实现水厂滤池恒水位运行改善滤后水浊度

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图３
为了使比较更具科学牲、合理性．同周艄的原水流精（１２万ｉＩｊｃ程胍水流最）也做了一个虫时曲 线记录，见图４。嘲中曲线硅示ｍ１７：００至２３：３０进水流最约为９３００市方
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生产锄城
３上实现恒水他控崩后滤池的水位、滤后水浊度的情况分析
图５足恒水位史现后滤池水位的实时｛Ｃ求．依圉分析叮得：
位。
６．３．４滤池最丁贞部３２００ｘ４０９５７５＝１３１０６：４（对应的环节为：设定最大值（Ｓｍａｘ））：
６．３．５计划设定的恒水位位置（即设定值ＳＰ）２７００×４０９５７５＝１１０５８
５：
６．３．６滤池捧水槽位置１７５０ｘ４０９５７５－７１６７ ６。（对应的环节为：设定展小值（Ｓｔａｉｎ））。
１４７
２０１０年中围水务信息与自动化应．｝＝｜ｊ研讨会
然后将这三个数值输入ＰＩＤ指令中（ＰＩＤ配置页面图９），作为其中的计算依据。此外，我们 还要为ＰＩＤ指令设置其它数及进行控制。 ７ ＰＩ
Ｄ指令参数设定
见（图９）ＰＩＤ配置界面
７．１、控制器增益鄙。凭经验首先设定为输出临界振荡时的数值的一半，然后根据现场情况不断
修改，以获得最佳效果，这里设定为１．５； ７．２、积分增益而。在调试时，凭经验可设置积分时间等于在调整增益值是测定的Ａ然周期，这 里先设定为１．Ｏ； ７．３、微分率７ｂ。设置为上述积分时间的１／８，这罩设定为０．１２１ ７．４、回路校正（循环更新时间）。这是ＰＩＤ的计算周期，其时间一般为０．Ｏｌ～１０．２３Ｓ，一般选取 为自然周期的３～８倍，这里设定为３； ７．５、控制模式。这跟液位计、阀门定位器有关的，要根据电流的方向选取，比如有的阀门定位 器在控制电流为４ｍＡ的时候足全关的，有的则是全开的，液位计也有相同的现象，因此要根据实际 情况选定，这里设定为ＳＰ—ＰＶ； ７．６、ＰＩＤ控制（自动手动切换）。可在梯形图中加一个内存位来控制其处于自动或手动状态； ７．７、时间模式（执行方式）。有两种可供选择，一种是ＳＴＩ模式，另一种是同步。不同的模式 在梯形图的设计中是有区别的，这里选取同步； ７．８、输出限制ＣＶ。选择“ＹＥＳ”，则执行下面１６、１７项的设定，输出的ＣＶ值不会超ｍ最小、 最大值的设定。这里选择“ＹＥＳ”，因为滤池正在生产时，在首个振荡周期，我不希望通过全关控制 阀来达到快速调节水位至预设值，这样会增加不安全冈素。这里最多只能全关至８０％： ７．９、死区（允许不调节的区域，按ＰＩＤ工程单位计算）。在这个区域内，ＰＩＤ不进行趋势计算， 不调整ＣＶ值。如果想在士３０ｍｍ内不调节，计算此值（工程单位）＝３０ｘ４．０９５７５＝１２２．８７２５，大约选 取１２０即可； ７．１０、前馈偏差。这时暂小设定：
生产周期．从而降峨生产成本。 圈６足对应图５的滤后水浊度曲线实时记录，每分钟果样次，时问周期相同。将削６ Ｊ．ｊ图３ 比较，圈６浊度曲线比较平婀，浊度从韧始阶段（１５：３０）的０ ＩＮＴＵ争后期（２３：３０）的０
１６ＮＴＵ，
这说町滤池实现恒水位自动栉！制后．滤速在这个产精最大的生产周艄内比较稳定，滤池帕水位贻终 能维持住预设住霄，滤后水浊度低而ＨｔＥ较稳定，完今符合生产需要。
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２０１０年中目水并信息与自动化＾Ⅲ研讨会
