【正文】 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 1進(jìn)水氣動(dòng)隔膜閥； 2方孔； 3堰口； 4側(cè)孔； 5V 型槽； 6小孔； 7給水渠； 8氣、水分配渠； 9配水力孔； 10配氣小孔； 11底部空間； 12水封井； 13出水堰； 14清水堰； 15投水閥； 16潛水閥；17進(jìn)水閥； 18沖洗水閥 圖 24 V 型濾池結(jié)構(gòu) 沖洗順序如下 :首先關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén) 1，但二側(cè)方孔 2 常開(kāi)所以任然有一部分水繼續(xù)進(jìn)入 V 型槽并經(jīng)槽底小孔 6 進(jìn)入濾池，然后開(kāi)啟排水閥 15 將池面水從排水槽中排出直至濾池水面與 V 型槽頂端齊平。其中，三步反沖洗順序如下：（ 1）啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，打開(kāi)進(jìn)氣閥 17，空氣經(jīng)氣水分配渠 8 的上部小孔 10 均勻流入濾池底部，由長(zhǎng)柄濾頭噴出，將濾料表面雜質(zhì)擦下并且懸浮于水中。（ 2）啟動(dòng)沖洗水泵，打開(kāi)閥門(mén) 18，此時(shí)空氣和水同時(shí)進(jìn)入氣、水分配渠，再經(jīng)方孔 9 和小孔 10 和長(zhǎng)柄濾頭均勻進(jìn)入濾池，使濾料得到進(jìn)一步?jīng)_洗，同時(shí)，橫向沖洗仍在進(jìn)行。（ 4）排水閥 15 關(guān)閉，進(jìn)水閥 1 打開(kāi)，恢復(fù)自動(dòng)過(guò)濾。 V 型濾池的組成以及控制任務(wù) V 型濾池控制系統(tǒng)一般由受控設(shè)備、電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 PLC 組成。如圖 12所示濾池閥門(mén)有以下幾個(gè)： 進(jìn)水閥：控制水流進(jìn)入濾池集水渠的閥門(mén)； 排水閥（排污閥）：在集水渠的另一端，用于將反沖洗后的污水排出濾池； 清水閥（濾后水閥）：控制濾池過(guò)濾后的清水進(jìn)入清水管的閥門(mén)； 氣洗閥：反沖洗時(shí)，控制氣流對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門(mén)； 水洗閥：反沖洗時(shí)，控制水流對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門(mén)； 排氣閥：反沖洗后排出殘存在氣沖管道中的氣體，防止其進(jìn)入濾池影響過(guò)濾的閥門(mén)。 電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)控制的具體實(shí)施，它從控制器（ PLC 等）接收命令，相關(guān)的繼電器動(dòng)作，其觸電閉合或者斷開(kāi)，控制回路導(dǎo)通或關(guān)斷。 PLC 是控制的關(guān)鍵，控制的內(nèi)容都由其實(shí)現(xiàn)。過(guò)濾時(shí)，要維持一定的濾速，通過(guò)控制濾池液位來(lái)體現(xiàn)，把液位控制在一定的范圍內(nèi)。反沖洗時(shí) ，可以按照時(shí)間定時(shí)反沖洗，當(dāng)濾后水質(zhì)水頭損失不滿(mǎn)足要求時(shí)，啟動(dòng)反沖洗過(guò)程。啟動(dòng)反沖洗可以人為操作或由控制器進(jìn)行控制。也可以通過(guò)相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行取樣分析，把結(jié)果送控制器，根據(jù)程序要求決定是否進(jìn)行反沖洗。具體在后面的仿真中得到體現(xiàn)。由于水閥全開(kāi)，瞬時(shí)進(jìn)水量上下波動(dòng)比較大，要通過(guò)控制濾后水閥的開(kāi)啟度，以達(dá)到濾池液位的恒定。在傳統(tǒng)的控制中，往往依靠工作人員的目測(cè)估計(jì)液位高低，進(jìn)而手動(dòng)操作濾后閥門(mén)的開(kāi)啟度，以求達(dá)到水位的穩(wěn)定，顯然這種方法不能滿(mǎn)足自動(dòng)化和一定的精度要求。如圖 31 所示。其步驟如下： 關(guān)閉進(jìn)水閥，全開(kāi)濾后水閥，將濾池水排空； 當(dāng)液位水下降至 ，關(guān)閉濾后水閥，打開(kāi)排污閥，打開(kāi)排氣閥，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣洗； 維持 6min 關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉氣洗閥，打開(kāi)水洗閥對(duì)濾池進(jìn)行水洗； 維持 6min 關(guān)閉水洗閥，維持系統(tǒng)靜止 6min。 