０引言

随着国家经济的快速发展和社会的进步，人民生活水平得到很大提高，对于较好水源的需求也不断提升。在水厂净水工艺中，主要采用“机械混合＋网格絮凝池＋平流沉淀池＋超声波液位计＋加药加氯间＋废水池”的工艺流程，其中超声波液位计是一个较为关键的工艺程序，直接影响配水管网供水的质量。超声波液位计由于其出水水质好、滤速高、反冲洗效果好、节能等特点，在我国净水厂得到广泛应用。本文针对高平市某新建净水厂４组超声波液位计工艺流程及控制要求设计了水厂控制系统，以满足当地居民生产生活的需要。

１超声波液位计工艺流程

本净水厂超声波液位计设计规模为１．７５×１０４ｍ／ｄ，滤池采用气水反冲洗且具有表面扫洗功能，共设有４格，单排布置，每格滤池单侧进水，单格过滤面积为３１．５ｍ２，滤池总高为４．３ｍ，采用整体浇注滤板。超声波液位计主要有过滤和气水反冲洗两个工艺流程。过滤过程如下：自沉淀池来水由总进水渠进入配水渠，经进水闸、配水堰、Ｖ型配水槽进入滤池。滤池的出水进入反冲洗操作间的反冲洗吸水池，经溢流堰进入清水池。反冲洗过程由单独气冲洗、气水同时反冲洗、单独水冲洗、表面扫洗４部分组成。滤池进行反冲洗前首先检测反冲洗水池中的液位，当液位高于设定的允许反冲洗下限时，才可以进行反冲洗，正常时可根据预设时间或滤床堵塞状态自动进行反冲洗，滤池整个反冲洗过程历时２０ｍｉｎ。

２控制系统总体设计

超声波液位计控制系统主要由硬件和软件两部分组成，系统硬件主要包括光电交换机、以太网通讯模块、ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩ精智面板、上位机ＰＣ、下位机Ｓ７－３００ＰＬＣ；系统软件主要包括ＴＩＡ博途软件ＳＴＥＰＶ１４编写主程序、ＨＭＩ人机界面和ＳＩＭＡＴＩＣＷｉｎＣＣ组态监控画面编制等。净水厂超声波液位计控制系统总体框架如图１所示。

３系统硬件设计

３．１ＰＬＣ及ＨＭＩ配置

本控制系统ＰＬＣ主要负责压力变送器、超声波液位计、余氯检测仪等模拟量的数据采集，并进行数字滤波处理，其次是实现气动蝶阀、电动蝶阀的动作及反冲洗水泵、鼓风机、潜水排污泵的启停。因此采用了高可靠性的ＳＩＥＭＥＮＳ标准晶体管输出型Ｓ７－３００ＣＰＵ（３１５－２ＰＮ／ＤＰ），以保证整个系统能长期稳定地工作。为了方便操作，提供便捷的人机交互界面，系统采用了ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩＴＰ１２００触摸型精智面板。

３．２传感器技术参数

压力变送器：量程０～１０ＭＰａ；精度±０．１５％ＦＳ；电流信号隔离输出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（负载＜７５０Ω）；供电电源２４ＶＤＣ。

超声波液位计：测量范围０．４ｍ～５ｍ；测量精度±０．５％；供电电源２２０ＶＤＣ；超声波频率５０ｋＨｚ；电流信号隔离输出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（负载＜７５０Ω），配置ＨＡＲＴ适配器。

余氯检测仪：测量量程０～５ｍｇ／Ｌ；电流信号隔离输出４ｍＡＤＣ～２０ｍＡＤＣ（负载＜７５０Ω）；１路ＲＳ２３２和１路ＲＳ４８５数字输出，支持Ｍｏｄｂｕｓ协议；仪表供电２２０ＶＡＣ。

４系统软件设计

本控制系统软件主要使用ＴＩＡ博途软件ＳＴＥＰＶ１４编辑ＰＬＣ的梯形图程序，通过ＴＣＰ／ＩＰ通信协议，利用ＰＬＣ的ＲＳ４８５通信接口将程序存放于存储器中。整个程序执行过程为：首先对系统关键量进行扫描，然后重点完成滤池过滤及反冲洗。

４．１主程序流程

本程序采用时钟触发的方式读取数据并进行相关处理，根据工艺流程和控制要求，编写控制系统主程序流程图如图２所示。

４．２模块化程序设计

程序模块化划分如表１所示。

４．３ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩ人机界面设计

滤池控制系统人机界面采用ＳＩＭＡＴＩＣＨＭＩＴＰ１２００触摸型精智面板与ＰＬＣ相结合的设计方式，ＨＭＩ与ＰＬＣ通过以太网接口ＴＣＰ／ＩＰ协议进行通讯，同时实现数据的实时交换，采用ＳＴＥＰＶ１４软件对ＨＭＩ人机界面编制，使得操作清晰、便捷。本控制系统的人机界面主要有用户登录画面、手动控制画面、趋势曲线画面、自动画面及报警画面。超声波液位计控制主画面如图３所示。

５结语

本文采用西门子Ｓ７－３００ＰＬＣ作为主控器，以ＴＩＡ博途ＳＴＥＰＶ１４软件作为开发平台，完成了净水厂超声波液位计控制系统程序模块化设计、梯形图程序编制及ＨＭＩ人机界面设计。实际应用表明，该系统实现了超声波液位计过滤过程及反冲洗过程的精确控制，满足了滤池各工艺阶段的要求，同时保证了水处理过程的稳定性和可靠性。