CN116022871A - 一种净水处理串级反馈plc自动化控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统及其控制方法，属于净水处理技术领域。本发明在串级反馈控制原理上进行延伸推导并结合多个PLC作为相应信号采集与反馈的工作站衔接形成该水处理系统，系统包括PLC串级反馈控制系统及分别与其连接的上位机HMI、数据监测采集系统、加药间投药供给系统，PLC串级反馈控制系统包括电源模块及多个单级PLC，每个单级PLC包括CPU模块、DI模块、DQ模块，每一个工艺池都连接有数据监测采集系统、加药间投药供给系统及一个单级PLC，各单级PLC之间相互连接。本发明使整个工艺流程一直保持水质标准设定参数范围内，提高生产效益，较好地解决了加药间精准投药的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统及其控制方法，属于净水处理技术领域。
背景技术
随着城市工业化的快速发展，饮用水作为生活质量提高的重要指标之一愈发的得到人们的重视，计量泵投药作为整个净水处理工艺生产的核心工艺，如何监测和保障供水品质，是当今供水行业监测和控制的重点关注问题。当前，净水厂多数采用单一PLC为核心的控制系统，对整个净水工艺过程实现自动一体化，但每个工艺流程所需要水质参数标准不同，且每个工艺池监测反馈效果存在信息偏差，导致PLC控制加药间计量泵投药效果差强人意，当出现极强因素干扰时，某个工艺池反馈误差过大导致PLC信息反馈接收错误，使全工艺池投药剂量增加，不能精确投药，造成治水成本增加。
发明内容
为解决上述生产投药存在的技术问题，本发明提出一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统及其控制方法，通过上位机HMI设定预设参数以控制各单级PLC对所控工艺流程实时监控调节并通过串级负反馈进行数据反馈调整，解决各不同工艺池的精准投药问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，包括PLC串级反馈控制系统及分别与其连接的上位机HMI、数据监测采集系统、加药间投药供给系统，PLC串级反馈控制系统包括电源模块及多个单级PLC，每个单级PLC包括CPU模块、DI模块、DQ模块，每一个工艺池都连接有数据监测采集系统、加药间投药供给系统及一个单级PLC，各单级PLC之间相互连接。
具体地，所述上位机HMI分别与每个单级PLC中的CPU模块连接，双向通讯，数据监测采集系统包括与对应单级PLC中DI模块连接的余氯监测传感器、浊度监测传感器、总氮监测传感器及PH值监测传感器；加药间投药供给系统包括分别与单个单级PLC中DQ模块连接的二氧化氯发生器、PAC发生器、PAC变频器、二氧化氯计量泵、二氧化氯变频器、PAC计量泵和电磁阀。
优选地，所述CPU模块采用西门子s7-1200系列PLC，50KB工作存储器；24VDC电源，板载DI14 x 24VDC漏型/源型，DQ10 x 24VDC和AI2；板载6个高速计数器和2个脉冲输出；信号板扩展板载式I/O；最多3个通信模块用于串行通信；最多8个信号模块用于I/O扩展；PROFINET接口用于编程、HMI以及PLC间通信。
具体地，其特征在于：所述PLC串级反馈控制系统的电源模块提供加药间投药供给系统的电源。
具体地，上位机HMI与各CPU模块通过工业以太网连接，各单级PLC之间通过工业以太网负反馈连接。
一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一：上位机HMI设置好各工艺池预设的工艺参数并传输至各单级PLC，同时各单级PLC也实时向上位机HMI反馈当前水质浓度含量的实时监控信号；
步骤二，各工艺池连接的数据监测采集系统采集对应工艺池中水的余氯、浊度、总氮及PH值四种指标，并实时将指标数值反馈至对应的单级PLC中；
