０引言

隨著國家經濟的快速發展和社會的進步，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，以滿足當地居民生產生活的需要。

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，正常時可根據預設時間或濾床堵塞狀態自動進行反沖洗，濾池整個反沖洗過程歷時２０ｍｉｎ。

２控制系統總體設計

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

３系統硬件設計

３．１ＰＬＣ及ＨＭＩ配置

本控制系統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據采集，并進行數字濾波處理，其次是實現氣動蝶閥、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），以保證整個系統能長期穩定地工作。為了方便操作，提供便捷的人機交互界面，系統采用了ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩＴＰ１２００觸摸型精智面板。

３．２傳感器技術參數

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數字輸出，支持Ｍｏｄｂｕｓ協議；儀表供電２２０ＶＡＣ。

４系統軟件設計

本控制系統軟件主要使用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。整個程序執行過程為：首先對系統關鍵量進行掃描，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的方式讀取數據并進行相關處理，根據工藝流程和控制要求，編寫控制系統主程序流程圖如圖２所示。

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通過以太網接口ＴＣＰ／ＩＰ協議進行通訊，同時實現數據的實時交換，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。

５結語

本文采用西門子Ｓ７－３００ＰＬＣ作為主控器，以ＴＩＡ博途ＳＴＥＰＶ１４軟件作為開發平臺，完成了凈水廠超聲波液位計控制系統程序模塊化設計、梯形圖程序編制及ＨＭＩ人機界面設計。實際應用表明，該系統實現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定性和可靠性。