可编程序控制器在污水液位计提升站的应用

某公司一50 m³的污水池, 负责收集整个厂区的生活污水和生产废水。污水通过提升泵打入市政排水系统, 靠人工巡检起泵进行排污。由于污水排放量不确定, 经常出现巡检时污水池里没有水, 或者污水过多已经从污水池中冒出的现象。后采用可编程序控制器 (PLC) 控制污水排放, 实现了污水排放过程的自动控制。

控制系统由S7-200 224XP PLC、TP170B触摸屏、MIK-P260投入式液位计、电动阀和两台污水泵等组成, 对现场设备 (泵、阀门等) 进行运行控制、状态显示, 关键设备进行连锁。

(1) 投入式液位计监测污水池水位高度, 当水位达到控制器设定高度上限时, 打开出口电动阀, 出口电动阀开到位后, 起动污水提升泵, 向外排放污水;当水位达到控制器设定高度下限时, 停止污水提升泵, 关闭出口电动阀。

(2) 1号污水泵起泵后5 min内水位未下降至控制器设定高度上限时, 系统将自动起动2号污水提升泵。

(3) 当水位达到控制器设定报警上限时, 系统发出报警, 任意污水泵有故障时, 发出相应故障报警。

系统***底层是设备控制层, 主要完成设备的现场控制与监测;第二层是监控层, 主要完成污水排放系统的在线监测, 并向设备控制层下达控制指令。系统包括监控主界面和多个子界面。主界面反映污水处理的总工艺流程, 子界面对每个设备进行监测和控制, 并记录报警信息。系统主要界面如图1所示。

(1) 主界面主要显示系统流程、设备运行状态、实时液位和系统运行模式。

(2) 控制界面左侧的两个按钮是用来对整个系统控制方式进行切换的, 包括手动控制和自动控制两种方式;右侧两个按钮在系统手动状态下, 控制出口电动阀开关, 并在按钮上显示相应状态。

(3) 1、2号污水泵起停控制界面是在手动状态下, 分别对1、2号污水泵进行起停控制的, 并在按钮上显示相应状态。

(4) 报警记录界面用来显示所有设备的报警记录, 以备查询。

投入式液位计将现场实际水位转换为电信号传给PLC, PLC将污水泵起停命令和电动阀开关命令下达给设备, 并接收设备反馈状态。触摸屏接收PLC传来的各项数据, 同时将操作指令下达给PLC。PLC主要完成以下几个功能。

控制操作:PLC对全系统被控设备进行控制, 如起停某一设备, 手动或自动执行顺序控制, 控制切换方式, 现场PLC参数设定值修改。

显示:利用图形实时显示被控设备的运行工况, 动态显示各种模拟信号、开关信号等数值, 通过按钮、开关、信号灯等生动表达出来。

数据处理:对PLC上传的数字量与模拟量进行处理, 并按要求在触摸屏中进行显示。

故障报警:系统异常时发出报警, 如:污水泵故障, 液位超高。

系统主电路如图2所示, PLC接线如图3所示。

(1) 将投入式液位计采集到的4~20 m A电流信号转换成实际液位, 程序如图4所示。

投入式液位计将液位的变化转换成4~20 m A标准电流信号, 直接输入PLC模拟量输入模块 (AIW0通道) , 经模/数变换成0~32 000的数字量, 再根据设定的液位上下限, 通过I转R指令计算出液位的实际值, 输出给内部存储器VDO。VD0值为污水池当前液位实际值。

(2) 手动、自动切换, 程序如图5所示。

当M0.0 (触摸屏上的自动模式按钮) 常开点导通、M20.0线圈得电并自锁其常开点时, 状态为自动模式;当M0.1 (触摸屏上的手动模式按钮) 断开、M20.0断开时, 状态为手动模式。

(3) 手动控制, 程序如图6所示。

手动状况下, M20.0常闭点导通, 发出开阀命令后, M0.2常开点导通, 开阀Q0.0线圈得电并自锁其常开点, 出口电动阀开阀。出口电动阀开到位, 电动阀开到位信号I0.0常闭点断开, 出口电动阀停止开阀。反之, 发出关阀命令, M0.4常开点导通, 关阀Q0.1线圈得电并自锁其常开点, 出口电动阀关阀。出口电动阀关到位, 电动阀关到位信号I0.1常闭点断开, 出口电动阀停止关阀。当出口电动阀开到位、I0.0常开点接通时, 发出起泵命令, M0.6常开点导通, Q0.2线圈得电并自锁其常开点, 1号污水泵起动, 发出停泵命令, M0.7常闭点断开, 污水泵停止运行。2号污水泵控制方式相同。

(4) 自动控制, 程序如图7所示。

自动状况下, M20.0常开点导通, 液位VD0达到上限 (4 m) 时, M20.5线圈置位得电, M20.5常开点导通, 自动打开出口电动阀Q0.0。电动阀开到位后, 常闭点I0.0断开, 电动阀开阀命令Q0.0断开。此时, 起动1号污水泵Q0.2置位, 1号污水泵运行, 同时, T50计时器得电。延时5 min, 水位仍未降至液位VD0上限 (4 m) 时, T50常开点导通, 起动2号污水泵Q0.3置位, 2号污水泵开始运行。液位VD0降至下限 (1 m) 时, M20.5线圈复位失电, 所有M20.5的常闭点接通得电, 1号污水泵Q0.2和2号污水泵Q0.3复位, 所有污水泵停止运行, 1号污水泵起停信号I0.2和2号污水泵起停信号I0.3常闭点接通, Q0.1得电关闭出口电动阀。出口电动阀关到位后, I0.1常闭点断开, Q0.1失电出口, 电动阀停止关闭。

