CN117093026A - 一种滤池恒水位的pid控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滤池恒水位的PID控制方法，该方法包括以下步骤：由水位计和压差变送器测出滤池的水位和水头损失信号，并将所述信号输送至PLC；根据水位信号与设定的恒水位的对比情况，经PLC中PID运算得出出水阀开度；根据PID运算得出的出水阀开度，由PLC输出控制出水阀的开度以使滤池进、出水达到平衡，从而实现滤池恒水位。与现有技术相比，本发明具有大幅减少清水调节阀的动作次数，解决相应的系统反应滞后问题，起到更为精准地控制水位的变化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及滤池过滤控制领域，尤其是涉及一种滤池恒水位的PID控制方法。
背景技术
滤池是水厂的主要制水设施，滤池水位的变化是受进水量的变化、滤层阻塞值、过滤周期、待滤水浊度等因素影响的。在常态下，滤池应保持滤恒水位，由此确保整个滤池的滤速保持恒定。保持滤池恒水位的过滤要求是保证待滤水流量与滤后水流量基本恒定，滤池中具有多个滤格，对于滤格，也需要保证滤格中的待滤水流量与滤后水流量基本恒定。因此，滤池恒水位的控制方法可以具体为滤池中各个滤格的水位保持恒定的控制方法。
现有技术中，传统滤池恒水位采用根据水位高度反馈的线性控制方式。在实际工况下，过小的开度调节清水出水阀实际上会造成阀门开度不到位而阀内电磁阀频繁动作的现象。当进水流量变化大的时候，调节清水出水阀，还会出现震荡现象。此外，控制系统总有滞后性，尤其是反应并不灵敏的控制系统在响应时，这时水位已偏高(或偏低)，PID运算出来的开度就偏大(或偏小)，造成清水出水阀门运作幅度过大。总之，现有技术中存在以下几个技术问题：一是控制精度差，导致滤格水位不能精准定位；二是控制动作振荡，对阀门设备造成伤害；三是PID运算出来的阀门开度与实际开度之间存在误差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种滤池恒水位的PID控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种滤池恒水位的PID控制方法，所述方法包括以下步骤：
由水位计和压差变送器测出滤池的水位和水头损失信号，并将所述信号输送至PLC；根据水位信号与设定的恒水位的对比情况，经PLC中PID运算得出出水阀开度；根据PID运算得出的出水阀开度，由PLC输出控制出水阀的开度以使滤池进、出水达到平衡，从而实现滤池恒水位；
所述水位信号与设定的恒水位的对比情况包括：
当水位信号高于设定的恒水位时，开大出水阀的开度；
当水位信号低于设定的恒水位时，关小出水阀的开度；
当水位信号等于设定的恒水位时，保持出水阀的开度。
进一步地，滤池包括多个滤格，所述方法通过PLC对多个滤格的水位进行整体协调控制，其中，所述方法包括滤格恒水位的PID控制方法；
滤格恒水位的PID控制方法包括以下步骤：在一个周期采样内，判断滤格水位是否属于设定范围，若不属于设定范围，则通过子PLC控制出水阀进行调节，直至滤格水位满足设定范围，所述周期采样之后循环进行下一周期采样。
进一步地，滤格恒水位的PID控制方法包括滤格高水位调节流程和滤格低水位调节流程。
进一步地，所述滤格高水位调节流程包括：
当滤格水位高于设定的滤格水位上限值，判断当前水位是否正在下降；
若滤格水位正在下降，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否低于滤格水位下限值，若滤格水位低于水位下限值，则进入滤格低水位调节流程；
若滤格水位没有下降，则开启出水阀进行调节。
进一步地，所述滤格低水位调节流程包括：
当滤格水位低于设定的滤格水位下限值，判断当前水位是否正在上升；
若滤格水位正在上升，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否高于滤格水位上限值，若滤格水位高于滤格水位上限值，则进入滤格高水位调节流程；
若滤格水位没有上升，则关闭出水阀进行调节。
进一步地，对所述由PLC输出控制出水阀的开度设置反应阈值，所述反应阈值为PID运算出的出水阀开度与实际开度相差一个开度，当达到所述反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。
进一步地，当滤池进水流量变化较大时，将所述反应阈值设置为PID运算出的出水阀开度与实际开度相差三个开度，当达到所述反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。
