【正文】 的重要環(huán)節(jié)，如果控制不好，就不能達(dá)到預(yù)5 / 93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)專用檢測(cè)儀表與裝備不斷發(fā)展與完善，相應(yīng)地推動(dòng)供水系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。該系統(tǒng)近年發(fā)展迅速，已經(jīng)與DCS系統(tǒng)的功能相近，特別是同樣具有分級(jí)分布控制、實(shí)現(xiàn)集中管理，分散控制的功能，往往從水處理工藝控制的角度也將此系統(tǒng)稱為集散式系統(tǒng)。(6)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接相連，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于應(yīng)用程序采用梯形圖或順序功能圖編輯，編程和維護(hù)方便。硬件系統(tǒng)配置簡(jiǎn)潔，很容易在網(wǎng)絡(luò)中增減PLC控制器，來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的目的。(2)可以實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制”的功能，將危險(xiǎn)分散，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。在國(guó)內(nèi)水廠自動(dòng)化中得到最廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前水廠采用的自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，從自控的角度可以劃分為SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、IPC+PLC 系統(tǒng)、總線式工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)等。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)就都會(huì)陷于癱瘓 [2]。一臺(tái)計(jì)算機(jī)往往同時(shí)控制多個(gè)回路，即多個(gè)水處理工藝環(huán)節(jié)。這屬于分散式控制。這些設(shè)施可以一次建成，也可以分別建設(shè)，相互之間沒(méi)有聯(lián)系。 課題研究?jī)?nèi)容 研究現(xiàn)狀早期的水廠控制是單元式的。因此水廠濾池的自動(dòng)化控制對(duì)于出廠水質(zhì)優(yōu)劣尤為重要。在傳統(tǒng)的濾池生產(chǎn)中，一般依靠人工操作進(jìn)行生產(chǎn)，濾池正常的過(guò)濾時(shí)間以及濾池反沖洗各環(huán)節(jié)的時(shí)間和強(qiáng)弱都要依靠現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。但在近二十年中，發(fā)展迅速，許多大城市的水廠也達(dá)到了較高的自動(dòng)化程度 [1]。凈水廠的生產(chǎn)過(guò)程采用自動(dòng)化技術(shù)，不是單純的為了節(jié)省人力，更主要的2 / 93是加強(qiáng)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理調(diào)度，保證水量、水壓，提高水質(zhì)，節(jié)約動(dòng)力和投藥量，消滅事故，積累運(yùn)行資料，提高供水的可靠性和管理水平。不過(guò)，基本的工藝過(guò)程沒(méi)有根本性改變。消毒一般采用氯化法。利用凝聚原理去除原水中的懸浮顆粒。水廠的處理工藝一百年來(lái)已經(jīng)比較成熟，基本上是混凝沉淀、過(guò)濾和消毒。日產(chǎn)百萬(wàn)噸以上優(yōu)質(zhì)自來(lái)水的超大型水廠也不罕見(jiàn)。而且，更加現(xiàn)代化的、大規(guī)模的新型水廠也在成批的建設(shè)中。在我國(guó)，水廠的大規(guī)模建設(shè)是從解放后開(kāi)始的，時(shí)間較短，但取得了卓越的成就。但這是小規(guī)模、家庭型的處理，范圍僅針對(duì)某個(gè)人或某個(gè)家庭。特別是在現(xiàn)代社會(huì)中，人們不僅對(duì)水的需求量與日俱增，對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。2 / 93關(guān)鍵詞：水廠濾池，恒水位 PID 控制，自動(dòng)反沖洗，協(xié)調(diào)控制 1 / 93ABSTRACTWater supply is an important industry for the people39。而在系統(tǒng)接收到反沖洗信號(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。本文從水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求和工藝特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)出了一套基于 ControlLogix 硬件和軟件系統(tǒng)的水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)。濾池是水廠常規(guī)處理凈水構(gòu)筑物的最后一道工序，濾池運(yùn)行的好壞直接影響到水廠的出水水質(zhì)。1 / 93摘要供水是一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。供水不僅要滿足管網(wǎng)壓力的需要、保證充足供水，還要求水質(zhì)明顯提高。濾池反沖洗工藝復(fù)雜，如果仍然沿用人工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進(jìn)行濾池自動(dòng)化系統(tǒng)的改造。在濾池正常過(guò)濾時(shí)，為實(shí)現(xiàn)恒水位過(guò)濾，設(shè)計(jì)了以出水流量為控制參數(shù)的濾池液位 PID 控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行了硬件設(shè)備的選型，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)硬件配置圖、I/O 模塊接線圖，并編寫(xiě)了實(shí)現(xiàn)控制算法的程序。s livelihood. Not only to meet the needs of the pipeline work pressure and to ensure adequate water supply, but also called for the improvement of water quality. As to conventional water treatment plant, filter is the last structures of water purification processes, filter run a direct impact on water quality. The process of filter backwash is plexity, if still used in manually, laborintensive, low productivity, so it is difficult to ensure the safety of this system and it must be transformed to automatic systems.In this paper, as a view of the automatic control system for the water plant filter requirements and process characteristics, the automatic control system for the water plant design of a set of hardware and software based on the