②基于PLC的水廠濾池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-控制方案

1、2 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)分析2.1.1V型濾池工藝過程 V型濾池是一種粗濾料濾池的一種形式，因兩側(cè)（或一側(cè)也可）進(jìn)水槽設(shè)計(jì)成V字形而得名。其主要特點(diǎn)是：（1）可采用較粗濾料較厚濾層以增加過濾周期。（2）氣、水反沖再加始終存在的橫向表面掃洗，沖洗效果好，沖洗水量大大減少。V型濾池由法國德意滿公司在七十年代發(fā)展起來的，70年代已在歐洲大陸廣泛使用，80年代后期，我國南京、西安、重慶等地開始引進(jìn)使用，90年代以來，我國新建的大、中型凈水廠差不多都采用了V型濾池這種濾水工藝，特別是廣東省新建的凈水廠幾乎都采用了V型濾池。水廠生產(chǎn)的基本工藝可分為加藥、反應(yīng)、沉淀、過濾、消毒、儲(chǔ)存、送水等幾個(gè)

2、相關(guān)過程。其中過濾過程又可分為正常過濾和濾池反沖洗兩個(gè)子過程，這兩個(gè)子過程交替運(yùn)行，相互之間間隔一定時(shí)間（24H）。工藝流程如圖2.1所示推薦精選圖2.1濾池工藝過程簡圖2.1.2V型濾池的工藝結(jié)構(gòu)及其控制原理濾池的工作狀況包括正常恒水位過濾和反沖洗控制兩種。所謂的濾池正常過濾過程就是通過濾料層將待濾水去除雜質(zhì)顆粒、細(xì)菌的過程，其主要目的是使濾后水的渾濁度達(dá)到國家飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。而濾池的反沖洗，就是先后運(yùn)行氣洗、水洗兩種清洗方式去除濾料層中的雜質(zhì)，是濾池自凈的工藝措施?，F(xiàn)將濾池的基本工藝簡圖繪制如圖2.2所示圖2.2濾池工藝結(jié)構(gòu)簡圖推薦精選恒水位過濾控制和自動(dòng)反沖洗控制工作原理：(1)濾池正

3、常過濾的工作程序 依據(jù)水池中水位的變化調(diào)節(jié)出水閥的開啟度來實(shí)現(xiàn)等速的恒水位過濾。系統(tǒng)接收到水位計(jì)的水位信號(hào)，當(dāng)水位信號(hào)高于設(shè)定的恒水位時(shí)，開大出水閥，調(diào)節(jié)閥門的開啟度；當(dāng)水位信號(hào)低于設(shè)定的恒水位時(shí)，關(guān)小出水閥，調(diào)節(jié)閥門的開啟度；當(dāng)水位信號(hào)等于恒水位時(shí)，保持出水閥開啟度。圖2.3 圖2.3恒水位過濾控制框圖 濾池水位的控制是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制過程是:具有參數(shù)可調(diào)的PID方程根據(jù)設(shè)定值和過程變量輸入之間的誤差，經(jīng)運(yùn)算后把輸出信號(hào)傳送給輸出附加處理程序，再輸出給控制閥，對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行控制。即實(shí)際水位比設(shè)定水位的值大得越多，輸出的開度就越大。開度增加的數(shù)值是由一定累積時(shí)間內(nèi)水位上升的速

4、度及實(shí)際水位和設(shè)定水位的差共同決定的。反應(yīng)為進(jìn)水流速越快，清水出水閥開度越大，。PID方程計(jì)算的目標(biāo)是把受控的過程變量保持在設(shè)定值，附加值可作為補(bǔ)償添加到輸出控制中。輸出附加處理程序是把PID方程的運(yùn)算按一定的規(guī)律輸出給清水閥。其控制方框圖如圖推薦精選(2)濾池反沖洗控制的工作程序 當(dāng)系統(tǒng)接受到手動(dòng)強(qiáng)制沖洗信號(hào)、水頭損失信號(hào)、定時(shí)沖洗信號(hào)中的任一個(gè)指令時(shí)，進(jìn)行單格濾池反沖洗。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)過濾排除，當(dāng)水位降至設(shè)定的反沖水位時(shí)（0.35m），關(guān)閉出水閥并打開排污閥，排污閥的信號(hào)到位后打開反沖氣閥，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。打開反沖水閥，