进一步地，当滤池水位变化在±3cm以内时，每3min输出一次的PID运算输出。
进一步地，当滤池进水流量变化较大时，导致水位变化在±3cm以外，每5s输出一次的PID运算输出。
进一步地，将滤池水位波动的范围限定在上下3cm以内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用PID闭环控制，根据水位的变化实时控制出水阀的开度，把所有影响水量变化的条件转化为对滤池水位的控制，将每个滤格的水位和出水阀开度信号直接送到可编程序控制器，经过PID运算后把开度信号输出给出水阀，大幅减少清水调节阀的动作次数。
(2)本发明通过当水流量变化较大时，把PID运算出的开度与实际开度改为相差三个开度以上之后，输出给出水阀，解决了出水阀的震荡现象，而且进一步减少了出水阀的动作次数。
(3)本发明通过设置相应的反应阈值，使得减少PLC输出控制出水阀的开度与实际需要的开度之间误差，解决相应的系统反应滞后问题，起到更为精准地控制水位的变化，达到滤池恒定运行的目标。
附图说明
图1为本发明的滤池恒水位的PID控制方法流程示意图；
图2为本发明的滤格恒水位的PID控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
参考图1，本实施例公开了一种滤池恒水位的PID控制方法，该方法包括以下步骤：
由水位计和压差变送器测出滤池的水位和水头损失信号，并将所述信号输送至PLC，此处采用的可编程序控制器(PLC)的型号为Rockwell公司的1769CompactLogix，该PLC通过逻辑梯形语言中的PID指令编程实现清水出水阀的逻辑控制。
根据水位信号与设定的恒水位2.3m的对比情况，当水位信号高于设定的恒水位时，经PLC中PID运算得出出水阀开度，根据PID运算得出的出水阀开度，由PLC输出控制开大出水阀的开度。在本实施例中，其中，清水出水阀开度为0～100％，分为100个开度，0度为全关状态，100度为全开状态。
控制过程包括：具有参数可调的PID方程根据设定值和过程变量输入，经运算后把输出信号传送给输出附加处理程序，再通过PLC输出给出水阀，对整个过程进行控制。
实际水位比设定水位的值大得越多，输出的开度就越大。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及实际水位和设定水位的差值共同决定的。具体为进水流速越快，清水出水阀开度越大，反之亦然。
当水位信号低于或者等于设定的恒水位2.3m时，控制过程与高于水位的控制方法相同，只是控制出水阀采取的措施不同。其他相同之处，再此不再赘述。
实施例2
如图2所示，滤池包括多个滤格，一种滤池恒水位的PID控制方法通过PLC对多个滤格的水位进行整体协调控制，其中，一种滤池恒水位的PID控制方法包括滤格恒水位的PID控制方法。
滤格恒水位的PID控制方法包括以下步骤：
在一个周期采样内，当滤格水位高于设定的滤格水位上限值时，判断当前水位是否正在下降；
若滤格水位正在下降，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否低于滤格水位下限值，若滤格水位低于水位下限值，则进入滤格低水位调节流程。滤格低水位调节流程包括：当滤格水位低于设定的滤格水位下限值，判断当前水位是否正在上升；若滤格水位正在上升，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否高于滤格水位上限值，若滤格水位高于滤格水位上限值，则再次进入滤格高水位调节流程；若滤格水位没有上升，则关闭出水阀进行调节。
若滤格水位没有下降，则通过子PLC控制开启出水阀进行调节。直至滤格水位满足设定范围，所述周期采样之后循环进行下一周期采样。
实施例3
不同实施例1的地方在于，滤池控制参数在原设定值控制下，取水流量变化大时，由于控制系统反应较慢，在取水流量大时，在控制系统响应时，这时水位已偏高(或偏低)，PID运算出来的开度就偏大(或偏小)，造成清水调节阀门运作幅度过大。对此，本实施例由PLC输出控制出水阀的开度设置反应阈值以降低相应控制的滞后性。反应阈值可以根据滤池的水位、控制系统以及阀门的情况设置不同的数值。当水流量变化不大时，PID运算出的出水阀开度与实际开度相差一个开度，当达到相差为一个开度的反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。当水流量变化较大时，将所述反应阈值设置为PID运算出的出水阀开度与实际开度相差三个开度，当达到三个开度的反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。将PID运算出的开度与实际开度改为相差三个开度以上，再输出给出水阀，结果不但解决清水调节阀的震荡现象，而且进一步减少了清水调节阀的动作次数。
