自动控制系统在自来水厂中的应用

总结， 极大浪费人力与物力。此时就需要一种简单、稳定、适应性强的控制方式， 些正是 PID 控制的优势所在。PID 控制有三个基本参数比例 （P）、积分 （I）、微分 （D）， 使用中一般只需调整这三个基本参数即可。这三个参数的合理设置可满足大多数工业上的精确控制。PID 调节属于闭环控制 ， 可根据现场反馈信息自动调整 ，消除偏差 ， 有相当高的稳定性。

现场控制站利用 PLC 控制设备状态 ，PLC 有相关的PID 指令。控制方程如下 ：

比例调节使偏差值与控制输出成比例关系[2]，控制系统出现偏差时，比例增益立即产生作用，调整偏差。当没有偏差时，比例增益作用消失。提高比例增益，可以加快响应速度，缩短调整时间。但过大的比例会导致系统稳定性下降。积分调节的作用是消除稳态误差。若误差存在，积分调节就持续进行。当误差消失，积分调节停止，输出一个固定值。积分调节一般不独立使用 ，常与比例调节一起组成 PI 控制器。微分调节的输出与偏差的变化速度成正比，对偏差变化的趋势具有预见性，可有效减少超调和最大偏差值。微分是根据变化率进行调节，当偏差值不再变化时，输出为零。微分调节常与另外两种调节方式组合使用，形成 PD 或 PID 控制器。

（二）滤池恒水位

滤池共有 4 格 ， 每格滤池均安装一台液位计 ， 实时监测上传液位信息。如图1所示 ， 每格滤池滤后出水口有一个可以调整开度的气动调节阀 ， 使用 4-20ma信号控制。

在生产过程中，为保证较好的过滤效果，滤池液位要保持恒定。要使滤池液位恒定，最理想的状态是进、出水都保持恒定。但是城市管网对自来水的需求量随时间变化，导致进、出水量不可能保持恒定。另外滤池过滤的作用是将水中的悬浮杂质截留在滤料层中，减小出水浊度。当滤料层中的悬浮杂质增多，滤池的水头损失就会逐渐增大，导致出水阀在相同开度时出水量逐渐减少。这两个因素都会导致滤池液位的不稳定，影响过滤效果。此时使用 PID 控制器就可以比较实际液位与设定的液位，计算出出水调节阀的开度，通过控制阀门调整出水量，使进、出水量相同，达到恒定液位的目的。

（三） 滤池自动反冲洗

当滤池水头损失增加到一定值，滤池的过滤效果会明显变差，此时需要进行反冲洗，将滤料层中的悬浮杂质排出，恢复滤池的过滤功能。滤池自动反冲洗流程参见表1所示。

1、排水阶段：关进水闸，开出水调节阀（100%），将池中的清水滤出，避免反冲時浪费。当液位低于80cm 时关出水调节阀。

2、气洗阶段：开反冲洗排水闸、开第一台反冲洗鼓风机，反冲洗鼓风机正常启动后开反冲洗进气阀。延时 10 秒，开第二台反冲洗鼓风机。同时开进水闸，进行表面冲洗。3min （中控室可调整 ） 后气洗结束。

3、气、水合洗阶段：开第一台反冲洗泵，反冲洗泵正常启动后开反冲洗进水阀。4min（中控室可调整 ）后关反冲洗进气阀，逐台关闭反冲洗鼓风机。

4、水洗阶段：开第二台反冲洗泵，5min（ 中控室可调整 ）后水洗结束，关反冲洗进水阀、逐台关闭反冲洗泵、开进水闸门，恢复过滤状态。

（四） 程序设计如下

1、 运行模式介绍[5]

每个滤格都有 3 种运行模式 ， 分别是维护、停止、运行。当某个滤格设备有问题 ， 需要维修时 ， 将滤格置于维护模式。只有在此模式下才可通过现场控制站的触摸屏控制滤格的某个设备 ， 其他两种模式均由程序自动控制。考虑到此模式下可能正在对滤格设备进行维修 ，程序里不允许对任何滤格进行自动反冲洗。当不使用某个滤格时 ， 可将其切换至停止模式 ， 此时所有闸门、阀门均关闭 ， 也不能进行任何操作。运行模式下滤池正常过滤 ， 自动实现恒水位控制与反冲洗。

2、恒水位控制

滤池处于运行模式，正常过滤时，恒液位控制自动运行。PID 控制器根据液位设定与实际液位计算并控制出水调节阀，调整出水量，保持进出水量平衡。

当管网供水有变化时，取水泵房需根据情况增减一台水泵，或某个滤格刚开始反冲洗时，滤格的进水量会有一些变化，需要较快地调整开度。而多数情况下，格的进水量保持恒定，而滤格的水头损失短时间内变化不大。鉴于此种情况，为减少调节阀动作次数，可以在进出水基本平衡的时候，不再调整阀门开度。根据现场测试，增减泵或反冲洗可引起超过 10cm 的水位波动，PID 控制器的快速调整，一般可在 5 分钟实现水位的恒定。因此当液位值与实际值的差值在 5cm 以内时开始计时，此状态持续保持 5 分钟后屏蔽 PID 程序，不再调整出水调节阀开度。直至液位差值再次超过 5cm。

参考文献：

[1]谢曼等 . 基于可编程控制器的自来水厂滤池自控系统的设计与实现[J]. 可编程控制器与工厂自动化（PLC&FA），2006，（9）：116-119.

[2]段嫦娥 . 变参数 PID 控制器的讨论 [J]. 重工与起重技术 ，2008，（4）：18-20.

推荐访问:自来水厂 自动控制系统

---