5、開啟反沖水泵，水洗6min，完成后關(guān)閉反沖水閥、停水泵，關(guān)閉排污閥、開啟進(jìn)水閥接受待濾水。當(dāng)水位升到接近過濾恒水位時(shí)，濾池反沖洗正式結(jié)束，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常的過濾程序2.1.3濾池的控制系統(tǒng)組成及控制要求 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控制器組成。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)。常見濾池都有六個(gè)閥門。進(jìn)水閥：控制水流入濾池集水渠的閥門。清水閥：控制濾后水流出濾池進(jìn)入清水管的閥門。排水閥：在集水渠另一端，用于將反沖洗的污水排出的閥門。氣沖閥：反沖洗時(shí)允許氣流對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門。排氣閥：反沖后排出殘留在氣沖管道中的氣體，防止其進(jìn)入濾層影響過濾。推薦精選水沖閥：反

6、沖洗時(shí)允許清水對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門。反沖洗系統(tǒng)一般包括：鼓風(fēng)機(jī)：用于產(chǎn)生強(qiáng)勁氣流對(duì)濾層進(jìn)行沖洗的閥門。反沖水泵：用于抽取清水對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)控制的具體實(shí)施，它從控制器接收控制命令，然后相關(guān)的繼電器接點(diǎn)閉合或斷開，電路導(dǎo)通，設(shè)備獲得動(dòng)力繼而進(jìn)行動(dòng)作。如果控制器故障，操作人員也可以通過電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制面板，對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作。PLC：可編程控制器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵，所有自動(dòng)控制的內(nèi)容都由控制器編程實(shí)現(xiàn)，濾池的控制與其它陳建略有不同，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。為了降低控制器故障的風(fēng)險(xiǎn)性，可以采取集中、單獨(dú)控制器共同工作的方式，這是濾池控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨

7、勢(shì)。濾池控制系統(tǒng)的控制任務(wù)就是控制過濾、反沖洗和兩者交替，目的就是保障過濾后水的濃度符合要求。過濾時(shí)要求維持一定的濾速。本設(shè)計(jì)水廠濾池部分由8個(gè)V型濾池組成，每個(gè)濾池尺寸為6m×6m×6m,濾料采用單層1.4m加厚均粒石英砂濾料。設(shè)計(jì)濾速為9m/h，氣沖強(qiáng)度為15.3L/s·，水沖強(qiáng)度3.8L/s·。每格濾池設(shè)置一個(gè)現(xiàn)場PLC，主要功能是完成濾池的自動(dòng)反沖洗和恒水位過濾控制。在正常的過濾條件下，生產(chǎn)工藝要求將水位的波動(dòng)限制在400±2的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)等速恒水位過濾。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

8、去除濾料層的雜質(zhì)。按要求，每次只有一格濾池反沖洗，當(dāng)多格濾池同時(shí)要求反沖洗時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按照先進(jìn)先出的原則排隊(duì)進(jìn)行。推薦精選濾池正常過濾時(shí)，為實(shí)現(xiàn)恒水位過濾，設(shè)計(jì)以出水流量為控制參數(shù)的濾池液位PID控制系統(tǒng)。在中控室設(shè)置主控PLC，其主要的功能是負(fù)責(zé)和現(xiàn)場的PLC通信，收集反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)等反沖洗設(shè)備信號(hào)，協(xié)調(diào)各格濾池的反沖洗。2.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.2.1濾池自控方案根據(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，分別控制這個(gè)濾格在正常過濾狀態(tài)下和反沖洗狀態(tài)下的運(yùn)行。(2) 給每個(gè)濾池的PLC編制運(yùn)