ControlLogix system has been acplished. When in the normal filtrate period,in order to keep the constant level, designed the PID filter level control system which is based on the water flow parameters. When receives backwashing signals, the control system on how to enhance coordination between master PLCand onsite PLC, has been pared and optimized. According to requirements of the designed control system, the selection of hardware devices, hardware configuration, I/O module wiring diagram, procedures for the realization of control algorithm have been acplished.Keywords: water plant filter, constant water level on PID control, automatic backwashing, coordinated control 2 / 93目錄1 緒論 .................................................................................................11．1 課題研究背景 ..........................................................................................1 課題研究?jī)?nèi)容 .............................................................................................2 研究的目的和意義 .....................................................................................52 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) ............................................................7 系統(tǒng)分析 .....................................................................................................7 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì) ...............................................................................123 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ..................................................................27 濾池實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所需的設(shè)備 ...............................................................27 傳感器和執(zhí)行器的選擇 ...........................................................................33 系統(tǒng)的硬件配置及 I/O 連接圖 ...............................................................39 控制參數(shù)整定 ...........................................................................................434 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ..........................................................................47 軟件總體方案的設(shè)計(jì) ...............................................................................47 控制方案程序 ...........................................................................................495 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..........................................................................61 組態(tài)王 簡(jiǎn)介 ......................................................................................61 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì) .......................................................................................61結(jié)束語(yǔ) ..............................................................................................723 / 93參考文獻(xiàn) ..........................................................................................73致謝 ..................................................................................................74附錄 ..................................................................................................751 / 931 緒論1．1 課題研究背景水對(duì)人類而言有著非同尋常的意義，不論是日常生活，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開(kāi)水。人類對(duì)飲用水進(jìn)行處理的歷史十分悠久，超過(guò)了兩千年。而面向社會(huì)興建水廠，工業(yè)化的集中處理水的歷史還不到 200 年，特別是以快濾池為標(biāo)志的現(xiàn)代水廠更只有 110 多年歷史。目前各個(gè)城市都已興建了自己的凈水廠，基本普及了自來(lái)水。水廠和其它行業(yè)的工廠一樣，自出現(xiàn)以來(lái)不斷革新，不斷現(xiàn)代化，生產(chǎn)能力、凈化效果都不斷提高。維持如此大規(guī)模的水廠正常運(yùn)行，且要保證出廠水質(zhì)，對(duì)處理工藝和自動(dòng)化水平都提出了很高的要求?；炷齽┮话悴捎娩X鹽、鐵鹽。再進(jìn)行沉淀，過(guò)濾。近幾十年，隨著凈水理論的發(fā)展，工藝設(shè)計(jì)和處理構(gòu)筑物的形式不斷變化，各類反應(yīng)藥劑也出現(xiàn)許多新的替代品，比如:以高分子化合物作為混凝劑，臭氧或二氧化氯作為消毒劑等等。相比之下，水廠的現(xiàn)代化更主要的表現(xiàn)在自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)上。我