(5) 报警, 程序如图8所示。

1、2号污水泵起动后, 延时10 s, 1号污水泵起动反馈信号I0.2或2号污水泵起动反馈信号I0.3常闭点未断开。

或者, 热保护器I0.4和I0.5常开点导通, 相应污水泵的报警指示灯亮发出报警信号, 并记录报警。

液位VD0达到报警上限 (4.2 m) 时, 出水位超高报警指示灯亮发出报警信号, 并记录报警。
 

概述：
   污水液位计磁翻板液位计是我公司在长期生产板管式液位计基础上，自行设计生产的内浮子式液位计。仪表的承压零件 均使用 不锈钢等材料，在结构设计上减少了密封结合面，使仪表的安全性、稳定性和可靠性实现突破。另外，液位显示清晰醒目。同时，可以配合变送器使用，使信号输出 多样，并可以实现信号远传以及控制或报警。

      污水液位计几乎可以适用与各种工业自动化控制过程中的液位测量与控制，可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。

特点：
     测量范围大，读数直观清晰；
     密封结合面少，不易渗漏,安全可靠；
     指示部分与被测介质完全隔离；
     易于安装、维修方便。
测量范围：0~6m(可定制更长)
测量精度：现场显示±10mm   控制输出±3mm
                    变送输出±1.0%F.S
介质粘度：≤0.4Pa.S
介质密度：≥0.425g/cm3(液位)
                  密度差≥0.1gcm3(界面)
控制输出：220V1A 无源开关
变送输出：4~20mA(24V DC 供电)
介质温度：-50~350℃
介质压力：0~16MPa
环境条件：环境温度-10~60℃  相对湿度≤85%
防护等级：IP65
工作原理与结构：
    磁性翻板（磁翻板）液位计是根据磁极耦合原理、阿基米德（浮力定律）等原理巧妙地结合机械传动的特性而开发研制的一种专门用于液位测量的装置。在此基础上，不断扩大其使用范围，延伸出多种类型的产品，在检测液位的同时我们赋予它们更多的实用功能。
     污水液位计仪表都有一个容纳浮球的腔体（称为主体管或外壳）， 它通过法兰或其他接口与容器组成一个连通器；这样它腔体内的液面与容器内的液面是相同高度的，所以腔体内的浮球会随着容器内液面的升降而升降；这时候我们 并不能看到液位，所以我们在腔体的外面装了一个翻柱显示器，因为我们在制造浮球时在浮球沉入液体与浮出部分的交界处安装了磁钢，它与浮球随液面升降时，它 的磁性透过外壳传递给翻柱显示器，推动磁翻柱翻转180°；由于磁翻柱是有红、白两个半圆柱合成的圆柱体，所以翻转180°后朝向翻柱显示器外的会改变颜 色（液面以下红色、以上白色），两色交界处即是液面的高度。

     为了扩大它的使用范围，还可以根据相关标准及要求增加液位变送装置，以输出多种电信号。其中，4～20mA电流信号是比较常用的一种。比如：在监测液位的 同时磁控开关信号可用于对液位进行控制或报警；在翻柱液位计的基础上增加了 4~20mA 变送传感器，在现场监测液位的同时，将液位的变化通过变送传感器、线缆及仪表传到控制室，实现远程监测和控制。
磁翻板液位计的优点是结构和原理简单，测量结果观测非常直观，并且结构坚固耐用，正常安装后基本无需维护，利用密度差的原理可以用来测量两种不同液体的界面（如油水混合物），与浮子液位计合并使用可输出电流信号，可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。与介质直接接触，浮球密封要求要严格，不能测量粘性较大的介质。目前在液位计使用领域使用***为广泛。非常适用于对测量精度不是很高的储罐、地罐等较大液体容器内使用，使用年限较长时磁性材料如退磁可以更换浮子继续使用，维护相对简单。
侧装型磁翻板液位计适用场所:
    1、适用于高温、高压力、强酸、强碱及防爆要求，结构简单、可靠耐用，可加装多种选购配件使控制更加容易。
    2、适用于染整设备、废水处理、发电厂、化工设备、热煤油锅炉和石化工业等 、
    3、若电源中断，现场磁性开关亦不受影响，准确性高。
    4、每1公分加一不同颜色的色片，使液位容易辨识。
    5、加装液位传送器及磁性开关，不须停机可随时安装或调整。
    侧装型磁翻板液位计安装于桶槽外侧延伸管上，桶槽内部的液位能由翻板指示器清楚得知。旁路管外侧亦可加装磁性开关，做为电气接点信号输出，或装置液位传送器做远距离液位信号传送及液位控制。侧装型磁翻板液位计是具有可靠的安全性仪表。由于具有磁性耦合隔离密闭结构。
    尤其适用于易燃、易爆和腐蚀有毒液位检测。从而使原复杂环境的液位检测手段变得简单和可靠安全。侧装型磁翻板液位计具有就地显示的直读式特性。不需多组液位计组合。
    有着单体进行全量程测量。设备少开孔，显示清晰，标志醒目，读数直观等优点。当液位计直接配带显示仪时可省去该系统信号检测的中间变送从而提高其传输精度。

系统投运至今, 运行一直稳定可靠, 控制准确度完全满足设计要求, 减轻了工人巡检次数, 杜绝了污水过多冒出污水池的现象, 既节省了成本, 又降低了能耗, 提高了效益, 完全实现了预期的目标, 达到了***初的设计要求。