9、行程序(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，或水頭損失的大小自動(dòng)和穩(wěn)定的運(yùn)行(4) 每個(gè)濾池的反沖洗，均可在兩種狀態(tài)下進(jìn)行：自動(dòng)反沖洗半自動(dòng)反沖洗。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。(5) 各濾格的PLC運(yùn)行均由一臺(tái)主控PLC控制。主PLC和各部分PLC既聯(lián)系又獨(dú)立，在正常運(yùn)行時(shí)，他們各司其職，統(tǒng)一運(yùn)行。如果一旦主PLC發(fā)生故障，并不會(huì)影響到各格濾池的正常運(yùn)行。同時(shí)，還能把濾池的各信號(hào)，如濾池后水流量、濁度以及濾池的各個(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。推薦精

10、選(6) 濾池的控制操作和數(shù)據(jù)顯示：使用一臺(tái)PC機(jī)作為上位機(jī)，配有專為用戶開發(fā)的監(jiān)控軟件。(7) 采用西門子公司的PLC系列產(chǎn)品，以保證濾池運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠。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)場分控部分。主控部分由一臺(tái)主控PLC，一臺(tái)主控上位機(jī)組成，主控PLC負(fù)責(zé)和現(xiàn)場PLC的通信和氣水反沖洗的協(xié)調(diào)控制，上位機(jī)用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話：每個(gè)現(xiàn)場PLC負(fù)責(zé)管理每個(gè)濾池恒水位運(yùn)行和自動(dòng)反沖洗。整個(gè)濾池的運(yùn)行可以在以下三種方式下工作：(1)半自動(dòng)控制(2)PLC自動(dòng)控制(3)上位機(jī)遠(yuǎn)程控制。其拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)如2.4 所示圖2.4濾池自控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D推薦精選2.2.2 PID控制算法的基本原理

11、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。PID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。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)控制過程中，模擬量的PID（比例、積分、微分）調(diào)節(jié)是常見的一種控制方式，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的變種，又具有較強(qiáng)的靈活性和適

12、用性。PLC作為一種新型的工業(yè)控制裝置，在科研、生產(chǎn)、社會(huì)生活的諸多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。大型的可編程控制器配置過程控制模塊可同時(shí)對(duì)幾十路模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制，單造價(jià)昂貴。一般中小型PLC控制系統(tǒng)只對(duì)一路或幾路模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制。硬件上只需配備A/D及D/A轉(zhuǎn)換模塊，軟件可購買廠家提供的PID編程功能模塊。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.5所示，系統(tǒng)由模擬PID和被控對(duì)象組成。推薦精選圖2.5模擬PID系統(tǒng)原理框圖濾池恒水位控制技術(shù)的發(fā)展非常迅速，從模擬PID、數(shù)字PID到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、再發(fā)展到智能控制，每一步都使控制的性能得到改善。在現(xiàn)有的濾池控制系統(tǒng)方案中，PID控制應(yīng)用最多

13、，也最具有代表性。在PID控制算法中，存在著比例、積分、微分三種控制作用。(1)比例控制作用： 比例控制即成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)E(t),系統(tǒng)誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，便被PID控制的對(duì)象朝著減小誤差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)Kp。缺點(diǎn)是對(duì)于具有自平衡能力的被控對(duì)象存在靜差。加大Kp可減少靜差，但Kp過大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)增大，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性變壞。(2)積分控制作用 能對(duì)誤差進(jìn)行記憶并積分，有利于消除系統(tǒng)的靜差。不足之處在于積分作用具有滯后特性，積分作用太強(qiáng)會(huì)使被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，以至于導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。(3)微分控制作用通過對(duì)誤差進(jìn)行微分，能感覺出誤差