步骤三：各单级PLC将步骤一得到的预设工艺参数与步骤二得到的工艺参数进行对比，若某一工艺池计算得到的误差超出设定允许范围，则该工艺池的单级PLC控制与该工艺池连接的加药间投药供给系统对该工艺池进行投药，同时该单级PLC将信号反馈给上一级工艺池的单级PLC，上一级工艺池的单级PLC也控制与自己连接的加药间投药供给系统对自己的工艺池进行投药，相邻两个工艺池的单级PLC组成一个站级PLC并以串级反馈控制算法原理相互关联，一个站级PLC对本站级的两个工艺池进行整体结合调节控制加药间计量泵产药加药量变化，直至达到上位机HMI预设的工艺参数为止。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于串级反馈控制算法与PLC控制相结合的净水处理自动化系统及其控制方法，能够通过上位机HMI设定预设参数以控制各单级PLC对所控工艺流程实时监控调节并通过串级负反馈进行数据反馈调整，解决各不同工艺池的精准投药问题，实时监控反馈调整，处理效率高，不会因为每个工艺池监测反馈效果存在信息偏差，而导致全工艺池投药剂量增加，使控制系统不能精确投药，节约药耗，提高经济效益。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的具体方式作进一步的详细说明。
实施例1：一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，包括PLC串级反馈控制系统及分别与其连接的上位机HMI、数据监测采集系统、加药间投药供给系统，PLC串级反馈控制系统包括电源模块及多个单级PLC，每个单级PLC包括CPU模块、DI模块、DQ模块，每一个工艺池都连接有数据监测采集系统、加药间投药供给系统及一个单级PLC，各单级PLC之间相互连接。
进一步地，所述上位机HMI分别与每个单级PLC中的CPU模块连接，双向通讯，数据监测采集系统包括与对应单级PLC中DI模块连接的余氯监测传感器、浊度监测传感器、总氮监测传感器及PH值监测传感器；加药间投药供给系统包括分别与单个单级PLC中DQ模块连接的二氧化氯发生器、PAC发生器、PAC变频器、二氧化氯计量泵、二氧化氯变频器、PAC计量泵和电磁阀。加药间投药供给系统中各部件的具体连接结构及具体如何实现投药是现有技术，在此不再详细说明。
进一步地，所述CPU模块采用西门子s7-1200系列PLC，50KB工作存储器；24VDC电源，板载DI14 x 24VDC漏型/源型，DQ10 x 24VDC和AI2；板载6个高速计数器和2个脉冲输出；信号板扩展板载式I/O；最多3个通信模块用于串行通信；最多8个信号模块用于I/O扩展；PROFINET接口用于编程、HMI以及PLC间通信，实现上位机HMI的远程遥控以及事故应急处理。
所述上位机HMI采用KTP1200 Basic PN HMI，为12.1TFT显示屏、1280x 800像素、64K色、按键和触摸操作、10个功能键、1x PROFINET、1x USB。
进一步地，所述PLC串级反馈控制系统的电源模块提供加药间投药供给系统的电源。
进一步地，上位机HMI与各CPU模块通过工业以太网连接，各单级PLC之间通过工业以太网负反馈连接，实时监控反馈调整，处理效率高。
一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一：上位机HMI设置好各工艺池预设的工艺参数并传输至各单级PLC，同时各单级PLC也实时向上位机HMI反馈当前水质浓度含量的实时监控信号；
步骤二，各工艺池连接的数据监测采集系统采集对应工艺池中水的余氯、浊度、总氮及PH值四种指标，并实时将指标数值反馈至对应的单级PLC中；
步骤三：各单级PLC将步骤一得到的预设工艺参数与步骤二得到的工艺参数进行对比，若某一工艺池计算得到的误差超出设定允许范围，则该工艺池的单级PLC控制与该工艺池连接的加药间投药供给系统对该工艺池进行投药，同时该单级PLC将信号反馈给上一级工艺池的单级PLC，上一级工艺池的单级PLC也控制与自己连接的加药间投药供给系统对自己的工艺池进行投药，相邻两个工艺池的单级PLC组成一个站级PLC并以串级反馈控制算法原理相互关联，一个站级PLC对本站级的两个工艺池进行整体结合调节控制加药间计量泵产药加药量变化，直至达到上位机HMI预设的工艺参数为止。
