic Controller)，分別控制這個(gè)濾格在正常過(guò)濾狀態(tài)下和反沖洗狀態(tài)下的運(yùn)行。當(dāng)水位升到接近過(guò)濾恒水位時(shí)，濾池反沖洗正式結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常的過(guò)濾程序。首先關(guān)閉進(jìn)水閥，濾池內(nèi)部的存留水經(jīng)出水閥繼續(xù)過(guò)濾排除，當(dāng)水位降至設(shè)定的反沖洗水位時(shí)（） ，關(guān)閉出水閥并打開(kāi)排污閥，排污閥的信號(hào)到位后打開(kāi)反沖氣閥，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣沖 6MIN，然后關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉反沖氣閥。 計(jì)5濾池正常過(guò)濾時(shí)，為實(shí)現(xiàn)恒水位過(guò)濾，設(shè)計(jì)以水流量為控制參數(shù)的濾池液位 PID 控制系統(tǒng)。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)） ，需要進(jìn)行反沖洗，以去除濾料層的雜質(zhì)。在正常的過(guò)濾條件下，生產(chǎn)工藝要求將水位的波動(dòng)限制在 400177。本設(shè)計(jì)水廠濾池部分由 8 個(gè) V 型濾池組成，每個(gè)濾池的尺寸為6M6M6M，濾池的濾料采用單層 加厚均粒石英砂濾料。判斷的條件可以有很多，比如:是否到達(dá)設(shè)定時(shí)間、過(guò)濾己經(jīng)進(jìn)行的時(shí)間、水頭損失大小等。反沖洗與過(guò)濾是交替進(jìn)行的，反沖過(guò)后進(jìn)入過(guò)濾，過(guò)濾一段時(shí)間后也需要啟動(dòng)反沖洗。當(dāng)過(guò)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。濾池控制系統(tǒng)的控制任務(wù)就是控制過(guò)濾、反沖洗和兩者的交替，目的就是保證濾后水的濁度符合要求。濾池的控制與其它車間略有不同，它的設(shè)備較多且重復(fù)，每個(gè)濾池的控制內(nèi)容都是相同的。如果控制器故障，操作人員也可以通過(guò)電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制面板，對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作。反沖水泵：用于抽取清水對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。水沖閥：反沖洗時(shí)允許清水對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門。清水閥：控制濾后水流出濾池進(jìn)入清水管的閥門。其中受控設(shè)備可以分為兩部分:濾池閥門和反沖洗系統(tǒng)。現(xiàn)將濾池的基本的工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制如圖。所謂濾池的正常過(guò)濾過(guò)程就是通過(guò)濾料層將待濾水去除雜質(zhì)顆粒、細(xì)菌的過(guò)程，其主要目的是使濾后水的渾濁度達(dá)到國(guó)家飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。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。此外反沖洗時(shí)，原水通過(guò)與反沖洗排水槽相對(duì)的兩個(gè) V 型槽底部的小孔進(jìn)入濾池，它掃洗濾層的表面，并把濾層反沖上來(lái)的污物、雜質(zhì)推向排水槽，同時(shí)掃洗了水平速度等于零的一些地方，在這些地方漂起來(lái)的砂又重新沉淀下來(lái)。 綜上所述，氣、水反沖洗時(shí)，由于氣泡的激烈運(yùn)動(dòng)作用，大大加強(qiáng)了污物剝落能力及截污能力。 (3)壓縮空氣的加入，氣泡在顆粒濾料中爆破，使得濾料顆粒間的碰撞磨擦加劇，在水沖洗時(shí)，對(duì)濾料顆粒表面的剪切作用也得以充分發(fā)揮，加強(qiáng)了水沖清污的效能。濾池在氣沖洗時(shí)，由于用鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓入濾層，因而從以下幾方面改善了濾池的過(guò)濾性能： (1)壓縮空氣的加入增大了濾料表面的剪力，從而使得通常水沖洗時(shí)不易剝落的污物在氣泡急劇上升的高剪力下得以剝落，從而提高了反沖洗效果。而 V 型濾池過(guò)濾能力的再生，就采用了先進(jìn)的氣、水反沖洗兼表面掃洗這一技術(shù)。 計(jì)1 濾池正常過(guò)濾工藝過(guò)程濾池反沖洗工藝過(guò)程2 4 小時(shí)實(shí)時(shí)處理模塊 濾池工藝過(guò)程簡(jiǎn)圖 V 型濾池的結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝特點(diǎn)濾池是水廠凈水工藝中的重要環(huán)節(jié)，而濾池過(guò)濾能力的再生，是濾池穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。