14、的變化趨勢(shì)。增大微分控制在作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小。缺點(diǎn)是對(duì)干擾同樣敏感，是系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力降低。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。因?yàn)槠渌惴ê唵危瑓?shù)調(diào)整方便，并且有一定的控制精度，因此它成為當(dāng)前最為普遍采用的控制算法。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：推薦精選 E(t)=R(t)C(t) （2.1） 將偏差的比例、積分、微分通過組合構(gòu)成控制量對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其控制規(guī)律為： （2.2）上式中：Kp是控制器的比例系數(shù) 是控制器積分時(shí)間常數(shù) Td是控制微分時(shí)間常數(shù) E(t)是系統(tǒng)設(shè)定值和被控量之差

15、U(t)是控制器輸出上式為模擬量表達(dá)式，而PLC程序只能處理離散數(shù)字量，因此，必須將連續(xù)形式的微分方程化成離散形式的差分方程。令 （2.3）由此可得位置式數(shù)字PID算法： （2.4）推薦精選式中：T為采樣周期，Kp為比例增益系數(shù)，Ki=KpT/Ti稱為積分系數(shù)，Kd=KpTd/T稱為微分系數(shù)，U(K)是E(KT)的簡寫。位置式算法對(duì)偏差進(jìn)行累加，然后給出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置控制量。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)過程中是不允許的。不難得到：（2.5）將式（）與式（）相減即可得到增量控制算法：（2.6）增量式PID控制算法是對(duì)偏差增量進(jìn)行處理，然后輸出控制量

16、的增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量，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。2.2.3現(xiàn)場濾池控制器 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。一般的液位控制是由調(diào)節(jié)閥來完成的，以來自液位計(jì)的液位信號(hào)作為反饋信息，推薦精選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2.6所示。一般PLC都可以實(shí)現(xiàn)PID功能。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

17、的動(dòng)作。這種控制實(shí)現(xiàn)簡單，效果很好，可以十分精確的控制液位。圖2.6濾池液位控制圖但是在凈水廠濾池中，對(duì)液位的精度要求不高，無需將液位穩(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。此時(shí)，可以用開關(guān)閥替代調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)液位，降低投資成本。 開關(guān)閥的液位控制仍然適用閉環(huán)反饋的基本原理，但具體情況與調(diào)節(jié)閥的有很大不同。開關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有兩個(gè)，一個(gè)開閥，一個(gè)關(guān)閥，兩者都是開關(guān)量，只要持續(xù)為ON，閥門就會(huì)持續(xù)動(dòng)作，直到全開或全關(guān)，不會(huì)始終保持在一個(gè)位置上；而調(diào)節(jié)閥是由一個(gè)模擬量的開度信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，閥門隨著該信號(hào)的變化而動(dòng)作，若信號(hào)不變，閥門位置不變。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

18、無效。通過PLC計(jì)算得出閥門位置的機(jī)制也就不再適用，需要重新設(shè)計(jì)。最簡單的辦法是采用雙位調(diào)節(jié)，即液位高于設(shè)定時(shí)，關(guān)閉閥門:低于設(shè)定時(shí)，打開閥門。此方法非常容易實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)也非常突出:它的動(dòng)作非常頻繁。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。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。所以，該方法不能直接使用。推薦精選雙位調(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。根據(jù)比例環(huán)節(jié)比例系數(shù)對(duì)過渡過程的影響(圖2.7所示)，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

19、高，工作周期縮短。這就是雙位調(diào)節(jié)導(dǎo)致閥門頻繁開關(guān)的原因。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。下面談?wù)勅绾螌?shí)現(xiàn)。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。如果對(duì)這個(gè)動(dòng)作時(shí)間作出限制，就可以對(duì)閥門開度進(jìn)行控制。這首先要求電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改變。一般的開關(guān)閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由連鎖的，只要?jiǎng)幼餍盘?hào)一給出，不管是否保持，閥門都要持續(xù)動(dòng)作到底(關(guān)死或開足)，不會(huì)中途停止。也就是說，閥門每次的動(dòng)作時(shí)間都是相同的，不可更改。所以，要控制動(dòng)作時(shí)間，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中就不能有連鎖。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。 然而，僅僅縮短一次性動(dòng)作時(shí)