实施例4
不同于实施例1的地方在于，当进水流量变大时，将滤池水位水位波动的范围限制在上下3cm以内。当水位变化在±3cm以内时，每3min输出一次PID运算输出，由PLC输出控制出水阀的开度；当水位变化在±3cm以外，每5s输出一次PID运算输出，由PLC输出控制出水阀的开度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
由水位计和压差变送器测出滤池的水位和水头损失信号，并将所述信号输送至PLC；根据水位信号与设定的恒水位的对比情况，经PLC中PID运算得出出水阀开度；根据PID运算得出的出水阀开度，由PLC输出控制出水阀的开度以使滤池进、出水达到平衡，从而实现滤池恒水位；
所述水位信号与设定的恒水位的对比情况包括：
当水位信号高于设定的恒水位时，开大出水阀的开度；
当水位信号低于设定的恒水位时，关小出水阀的开度；
当水位信号等于设定的恒水位时，保持出水阀的开度。
2.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，滤池包括多个滤格，所述方法通过PLC对多个滤格的水位进行整体协调控制，其中，所述方法包括滤格恒水位的PID控制方法；
滤格恒水位的PID控制方法包括以下步骤：在一个周期采样内，判断滤格水位是否属于设定范围，若不属于设定范围，则通过子PLC控制出水阀进行调节，直至滤格水位满足设定范围，所述周期采样之后循环进行下一周期采样。
3.根据权利要求2所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，滤格恒水位的PID控制方法包括滤格高水位调节流程和滤格低水位调节流程。
4.根据权利要求3所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，所述滤格高水位调节流程包括：
当滤格水位高于设定的滤格水位上限值，判断当前水位是否正在下降；
若滤格水位正在下降，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否低于滤格水位下限值，若滤格水位低于水位下限值，则进入滤格低水位调节流程；
若滤格水位没有下降，则开启出水阀进行调节。
5.根据权利要求3所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，所述滤格低水位调节流程包括：
当滤格水位低于设定的滤格水位下限值，判断当前水位是否正在上升；
若滤格水位正在上升，则不通过出水阀进行调节，并判断滤格水位是否高于滤格水位上限值，若滤格水位高于滤格水位上限值，则进入滤格高水位调节流程；
若滤格水位没有上升，则关闭出水阀进行调节。
6.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，对所述由PLC输出控制出水阀的开度设置反应阈值，所述反应阈值为PID运算出的出水阀开度与实际开度相差一个开度，当达到所述反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。
7.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，当滤池进水流量变化较大时，将所述反应阈值设置为PID运算出的出水阀开度与实际开度相差三个开度，当达到所述反应阈值以上时，由PLC输出控制出水阀的开度。
8.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，当滤池水位变化在±3cm以内时，每3min输出一次的PID运算输出。
9.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，当滤池进水流量变化较大时，导致水位变化在±3cm以外，每5s输出一次的PID运算输出。
10.根据权利要求1所述的一种滤池恒水位的PID控制方法，其特征在于，将滤池水位波动的范围限定在上下3cm以内。
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