系統(tǒng)接到對(duì)某池進(jìn)行反沖洗的指令后進(jìn)入排水階段，先關(guān)閉進(jìn)水閥，把濾池的水位降至預(yù)置水位 ，然后關(guān)閉出水閥，打開(kāi)排水閥；排水閥打開(kāi)后，濾池進(jìn)入氣沖洗階段，這時(shí)氣沖計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，排氣閥打開(kāi)，同時(shí)風(fēng)機(jī)起動(dòng)、風(fēng)機(jī)出口閥打開(kāi)，當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，打開(kāi)氣沖閥，同時(shí)關(guān)閉排氣閥；氣沖洗時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，氣水混合洗計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，反沖水閥被打開(kāi)，同時(shí)起動(dòng)反沖水泵，打開(kāi)水泵出口閥，濾池進(jìn)入氣水混合反沖洗狀態(tài)；氣水混合反沖洗時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，水洗計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)反沖洗丁家根：基于 PLC 水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，水洗計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，反沖氣 閥被關(guān)閉，排空風(fēng)管余氣，同時(shí)停風(fēng)機(jī)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)出氣閥，濾池進(jìn)入水沖洗狀態(tài)；水沖洗時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值后，關(guān)閉反沖水閥，同時(shí)停止反沖水泵，關(guān)閉水泵出口閥，最后關(guān)閉排水閥，打開(kāi)進(jìn)水閥，濾池進(jìn)入進(jìn)水狀態(tài)，當(dāng)水位上升到恒水位過(guò)濾位置時(shí)，自動(dòng)反沖洗完成，該池轉(zhuǎn)入正常的過(guò)濾程序。 綜上所述，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。 如圖 32 所示。本章節(jié)主要介紹液位的控制。比例控制可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，能夠迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差；積分控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差控制；微分控制可以減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。從而，可以直接使用開(kāi)關(guān)閥作為水閥來(lái)調(diào)節(jié)液位。根據(jù)程序給定和液位計(jì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較，決定相關(guān)閥門(mén)的啟閉。 開(kāi) 始 采 樣低 于 低 限 ?高 于 高 限 ?液 位 上 升 ?液 位 下 降 ?關(guān) 清 水 閥開(kāi) 清 水 閥NNYNYYN 圖 41 液位控制簡(jiǎn)圖 丁家根：基于 PLC 水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) IV 通過(guò)液位計(jì)從濾池采樣到的模擬信號(hào)作為反饋值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)判斷是否超出預(yù)先設(shè)定范圍，若不在該范圍內(nèi)，再進(jìn)行液位升降判斷，決定閥門(mén)是否動(dòng)作。在其他情況下，閥門(mén)不改變狀態(tài)。所以，必須通過(guò)相關(guān)程序加以解決。一個(gè)加在采樣之前，使采樣每掃 描周期一次變?yōu)闆](méi)定時(shí)周期一次。另外一個(gè)定時(shí)器加在開(kāi)、關(guān)閥命令中，將每次開(kāi)、關(guān)閥時(shí)間限定在較短的時(shí)間內(nèi)。 第 5 章 濾池反沖洗控制 濾池是水處理工藝中重要的環(huán)節(jié)，而濾池過(guò)濾能力的再生，是濾池高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。 反沖洗控制 是本設(shè)計(jì)一個(gè)重要的方面，它的實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，前面敘述也提到了它。主要有兩種途徑：上位機(jī)下達(dá)的命令以及反沖洗條件滿(mǎn)足時(shí)自動(dòng)進(jìn)行反沖洗。在水頭損失的判斷中，除了檢查阻塞值外，還要有三個(gè)條件：清水閥開(kāi)到最大、液位超高、過(guò)濾時(shí)間不少于 15h，其目的是防止濾池頻繁反沖洗，造成一定的浪費(fèi)。且反沖洗定時(shí)間隔為 24h。 反沖洗過(guò)程比較繁瑣，有一系列開(kāi)關(guān)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)、開(kāi)關(guān)泵的命令。 在編制梯形圖時(shí)候，對(duì)開(kāi)關(guān)閥的條件必須嚴(yán)格限制，避免錯(cuò)誤的、不適合的開(kāi)關(guān)閥命令，大量的閥門(mén)故障時(shí)需要報(bào)警裝置。它發(fā)生后，應(yīng)該反沖洗結(jié)束且進(jìn)入正常過(guò)濾狀態(tài)，但不允許其他濾格進(jìn)行反沖洗。 