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生Ｐ领域
４
ＰＩＤ指令
ＰＩＤ芷比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ），积分（Ｉｎｔｃｇ：ａ１）、微分（Ｄｅｒｉｖａｌｉｖｅ）控制的简称。是最早垃胜起来 的控制簟略之一。是削环模拟晕控制中的传统调节方式。由于冀算法简单，可靠性高，在改善控制 系统晶质、｛！Ｉ｝证系统编左，使系统实现稳定状态方而具有良好的效果，已成为过程控制中种常用
（１）重置积分增益（字４）； （２）微分率＝（字５）； （３）回路校正＝（字１３）； （４）控制模式＝（字２）； （５）ＰＩＤ控制＝（字０位１）； （６）时间模式＝（字０位０）； （７）输出限制ＣＶ＝（字０位３）； （８）死区＝（字９）； （９）前馈偏差＝（字６）； （１０）设定值ＳＰ－－（字２）； （１１）设定最大值（Ｓｍａｘ）＝（字７）； （１２）设定最小值（Ｓｍｉｎ）＝（字８）； （１３）过程值ＰＶ＝（字１４）（不能修改）； （１４）输出控制量ＣＶ（％）＝（字１６）； （１５）输出量最大ＣＶ（％）＝（字１１）； （１６）输出量最小ＣＶ（％）＝（字１２）； （１７）测量误差ＳＥ＝（字１５）； （１８）标记＝（字０）。当中ＴＭ～ＤＮ对应（位０至位１３），ＥＮ＝（位１５），（位１４）未使用。 此外，２３个字中还有些未用的字，用途如下： （字１）用于ＰＩＤ子程序错误代码；（详细说明可参考ＲＳＬｏｇｉｘ５００随机帮助文档） （字１７）ＭＳＷ积分和； （字１８）ＬＳＷ积分和； （字１９～２３）ＰＩＤ内部使用。
定的变量参数只有两个，一个是过程变量Ｐｖ，另一个是输出变量ＣＶ。
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２０１０午巾【ｉ水务情自ｂ自动化＆月日ｔ性
美国ＡＢ公司ＳＬＣ５００控制器ＰＩＤ指令的Ｐｖ及ＣＶ的数字量范田为０－１６３８３（或称ＰＩＤ Ｉ程单 位），在实际应用ｃ｛－Ｐｖ一燃｝来自干模｛虬量输入模块（扭ｈ １７４６－Ｎ１８），而ｃｖ要控制模拟量输出模块
如：（１７４６。Ｎ０４Ｉ）。
６．１模拟最输人值（Ｐｖ值）整定
术例中的Ｐｖ值是通过超声波液位计提供，０－－４ｍ的量程刘应的输入电流为４～２０ｍＡ，ＥｈＩ ７４６．Ｎ１８
输入。一般情况下，从模拟量输入模块采集的量不是０—１６３８３这个范围．因此需要整定到这个范围。 这里直接用ＳＣＰ指令将其整定在０－１６３８３即ｎｒ。并且由Ｎ１０：２３直接输入到ＰＩＤ指令中，此即为 ＰＩＤ所需的Ｐｖ值。如图ｌＯ。
的控制Ａ法。
４．１在梯级中的指令
ＰＩＤ指令如下阿８：
图８
指令中，“控制区块Ｎ１０：Ｏ”是ＰＩＤ指令的酋个字，“控制Ｋ块长度２３”即随明ＰＩＤ指夸饮度为
２３个宁．这是同定不能修改的。也就是说Ｉ．面的ＰＩＤ指令所用的字足从Ｎ１０：Ｏ州１０：２２其２３个
字。“过程变最Ｎ１０：２３”址经栏定后的输入变量（电即过程变量ＰＶ），保存在字Ｎ１０：２３中．如术 文中举例的液化计的输入值。‘‘控制变茕Ｎ１０：２４”是指输…的控制优ＣＶ。保存在宁Ｎ１０：２４中。（上
因此，ＰＩＤ控制参数足要根据过程特性和生产工艺要求来选取的，不能干篇一律地使用，不同 的控制规律各有特点，即使对相同的控制对象，不同的控制规律也有不同的控制效果。 （关于ＰＩＤ更详尽的说明请参考ＳＬＣ５００指令手册）
６模拟量Ｉ／０参数整定
由图１的控制原理图可得出，本例是属于ＰＩＤ单回路闭环控制，是最基础的控制方式。需要整
１
引言
