基于PLC的大型超滤污水处理控制系统的研究

下面是将一个廊道反洗请求入队列的过程：

查询是否有反洗请求，如果有进行到下一步，否则继续查询。

查询队列空间是否为空，如果为空且有廊道正在反洗，则将此反洗请求压入队列调度空间后进行下一步;如果为空且无正在反洗廊道，则直接响应此廊道反洗请求，并返回至(1);如果队列空间非空，则直接将此反洗请求压入队列调度空间后进行下一步。

清除此廊道的反洗请求。

如上为此入队列的步骤，但是可以看出对于入队列步骤的第二步逻辑过于混乱，对于PLC来说，太耗资源，因此我们对以上步骤进行优化，具体步骤如下：

查询是否有反洗请求，如果有进行下一步，否则继续查询。

查询是否有廊道正在反洗，如果无廊道清洗，直接响应反洗请求，并返回(1);否则进行下一步。

将此廊道的反洗请求压入队列空间，并清除此廊道的反洗请求。

可以看出在第二步时，首先查询“是否有廊道正在反洗”可以避免在此查询队列空间，对于入队列效率有所提高。

出队列实际上是对按照队列空间的排列顺序对所需反洗的廊道进行弹出的过程，此过程的具体步骤如下：

查询是地址空间是否为空，如果是，继续查询，否则下一步。

查询是否有廊道正在反洗，如果是，继续返回(1)，否则下一步。

就近对弹出队列空间的所需反洗的廊道，响应此廊道的反洗。

确认弹出的廊道，并清楚残留在队列空间此廊道占位。

对队列空间序列进行进位排列，并返回(1)。

如上描述了整个出队列的过程，其(3)的“就近”指的是离出队列进出口最近方向。

通过对调度队列的各部分的描述，可以看出，队列调度具有以下的特点：(1)时效性。在整个队列调度过程中，由于入口和出口的分开方式，包成了出口按需弹出队列，入口按实际情况进行压入队列。(2)先进先出。在整个超滤产水过程中，采用先进先出的方式，可以保证需反洗的廊道的等待时间不会过长，最终保证了每个廊道响应反洗的等待时间达到最短，也保证了每个廊道的等待时间达到均衡，增强了廊道竞争的公平性。

其次关于超滤中的酸碱洗，则是按照用户要求进行，这里时间存在随机性，因此不做赘述。

3.3水锤及其他附属控制

因开泵、停泵、开关阀门过于快速，使水的速度发生急剧变化，特别是突然停泵引起的水锤，可以破坏管道、水泵、阀门，并引起水泵反转，管网压力降低等。水锤效应有极大的破坏性：压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。在极短的时间里，水的流量从零增到额定流量。由于流体具有动能和一定程度的压缩性，因此在极短的时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高和过低的冲击。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管道一样，故称为水锤。

由于本超滤系统规模大，管道粗，水锤明显。水锤位置主要存在于本系统的提升泵出水管、反洗管、超滤膜进水管及超滤膜出水管中。对于这些管道及设备安装位置可知，各位置引起水锤原因是有所不同，具体如表2所示：

从表2可以看出，在本系统中造成水锤效应的设备主要分为水泵和气动阀。因此我们如果削减或消除水锤的话，则也许从这两个方面考虑。

通过对现场的观察和计算，我们得知水锤主要存在于关阀和停泵时，且属于直接水锤。而直接水锤与停泵时间及关阀速度有关系，因此要解决直接水锤，在水泵方面应采用水泵缓停的方式来解决，而对于气动阀换面关闭的实现，我们采用PWM控制的方式来控制气动阀的缓慢关闭。

在本系统中提升泵、反洗水泵均为变频控制，因此我们可以采用通过设置变频器的停车时间和停车方式来实现。并且在多次试验后，停车方式采用S曲线停车效果较好。在停车时间方面，测试得出，本系统提升泵停车时间设置为25.3秒为最佳，而反洗水泵停车时间设置为11.5秒为最佳。

针对于气动阀缓慢关闭的功能，我们采用PWM的控制方法。本系统中，对气动阀的控制采用阀岛。阀岛控制是通过阀岛上的可编程控制器直接控制气缸的通断来实现气动阀的打开或关闭。由于其对气缸开闭进行直接控制，因此具有响应速度快的特点。我们可以通过控制PWM的占空比来可以控制气缸开度，进而通过对PWM占空比实时调整，可以实现气动阀的缓开缓闭。对于占空比的调整，我们假设一个气动阀需要缓慢关闭，要求关闭时间为8s，则占空比的从100%到0的调整时间就为8s。如果需要精确的话，可以考虑到气动阀的气动装置的延迟时间，便可实现精确地缓闭时间控制。通过对关闭时间的测试，本系统中超滤膜进水管缓闭时间设置为8.6秒水锤最弱，产水气动阀的缓闭时间设置为7秒时水锤最弱。

超滤系统中还包含了气擦洗、仪表空压机等附属设备的控制，其控制主要是与相关设备的联动，所以这里不在赘述。

4、结语

采用自适应梯阶进水方式，将集水池液位始终稳定在一个安全的范围内，特别是在来水高峰期时，效果较为明显。使用队列调度法，较好地解决了大型超滤系统中的廊道竞争问题，从了提高了本超滤系统的产量。采用S曲线停泵及PWM阀门缓闭的控制方法，削减了水锤效应，增强了管道的安全及稳定性。通过以上的技术应用，保证了北京市小红门污水处理厂超滤系统长期高效、稳定、可靠及安全的运行。