濾池包括沖洗泵房 ，濾格均質(zhì)濾料濾池，采用恒水位過(guò)濾、氣水聯(lián)合沖洗，沖洗效果良好。濾池相關(guān)閥門(mén)采用開(kāi)關(guān)閥。 在濾池控制中有五個(gè)常見(jiàn)的閥門(mén)。而排污閥、反沖洗水閥、反沖洗氣閥關(guān)閉；在反沖洗過(guò)程中閥門(mén)狀態(tài)剛好相反。液位降至設(shè)定的反沖洗水位 ，關(guān)閉出水閥，打開(kāi)排污閥，隨后開(kāi)始進(jìn)行反沖洗。氣沖時(shí)間到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間（ 6min）后，水沖計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)， 關(guān)閉氣沖閥，排除空風(fēng)管余氣，停止風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)出口閥關(guān)閉；打開(kāi)反沖水閥，啟動(dòng)反沖水泵，打開(kāi)水泵出口閥，濾池進(jìn)入水洗狀態(tài)。最后，關(guān)閉排污閥，打開(kāi)進(jìn)水閥，濾池進(jìn)入進(jìn)水狀態(tài)，當(dāng)水位上升到恒水位過(guò)濾位置（ ）時(shí)，自動(dòng)反沖洗完成，該池轉(zhuǎn)入正常的過(guò)濾程序，出水閥打開(kāi)。 一、 反沖洗水泵一步化啟停設(shè)計(jì)： （ 1） 反沖洗水泵、出水閥聯(lián)動(dòng)一步化控制功能 ? 泵機(jī)開(kāi)啟過(guò)程 a) 開(kāi)泵命令 b) 檢查出水氣動(dòng)碟閥是否關(guān)到位，若沒(méi)則關(guān)到位 c) 啟動(dòng)水泵電 機(jī) d) 泵機(jī) ―運(yùn)行 ‖信號(hào)到，延時(shí)時(shí)間到打開(kāi)氣動(dòng)蝶閥 e) 氣動(dòng)蝶閥開(kāi)到 ―全開(kāi)位 ‖ ? 泵機(jī)關(guān)閉過(guò)程： a) 關(guān)泵命令 b) 關(guān)出水氣動(dòng)閥碟 c) 氣動(dòng)閥碟到 ―全關(guān)位 ‖ d) 停水泵電機(jī) （ 2） 濾池自動(dòng)反沖洗控制 主要有排序沖洗、自由沖洗和強(qiáng)制沖洗。強(qiáng)制沖洗可以認(rèn)為是在人機(jī)界面直接下達(dá)沖洗的命令。 接下來(lái)討論反沖洗故障檢測(cè)和保護(hù)等內(nèi)容。 （ 2） 過(guò)電流故障 反沖洗水泵電機(jī)電流大于額定電流時(shí)，立刻關(guān)閉水閥門(mén)和停止 水泵工作，同 時(shí)相應(yīng)開(kāi)關(guān)接通，以示警告。 （ 4） 電氣故障 反沖洗水泵電機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行后，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不到位，運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失5s 為電氣故障， PLC 停止工作，啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。 （ 2） 關(guān)閥門(mén)故障 開(kāi)閥指令發(fā)出后，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)閥門(mén)出現(xiàn)故 障， PLC 作開(kāi)閥故障，立即切斷該閥門(mén)電源，對(duì)反沖洗水泵停電保護(hù)，并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 2） 過(guò)電流故障 鼓風(fēng)機(jī)電流大于額定電流時(shí)，立即關(guān)閉水閥門(mén)和停止水泵工作，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 4） 電氣故障 鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失 5s 為電氣故障， PLC停止工作，啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。且選用的 PLC 為我所熟悉的三菱 FX2N 系列產(chǎn)品。 PLC 基本知識(shí)及其工作原理 可編程序控制器 (Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱(chēng) PLC。隨著 PLC 的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。 (2)簡(jiǎn)單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)，編程不需要高級(jí)語(yǔ)言。 (4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。 (6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場(chǎng)。 (8)有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。 (10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí)，仍可改在另一現(xiàn)場(chǎng)使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。