０引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會的進(jìn)步，人民生活水平得到很大提高，對于較好水源的需求也不斷提升。在水廠凈水工藝中，主要采用“機(jī)械混合＋網(wǎng)格絮凝池＋平流沉淀池＋超聲波液位計＋加藥加氯間＋廢水池”的工藝流程，其中超聲波液位計是一個較為關(guān)鍵的工藝程序，直接影響配水管網(wǎng)供水的質(zhì)量。超聲波液位計由于其出水水質(zhì)好、濾速高、反沖洗效果好、節(jié)能等特點(diǎn)，在我國凈水廠得到廣泛應(yīng)用。本文針對高平市某新建凈水廠４組超聲波液位計工藝流程及控制要求設(shè)計了水廠控制系統(tǒng)，以滿足當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活的需要。

１超聲波液位計工藝流程

本凈水廠超聲波液位計設(shè)計規(guī)模為１．７５×１０４ｍ／ｄ，濾池采用氣水反沖洗且具有表面掃洗功能，共設(shè)有４格，單排布置，每格濾池單側(cè)進(jìn)水，單格過濾面積為３１．５ｍ２，濾池總高為４．３ｍ，采用整體澆注濾板。超聲波液位計主要有過濾和氣水反沖洗兩個工藝流程。過濾過程如下：自沉淀池來水由總進(jìn)水渠進(jìn)入配水渠，經(jīng)進(jìn)水閘、配水堰、Ｖ型配水槽進(jìn)入濾池。濾池的出水進(jìn)入反沖洗操作間的反沖洗吸水池，經(jīng)溢流堰進(jìn)入清水池。反沖洗過程由單獨(dú)氣沖洗、氣水同時反沖洗、單獨(dú)水沖洗、表面掃洗４部分組成。濾池進(jìn)行反沖洗前首先檢測反沖洗水池中的液位，當(dāng)液位高于設(shè)定的允許反沖洗下限時，才可以進(jìn)行反沖洗，正常時可根據(jù)預(yù)設(shè)時間或?yàn)V床堵塞狀態(tài)自動進(jìn)行反沖洗，濾池整個反沖洗過程歷時２０ｍｉｎ。

２控制系統(tǒng)總體設(shè)計

超聲波液位計控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成，系統(tǒng)硬件主要包括光電交換機(jī)、以太網(wǎng)通訊模塊、ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩ精智面板、上位機(jī)ＰＣ、下位機(jī)Ｓ７－３００ＰＬＣ；系統(tǒng)軟件主要包括ＴＩＡ博途軟件ＳＴＥＰＶ１４編寫主程序、ＨＭＩ人機(jī)界面和ＳＩＭＡＴＩＣＷｉｎＣＣ組態(tài)監(jiān)控畫面編制等。凈水廠超聲波液位計控制系統(tǒng)總體框架如圖１所示。

３系統(tǒng)硬件設(shè)計

３．１ＰＬＣ及ＨＭＩ配置

本控制系統(tǒng)ＰＬＣ主要負(fù)責(zé)壓力變送器、超聲波液位計、余氯檢測儀等模擬量的數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行數(shù)字濾波處理，其次是實(shí)現(xiàn)氣動蝶閥、電動蝶閥的動作及反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)、潛水排污泵的啟停。因此采用了高可靠性的ＳＩＥＭＥＮＳ標(biāo)準(zhǔn)晶體管輸出型Ｓ７－３００ＣＰＵ（３１５－２ＰＮ／ＤＰ），以保證整個系統(tǒng)能長期穩(wěn)定地工作。為了方便操作，提供便捷的人機(jī)交互界面，系統(tǒng)采用了ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩＴＰ１２００觸摸型精智面板。

３．２傳感器技術(shù)參數(shù)

壓力變送器：量程０～１０ＭＰａ；精度±０．１５％ＦＳ；電流信號隔離輸出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（負(fù)載＜７５０Ω）；供電電源２４ＶＤＣ。

超聲波液位計：測量范圍０．４ｍ～５ｍ；測量精度±０．５％；供電電源２２０ＶＤＣ；超聲波頻率５０ｋＨｚ；電流信號隔離輸出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（負(fù)載＜７５０Ω），配置ＨＡＲＴ適配器。

余氯檢測儀：測量量程０～５ｍｇ／Ｌ；電流信號隔離輸出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（負(fù)載＜７５０Ω）；１路ＲＳ２３２和１路ＲＳ４８５數(shù)字輸出，支持Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議；儀表供電２２０ＶＡＣ。

４系統(tǒng)軟件設(shè)計

本控制系統(tǒng)軟件主要使用ＴＩＡ博途軟件ＳＴＥＰＶ１４編輯ＰＬＣ的梯形圖程序，通過ＴＣＰ／ＩＰ通信協(xié)議，利用ＰＬＣ的ＲＳ４８５通信接口將程序存放于存儲器中。整個程序執(zhí)行過程為：首先對系統(tǒng)關(guān)鍵量進(jìn)行掃描，然后重點(diǎn)完成濾池過濾及反沖洗。

４．１主程序流程

本程序采用時鐘觸發(fā)的方式讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)處理，根據(jù)工藝流程和控制要求，編寫控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖２所示。

４．２模塊化程序設(shè)計

程序模塊化劃分如表１所示。

４．３ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩ人機(jī)界面設(shè)計

濾池控制系統(tǒng)人機(jī)界面采用ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩＴＰ１２００觸摸型精智面板與ＰＬＣ相結(jié)合的設(shè)計方式，ＨＭＩ與ＰＬＣ通過以太網(wǎng)接口ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議進(jìn)行通訊，同時實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時交換，采用ＳＴＥＰＶ１４軟件對ＨＭＩ人機(jī)界面編制，使得操作清晰、便捷。本控制系統(tǒng)的人機(jī)界面主要有用戶登錄畫面、手動控制畫面、趨勢曲線畫面、自動畫面及報警畫面。超聲波液位計控制主畫面如圖３所示。

５結(jié)語

本文采用西門子Ｓ７－３００ＰＬＣ作為主控器，以ＴＩＡ博途ＳＴＥＰＶ１４軟件作為開發(fā)平臺，完成了凈水廠超聲波液位計控制系統(tǒng)程序模塊化設(shè)計、梯形圖程序編制及ＨＭＩ人機(jī)界面設(shè)計。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超聲波液位計過濾過程及反沖洗過程的精確控制，滿足了濾池各工藝階段的要求，同時保證了水處理過程的穩(wěn)定性和可靠性。