拱北水厂是珠海市大型水厂之一，设计产量为２０万立方米／日，实际产量已达３６万立方米／日， 占市区供水量近７０％，是珠海市最重要的自来水厂。１２万流程是拱北水厂生产流程之一，在实际产 量接近一倍于设计流量的现实情况下，如何确保滤后水质达到标准，是生产工艺控制中最需要解决 的问题。通过对滤池进行恒水位控制，使得滤池在生产周期全过程滤速根据生产情况自动调节，避 免了滤池在生产周期初始阶段滤速过快，后期滤速过慢的问题，从而使滤后水浊度在生产周期内相 对稳定。
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３．２
Ｉ、滤池在一股状态转为恒水位ｆ１动辑！制，水位经过占个振荡周期后．基奉能在预设伉（２
７
米）的胤田帘幅波动，水位捌刘稳定；
３．２ ２、水位没有随时问推移而升高．说峭滤池在这个牛产周期内可控．滤述比较稳定．因此各
个滤池的浊度也，｝Ⅱ对稳定：
３．２
３、ｊⅢ过对滤池进行恒水位控制．除ｒ呵获得较为稳定的滤斤水浊度外，还可以延长滤池的
进制数值０－９０（宁Ｎ７：９４），（弛图１１）。然后冉将０－－９０（字Ｎ７：９４）整定为６２４２－３１２０８，从Ｏ：
２５
０瑞输…（见图１ ２）。Ｏ：２５ ０端的输出的电流就能直接控制阀门定位器了。
生产领域
图１２
６．３过程变睦Ｐｖ各级参数的确定
见（黼１），过程变晕Ｐｖ，是超声波液位计检测得到。超声波液位计的最程为４ｍ．根据实际检
（详细内容请参考１７４６－Ｎ０４１使用手册）。
ＣＶ值的整定，还应该根据控制阀的耍求来设计，这里控制阀的调节是山气动阀门定位器来完成 的，其控制电流必颂对麻Ｌ １７４６－Ｎ０４Ｉ，即用４—２０ｍＡ电流来控制；
除了完成控制功能外，还需垂考虑在组态软件中显示的值以及手动拧制时的需要，凼为我们平 时对阀门的开启度的认识。般为０－－９０度，凼此先将ＰＩＤ输ｍ的值¨１６３８３（字Ｎ１０：２４）整定为十
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２控制原理
前馈或偏置
图１
１３８
控制阀
生产领域
见图Ｉ，通过ＰＩＤ指令，用超声波液位计检测滤池液位变化作为过程变量（ＰＶ），然后与设定值
（ＳＰ）进｛亍比较，计算出过程变最的变化趋势，再输出控制信号（ｃｖ），调节控制阀来控制流速。
３恒水位与非恒水位控制方式的分析比较
３．１实现恒水位控制前滤池的水位、滤后水浊度的情况分析
５．２．１比例环节群 能成比例地反映控制系统的偏差信号Ｐ（ｆ），偏差一旦产生，Ｐ控制位立即起作用，它能较快地
克服扰动的影响，使系统稳定下来，但是有余差。它适用于控制通道滞后较小、负载变化不大、控 制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合，比例控制参数对系统性能的影响如下：
１）对动态性能的影响：比例控制参数琊增大，会使系统的动作灵敏，响应速度增快，但是面过 大会使振荡频率增加，调节时间加长，严重时会使系统趋于不稳定状态。 ２）对稳态性能的影响：加大比例控制参数坼，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高
测得出・
６．３ １滤池最顶部３．２０ｍ（滤池溢流位置）；
６．３
２计划设定的恒水位位置２ ７０ｍ（即设定值ＳＰ）：
６ｊ０滤池捧水槽位置１．７５ｍ。 Ｏ－４米量程输出的电流为４～２０ｍＡ，整定到ＰＩＤ时的十进制数值为０－－１６３８３（ＦＩＤ Ｔ程单位），