水廠生產(chǎn)的基本工藝可分為加藥、反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、消毒、儲(chǔ)存、送水等幾個(gè)相關(guān)過(guò)程。80 年代后期，我國(guó)南京、西安、重慶等地開(kāi)始引進(jìn)使用。它具有出水水質(zhì)好、濾速高、運(yùn)行周期長(zhǎng)、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動(dòng)化管理等特點(diǎn)。V 型濾池就是在此基礎(chǔ)上由法國(guó)德利滿公司在 70 年代發(fā)展起來(lái)的。 計(jì)02 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)分析 V 型濾池工藝應(yīng)用及過(guò)程濾池有多種型式，以石英砂作為濾料的普通濾池使用歷史悠久。 5 研究的意義采用可編程控制器進(jìn)行水廠濾池的自動(dòng)化控制，可以縮短設(shè)計(jì)周期，并便于安裝調(diào)試，對(duì)于水廠這樣的不便于停產(chǎn)的生產(chǎn)單位來(lái)講，這一點(diǎn)是尤其重要的。濾池最大的特點(diǎn)是控制運(yùn)行參數(shù)多，閥門位置分散，環(huán)境惡劣。 研究的目的和意義 研究的目的改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)人民的生活水平逐步提高，飲用水的質(zhì)受到越來(lái)越多的關(guān)注，自來(lái)水廠的處理工藝要求也不斷提高，與之相反的是水源水質(zhì)卻每況愈下，如何保證水廠出廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)，水處理過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都很重要。其次，根據(jù)所選擇的硬件設(shè)備，確定恒水位過(guò)濾過(guò)程中PID控制算法的實(shí)現(xiàn)和參數(shù)的整定。目前，國(guó)內(nèi)外氣水反沖洗有3種運(yùn)行方式：一是先氣洗，再用低流量水反沖洗；二是先氣、水同時(shí)反沖洗，再用低流量水反沖洗；三是先氣洗，再氣、水同時(shí)反沖洗，最后用水漂洗。該法耗水量較大，剪切、碰撞及摩擦作用較弱，難以完全消除濾料上的泥球及結(jié)塊現(xiàn)象，也給過(guò)濾帶來(lái)許多弊端。單一水反沖洗技術(shù)己沿用多年，由于該方法具備操作單一和設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。 研究?jī)?nèi)容濾池自控技術(shù)是凈水處理的重要環(huán)節(jié)，如果控制不好，就不能達(dá)到預(yù) 4定的水質(zhì)要求。近年來(lái)建設(shè)的較大型的、自動(dòng)監(jiān)控水平較高的水廠需要認(rèn)真總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并向優(yōu)化運(yùn)行方面發(fā)展，為這類水廠自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步提供借鑒與指導(dǎo)。這些自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)并不完全符合提高水廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益這一根本目的 [4]。我國(guó)大多數(shù)水廠的監(jiān)控技術(shù)仍是很落后的，基本以人工方式為主，很難適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，一些水廠(包括有些引進(jìn)設(shè)備的水廠)的自動(dòng)監(jiān)控基本照搬西方的模式，雖然采用了龐大的自動(dòng)化系統(tǒng)、投資很大，然而在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)上的調(diào)節(jié)功能并不強(qiáng)。我國(guó)在水廠關(guān)鍵環(huán)節(jié)混凝投藥控制技術(shù)與設(shè)備方面實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)電流及透光率脈動(dòng)兩種凝控制設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，并在水廠獲得推廣應(yīng)用，取得顯著效果，在此方面已居于國(guó)際領(lǐng)先水平。一些水廠己實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，能對(duì)生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)連續(xù)自動(dòng)地監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、記錄、報(bào)警等等 [3]。尤其是自80年代以來(lái)，微電子等現(xiàn)代科技高速發(fā)展，水工業(yè)專用檢測(cè)儀表與裝備不斷發(fā)展，水工業(yè)專