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淺析凈水廠超聲波液位計液位控制系統(tǒng)研制

發(fā)布時間:2019-08-06  發(fā)布作者:

摘要:針對高平市某新建凈水廠超聲波液位計工藝流程及自動控制的要求,研制了以西門子S7-300PLC為核心的控制系統(tǒng)。以TIA博途軟件STEPV14作為開發(fā)平臺,完成了硬件配置、程序模塊化設計、梯形圖程序編制及人機界面設計。實際應用表明:該控制系統(tǒng)滿足了超聲波液位計各工藝階段的控制要求,保證了水處理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性,具有自動化程度高、操作簡單等特點。
0引言
隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會的進步,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鍵的工藝程序,直接影響配水管網(wǎng)供水的質量。超聲波液位計由于其出水水質好、濾速高、反沖洗效果好、節(jié)能等特點,在我國凈水廠得到廣泛應用。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計了水廠控制系統(tǒng),以滿足當?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,共設有4格,單排布置,每格濾池單側進水,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水渠進入配水渠,經(jīng)進水閘、配水堰、V型配水槽進入濾池。濾池的出水進入反沖洗操作間的反沖洗吸水池,經(jīng)溢流堰進入清水池。反沖洗過程由單獨氣沖洗、氣水同時反沖洗、單獨水沖洗、表面掃洗4部分組成。濾池進行反沖洗前首先檢測反沖洗水池中的液位,當液位高于設定的允許反沖洗下限時,才可以進行反沖洗,正常時可根據(jù)預設時間或濾床堵塞狀態(tài)自動進行反沖洗,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、以太網(wǎng)通訊模塊、SIMATICHMI精智面板、上位機PC、下位機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。
 凈水廠 V 型濾池控制系統(tǒng)總體框架
3系統(tǒng)硬件設計
3.1PLC及HMI配置
本控制系統(tǒng)PLC主要負責壓力變送器、超聲波液位計、余氯檢測儀等模擬量的數(shù)據(jù)采集,并進行數(shù)字濾波處理,其次是實現(xiàn)氣動蝶閥、電動蝶閥的動作及反沖洗水泵、鼓風機、潛水排污泵的啟停。因此采用了高可靠性的SIEMENS標準晶體管輸出型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)關鍵量進行掃描,然后重點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)并進行相關處理,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。
V 型濾池控制系統(tǒng)主程序流程
4.2模塊化程序設計
程序模塊化劃分如表1所示。
4.3SIMATICHMI人機界面設計
濾池控制系統(tǒng)人機界面采用SIMATICHMITP1200觸摸型精智面板與PLC相結合的設計方式,HMI與PLC通過以太網(wǎng)接口TCP/IP協(xié)議進行通訊,同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交換,采用STEPV14軟件對HMI人機界面編制,使得操作清晰、便捷。本控制系統(tǒng)的人機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。
 凈水廠 V 型濾池控制主畫面
5結語
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)程序模塊化設計、梯形圖程序編制及HMI人機界面設計。實際應用表明,該系統(tǒng)實現(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。

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