本发明的工作原理是：本发明在串级反馈控制原理的模型基础上对PLC进行复合延伸推导，将PLC以串级反馈控制原理的模型进行搭建形成该水处理系统。该系统中的上位机HMI用于设定整个水处理工艺流程中各个不同工艺池中的水质浓度含量预设参数标准数值并作为远程监控或现场监控的终端实时反馈当前时间点各个不同工艺池中的水质浓度含量，完成对当前时间点各个不同工艺池中的水质浓度含量的实时监控。该系统中每个工艺池均有一个PLC用于控制当前工艺池的HMI设定的预设参数标准数值的接收、数据监测采集系统的参数检测、加药间投药供给系统的产药投药、向上位机HMI反馈当前水质浓度含量的实时监控信号。该系统中的PLC串级反馈控制系统以每相邻的两个PLC为一组站级PLC并以串级反馈控制算法原理相互关联，当站级PLC中控制的后一个工艺池的浓度参数远比上位机HMI设定的预设参数标准数值误差大时，由当前工艺池控制的单级PLC优先进行加药间投药供给系统的产药投药调控，再通过负反馈将该工艺池水质浓度参数问题传递前一个工艺池控制的单级PLC，使该站级PLC对当前组串级反馈系统进行整体结合调节控制加药间计量泵产药加药量变化，直至达到预设标准参数值为止，降低对相连的另一组站级PLC的水质浓度参数的调控的影响，节约药耗，提高经济效益。
以上所述仅用于说明本发明的技术方案的较好实施例而非对其进行限制，凡在本发明的具体的实施方式内进行修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，其特征在于：包括PLC串级反馈控制系统及分别与其连接的上位机HMI、数据监测采集系统、加药间投药供给系统，PLC串级反馈控制系统包括电源模块及多个单级PLC，每个单级PLC包括CPU模块、DI模块、DQ模块，每一个工艺池都连接有数据监测采集系统、加药间投药供给系统及一个单级PLC，各单级PLC之间相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，其特征在于：所述上位机HMI分别与每个单级PLC中的CPU模块连接，双向通讯，数据监测采集系统包括与对应单级PLC中DI模块连接的余氯监测传感器、浊度监测传感器、总氮监测传感器及PH值监测传感器；加药间投药供给系统包括分别与单个单级PLC中DQ模块连接的二氧化氯发生器、PAC发生器、PAC变频器、二氧化氯计量泵、二氧化氯变频器、PAC计量泵和电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，其特征在于：所述CPU模块采用西门子s7-1200系列PLC，50KB工作存储器；24VDC电源，板载DI14 x 24VDC漏型/源型，DQ10 x 24VDC和AI2；板载6个高速计数器和2个脉冲输出；信号板扩展板载式I/O；最多3个通信模块用于串行通信；最多8个信号模块用于I/O扩展；PROFINET接口用于编程、HMI以及PLC间通信。
4.根据权利要求1所述的一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，其特征在于：所述PLC串级反馈控制系统的电源模块提供加药间投药供给系统的电源。
5.根据权利要求1所述的一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统，其特征在于：上位机HMI与各CPU模块通过工业以太网连接，各单级PLC之间通过工业以太网负反馈连接。
6.一种净水处理串级反馈PLC自动化控制系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：上位机HMI设置好各工艺池预设的工艺参数并传输至各单级PLC，同时各单级PLC也实时向上位机HMI反馈当前水质浓度含量的实时监控信号；
步骤二，各工艺池连接的数据监测采集系统采集对应工艺池中水的余氯、浊度、总氮及PH值四种指标，并实时将指标数值反馈至对应的单级PLC中；
步骤三：各单级PLC将步骤一得到的预设工艺参数与步骤二得到的工艺参数进行对比，若某一工艺池计算得到的误差超出设定允许范围，则该工艺池的单级PLC控制与该工艺池连接的加药间投药供给系统对该工艺池进行投药，同时该单级PLC将信号反馈给上一级工艺池的单级PLC，上一级工艺池的单级PLC也控制与自己连接的加药间投药供给系统对自己的工艺池进行投药，相邻两个工艺池的单级PLC组成一个站级PLC并以串级反馈控制算法原理相互关联，一个站级PLC对本站级的两个工艺池进行整体结合调节控制加药间计量泵产药加药量变化，直至达到上位机HMI预设的工艺参数为止。
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