也就是说０－４米量程对应０－１６３８３，１６３８３＋４０００＝４０９５７５／ｍｍ这样便町咀计算出各个水位的工程单
分析可褂：住蛮现乜王水位自动挖制前，滤后水浊度随若时Ｍ的推移小断升高，…柳婧阶段（１ ５：３０）
的０ ＩＮＴＵ不断升高至后艄（２３：３０）的０．４６ＮＴＵ。达时说明在后新滤池滤述已下降得非常，”重．
酃分滤池水位已升高车３米，接近溢流水位。史重要的足此时滤后水浊度Ｌ超出标准．在理季由于 川水需求较大，此时也五浊采取肯效措施米降低浊艘，
控制精度；但是这样只是减小稳态误差，却不能完全消除它。
５．２．２积分环节五
主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度。积分作用的强弱主要取决于积分时间常数乃，乃越 大，积分的作用越弱，反之则越强。移｛分控制通常结合比例控制或微分控制一起使用，构成ＰＩ控制 或ＰＩＤ控制。其中ＰＩ控制是应用最为广泛的一种控制规律，适用于控制通道滞后较小，负载变化不大， 被控参数不允许有余差的场合，如某些流量、液体要求无余差的控制系统。积分控制参数对系统性 能的影响如下： １）对动态性能的影响：积分控制通常使系统的稳定性能下降，乃太小会增大系统的振荡频率， 使系统不稳定；五偏大，对系统性能的影响减少。 ２）对稳态性能的影响：积分控制参数能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。
而及以下所说的宁及位足指教榭文什地址）
４．２ＨＤ指令＾Ｃ置
般山“设罚厕而”弹山周９页面配筒ＰＩＤ务数。
图９
２０１０年中国水务信息与自动化心用研讨会
ＰＩＤ指令配置各个环节中的字及位：
（１）控制比例增益（－７ ３）；（如卜述所说的，如果ＰＩＤ字从ＮＩＯ：Ｏ－ＮＩＯ：２２）则字３就是第三个
字Ｎ１０：２，下面如此类推。
５．２．３微分环节石
能反映偏筹信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统引入一个 有效的早期修正信号，从１面Ｄｌ：ｌ快系统的动作速度，减少调节时间，改善系统的动态特性。但是
如果％太大，即使偏差变化速度不是很大，也会因为微分作用太强而使控制器的输出发生很大
的变化，严重时会影响控制质量和生产安全。
陶１０
６上控制变量（ＣＶ）整定
所谓ＣＶ整定就是把ＰＩＤ输出的ＣＶ值（１２程单位０－－１６３８３）整定到６２４２—３１２０８这个范围。为 什么是６２４２～３１２０８而不是其它，这是根据你所选择的电流输出模块所决定的，这里选择罗克韦尔 （ＡＢ）公司的１７４６－Ｎ０４１模块作为输出模块。４－２０ｍＡ的模拟量输出对应的十进数值就是６２４２—３１２０８
５
ＰＩ
Ｄ方程及Ｐ Ｉ Ｄ指令主要环节作用
５．１
ＰＩＤ方程：
础，＝硒…¨专几∽＋为掣，
式中郧～ＰＩＤ叫路增益，即比例系数；
死——ＰｌＤ积分项的比例系数；
生产领域
％，—一ＰＩＤ微分项的比例系数；
Ｐ（ｆ）——回路偏差（给定值与实际输出值之差）； 砧（ｆ）——控制输出（ＣＶ）。
５．２
ＰＩＤ指令＝Ｅ要环节的作用：
２０１０年中国水务信息与自动化应用研讨会
实现水厂滤池恒水位运行改善滤后水浊度
林景秀 珠海市水务集团有限公司城区制水分公司
摘要：该文详细阐述了旧水厂滤池恒水位的设计与实现，并给出了恒水位与非恒水位控制方 式对滤后水浊度的形响的实时记录曲线。这种设计是基于美国罗克韦尔（ＡＢ）公司ＳＬＣ５００系列 ＰＬＣ、ＰＩＤ指令的基础上，并给出了具体的应用方法，相关的模拟量参数整定方法，梯形图设计 等，具有一定的参考价值。 关键词：恒水位、滤后水浊度、ＰＩＤ、参数整定