20、間仍然不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。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。情況跟先前并沒什么不同，只是由一次動(dòng)作變?yōu)槎啻蝿?dòng)作了，頻繁性沒有得到根本的改變。單純的比例控制在對(duì)付滯后系統(tǒng)時(shí)確實(shí)很困難。參考常被應(yīng)用在較強(qiáng)的滯后系統(tǒng)中的采樣推薦精選PID，它通過延長反饋信號(hào)的采樣周期，延緩PID輸出的更新頻率，以適應(yīng)系統(tǒng)的滯后性。這個(gè)方法應(yīng)用在本例中，也得到了很好的效果。采樣周期和動(dòng)作時(shí)間的結(jié)合，極大降低了閥門的動(dòng)作頻率，系統(tǒng)也更加穩(wěn)定了。這樣，對(duì)雙位調(diào)節(jié)增加兩個(gè)時(shí)間控制，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)閥對(duì)液位的調(diào)節(jié)。具體兩個(gè)時(shí)間如何確定，可以先估算，再具體

21、調(diào)試。首先估算濾速，平均的濾速v可通過2.7式求得: (2.7)以某日產(chǎn)量為14.4萬噸為例：假設(shè)這個(gè)速度是在閥門90%開啟度的時(shí)候達(dá)到的，那么閥門每改變百分之一的開度，對(duì)濾速的影響為0.006厘米/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0.58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。閥門的動(dòng)作時(shí)間也不必很長，有整個(gè)開啟(或關(guān)閉)時(shí)間的5%即可。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)。 至此，液位控制己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，但仍然可以進(jìn)一步優(yōu)化該控制，繼續(xù)減低閥門的動(dòng)作頻率。當(dāng)液位變化的趨勢(shì)(上升或下降)與控

22、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)。所以，如果能夠判斷液位的變化趨勢(shì)，就可以進(jìn)一步減少閥門動(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)備更新。這樣就可以對(duì)連續(xù)兩次采樣的值作一個(gè)比較，判斷液位的升降。之后再結(jié)合液位情況，確定閥門是否動(dòng)作。比如:液位高于設(shè)定值，而正處于下降狀態(tài)，則閥門不動(dòng)作。相應(yīng)的，液位低于設(shè)定而正在上升，閥門也不動(dòng)作。推薦精選2.2.4現(xiàn)場控制器與反沖洗控制器的協(xié)調(diào)先從反沖洗的一般過程說起。在一般濾池系統(tǒng)的六個(gè)閥門中，進(jìn)水閥、清水閥和排氣閥在過濾時(shí)應(yīng)打開，而氣沖閥、水沖閥和排水閥則應(yīng)關(guān)閉。在反沖洗時(shí)，進(jìn)水、清

23、水、排氣閥關(guān)閉，氣沖、水沖、排水閥打開。所以，反沖洗過程會(huì)伴隨著一系列的開閥關(guān)閥動(dòng)作。具體過程是這樣的:得到信號(hào)開始反沖洗后，首先關(guān)閉進(jìn)水閥，并將清水閥開至最大，液位加速下降，濾池即將真正退出過濾。液位足夠低時(shí)，關(guān)閉排氣閥，打開排水閥，準(zhǔn)備開始沖洗。一般的沖洗包括氣沖、氣水沖和水沖，先開氣沖閥，開至一半時(shí)，開鼓風(fēng)機(jī)，氣沖開始。一定時(shí)間后，開水沖閥，半開時(shí)啟動(dòng)第一臺(tái)水沖泵，進(jìn)行氣水沖。再過一定時(shí)間，關(guān)鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)氣沖閥，開第二臺(tái)水沖泵，僅作水沖。到時(shí)間后，停掉兩臺(tái)水沖泵，關(guān)閉水沖閥，關(guān)閉排水閥，沖洗結(jié)束。最后，打開排氣閥、進(jìn)水閥，等液位升到一定高度，打開清水閥，進(jìn)入過濾。整個(gè)過程，如圖2.7所示。