掃描是一種形象化的術(shù)語(yǔ)，用來(lái)描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過(guò)程。 PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶(hù)程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè) CPU 每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè) 操作，因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個(gè)操作，這種需要處理多個(gè) 作業(yè)時(shí)依次按順序處理的工作方式稱(chēng)為掃描工作方式。順序掃描的工作方式是 PLC 的基本工作方式，它簡(jiǎn)單直觀，方便用戶(hù)程序設(shè)計(jì)，為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了有利保證。 PLC 工作過(guò)程分為以下五步： (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(shí)能盡快 的修復(fù)，為此 PLC 每次掃描用戶(hù)程序以前都對(duì) CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。在與編程器通信過(guò)程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。 (3)輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。 (4)解算用戶(hù)邏輯 即執(zhí)行用戶(hù)程序。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。 (5)輸出結(jié)果 將本次的掃描過(guò)程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱(chēng)為輸出刷新。驅(qū)動(dòng)用戶(hù)輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 為了維持濾池正常工作時(shí)恒水位，所以液位計(jì)的選型很重要。故近年來(lái)受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞。 安裝一前首先確認(rèn)液位計(jì)探頭和它的測(cè)量終端間距， LU13 超聲波液位計(jì)允許的最大電纜長(zhǎng)度為 30m，而且要求電纜必需全部屏蔽。 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。前些年大都用差壓變送器，在濾料上下引壓，但由于差壓變送器及三閥組安裝維護(hù)相對(duì)麻煩，且差壓變送器的安裝位置受一定限制，近年來(lái)采用壓力變送器較多，在 單格濾池出水閥前取壓由計(jì)算機(jī)將液位值與壓力值相減后得出水頭損失，效果不錯(cuò)。 YZD1 擴(kuò)散硅壓力變送器選用國(guó)外進(jìn)口擴(kuò)散硅壓力芯片作敏感元件，性能穩(wěn)定可靠，抗過(guò)載能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測(cè)量和控制?？砂匆笥喼品菢?biāo)準(zhǔn)量程、輸出形式和壓力接口形式。 表 61 YDZ1 電氣連接方式及其主要技術(shù)指標(biāo) 電氣連接方式 插頭座號(hào) 導(dǎo)線顏色 線數(shù) 4 3 2 4 3 2 輸入正端 1 1 1 紅 紅 紅 輸出信號(hào)正端 2 2 2 藍(lán) 藍(lán) 藍(lán) 輸出信號(hào)負(fù)端 3 4 / 白 黃 / 輸入正端 4 4 / 黃 黃 / 此外，本設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)潔，閥門(mén)使用開(kāi)關(guān)閥。所使用的 I/O 均為開(kāi)關(guān)量。 I/O 地址分配表如表 52 所示。將正常的恒水位過(guò)濾過(guò)程采用梯形圖的主程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)主程序的邏輯判斷來(lái)調(diào)用氣水反沖洗過(guò)程的子程序。 濾池正常過(guò)濾恒水位程序設(shè)計(jì) 正常濾水工作期間，每個(gè)濾池在現(xiàn)場(chǎng) 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)整出水閥的啟閉，保證濾池恒水位運(yùn)行。 濾池反沖洗控制程序設(shè)計(jì) 反沖洗啟動(dòng)條件有三個(gè)：人機(jī)界面進(jìn)行反沖洗，屬于強(qiáng)制反 沖洗；定時(shí)反沖洗；按水頭損失情況進(jìn)行反沖洗。程序如下： LD M100 ANI Y12 ANI T250 ANI C100 OUT T250 K1000 LD T250 RST T250 OUT C100 K864 LD C100 OUT M101 LD M100 ANI C101 ANI T251 OUT T251 K1000 LD T251 OUT C101 K540 RST T251 LD C101 OUT M102 LD X3 OR M101 OR Y12 AN