24、這樣一個(gè)繁瑣的過程，要由兩套控制器共同完成，一套(濾池控制器)控制閥門，另一套(反沖洗系統(tǒng)控制器)控制鼓風(fēng)機(jī)和水泵，它們之間的協(xié)調(diào)與溝通至關(guān)重要，需要約定一個(gè)可靠的溝通機(jī)制。基本上，這個(gè)機(jī)制就是一系列的標(biāo)識(shí)，用來向其它控制器表明自己當(dāng)前的狀態(tài)。這些標(biāo)識(shí)作為信號(hào)在通訊網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，以推薦精選“0” 、“1”表示。當(dāng)濾池或反沖系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)標(biāo)識(shí)置門置“1” ，向另一控制器發(fā)送，當(dāng)這一狀態(tài)結(jié)束時(shí)，標(biāo)識(shí)清零，再向另一控制器發(fā)送。標(biāo)識(shí)的值隨著狀態(tài)的變化而變化。一般的通訊溝通都圖2.7調(diào)整前的反沖洗過程要求接收方返回一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，表明正確收到被發(fā)送信號(hào)，以備信號(hào)在傳送過程中丟失。但這里無須考慮此問

25、題，因?yàn)檫B接控制器的網(wǎng)絡(luò)自身的通訊協(xié)議己能夠確保信號(hào)傳送的可靠性。推薦精選 下面再討論一下標(biāo)識(shí)的設(shè)立。首先，不能有兩個(gè)濾池同時(shí)進(jìn)入反沖洗，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。因此，要建立一個(gè)標(biāo)識(shí)，表明有濾池在反沖洗時(shí)，其它濾池不能進(jìn)行反沖洗，以阻止濾池控制器控制濾池進(jìn)入反沖洗狀態(tài)。接著，當(dāng)氣沖閥打開后，要有一個(gè)標(biāo)識(shí)，傳遞給反沖洗系統(tǒng)控制器通知它開鼓風(fēng)機(jī)。同樣，還要有一個(gè)標(biāo)識(shí)，通知反沖洗系統(tǒng)控制器開水沖泵。在鼓風(fēng)機(jī)和水沖泵停止后，又分別要有一個(gè)標(biāo)識(shí)，通知濾池控制器關(guān)閉氣沖閥和水沖閥。這一系列的標(biāo)識(shí)，就是兩套控制器之間實(shí)現(xiàn)溝通協(xié)調(diào)的方法。然而，若不對(duì)反沖洗的過程作一些調(diào)整，這

26、種方法會(huì)十分復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。原因如下:上述的標(biāo)識(shí)只是一部分，實(shí)際的工程中還涉及了故障報(bào)警，故障處理等問題，需要添加大量標(biāo)識(shí)。這不但很大的提高了工作的復(fù)雜程度，還很難保證遇到突發(fā)故障時(shí)的有效處理，整個(gè)溝通過程將會(huì)設(shè)計(jì)的很龐大、復(fù)雜。而且當(dāng)系統(tǒng)中不只有兩臺(tái)控制器時(shí)，標(biāo)識(shí)個(gè)數(shù)又會(huì)成倍增加，尤其在大系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，如此數(shù)量龐大的標(biāo)識(shí)使溝通的編程實(shí)現(xiàn)十分困難。 要減少表明濾池或反沖洗系統(tǒng)所處狀態(tài)的標(biāo)識(shí)，須從反沖洗過程入手，減少須要向其他控制器傳達(dá)的中間狀態(tài)。經(jīng)過與老師和同學(xué)的討論，可以對(duì)原先的反沖洗過程作一些修改，以得到一套簡化許多的通訊方案。原先溝通機(jī)制過于復(fù)雜的原因在于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。新的方案則可以減少這種條件，使通訊大為簡化。調(diào)整后的反沖洗過程可分為三個(gè)階段:反沖洗前的開、關(guān)閥階段，反沖洗階段，