摘 要:本文介绍了超声波液位计的工作原理、对水厂加药系统、排污系统的控制及使用要点。
关键词:超声波 加药系统 排污系统 PLC
中图分类号:TH-39文献标识码:A文章编号:1007-9416(2011)04-0101-02
1、引言
液位的测量广泛用于国民生产、生活的诸多领域。近年来,随着电子技术和数字技术的不断进步,超声波液位计得到了长足发展。它具有精度高、非接触、干扰因素少、价格低廉、使用方便的优点。特别是在水处理过程中,超声波液位计在自控系统中起着至关重要的作用。
2、超声波液位计的工作原理
超声波液位计由传感器(探头)和变送器组成。传感器受电激励后向被测介质发出一个超声波脉冲,该脉冲穿过空气到达介质表面后被反射回来,部分反射的回波被同一传感器(此时作为接收器)接受,并转换成电信号。变送器的电子检测系统检测到这一信号后,将其转变为液位信号进行显示。同时,将液位信号转变为4～20mA电流信号传送给上位机(PLC)参与过程控制。超声波脉冲以声速传播,从发射到接收所用的时间,既脉冲的传输时间t与传感器到介质表面的距离D成正比。
距离D根据声速C和传输时间t得出下列公式:
D=C×t/2
在空气的正常条件下,声速为C=340m/s。
由于发射的超声波脉冲有一定的宽度,使得在传感器较近的小段区域内反射波与发射波重迭,传感器无法识别,不能测量其距离值。这个区域称为测量盲区。盲区的大小与超声波液位计的型号有关。最大的测量范围取决于空气对超声波的衰减以及脉冲从介质表面反射的强度。
测量原理如图1所示:
通过传感器发射并接收超声波可测得传感器到液面的高度D,只要将传感器到构筑物底部的距离L输入到变送器的矩阵内,即可测得介质的液位高度d=L-D。测量的精度可达毫米。使用时可将被测介质的液位上、下限输入到变送器矩阵内,以便及时输出上、下限报警。
3、超声波液位计在加药系统中的控制与监测
自控加药系统中超声波液位计作为液位测量的再现仪表,可实时监测储药池和加药罐的液位,并将液位信号反馈给PLC,PLC以此为依据启动程序,发出相应指令。保证净水剂的自控调制和补给。
(1)经超声波液位计检测,储药池液位若达0.3m时为下限报警,以便及时补充药液。
(2)若正在使用的加药罐液位达下限0.3m,则报警。超声波液位计将信号反馈给PLC,PLC启动相应程序。
(3)打开备用高液位加药罐出口电磁阀,关闭已达下限的加药罐出口阀门。同时启动转液泵,并打开储药池出口电磁阀和空加药罐入口电磁阀。
(4)待药液到达规定液位时,关闭转液泵及相应阀门。同时启动鼓风机,打开鼓风机出口电动阀及此加药罐的风、水入口电磁阀。
(5)待加药罐液位到达一个新的规定上限时(此时加药罐内已配制好相应浓度的净水剂,并经风力搅拌已混合均匀。药液的浓度经PLC计算得出。),关闭此罐风、水电磁阀。同时,关闭鼓风机及其出口电动阀。至此,净水剂自控调制完毕,以作备用。
(6)当新投产的加药罐液位逐步下降达0.3m时,重复2～5程序。以确保净水剂投加的连续性。
超声波液位计自控净水剂调制及补给原理如图2所示:
4、超声波液位计对排污系统的控制
在制水生产过程中,需要对排污池液位进行实时的监测和控制。首先在变送器矩阵内设置排污池液位的上、下限。 变送器将实际检测的液位与矩阵内设置的上、下限值进行比较。当液位达到上限值时,变送器上限常开触点DO1闭合,配合低压电气回路启动潜污泵。同时,变送器输出报警,可外接警铃/闪光灯。提醒值班人员注意,排污池内污水高度已达上限,到现场检查潜污泵是否已自动启运。否则,可采用现场手动启运潜污泵。防止污水溢出的生产事故发生。随着污水的排出,液位下降。当实际测量值达到液位下限时,变送器内常闭触点DO2断开,切断控制回路,停运潜污泵。这样,就保证了排污池液位始终处在一个非常安全的生产高度上。控制原理如图3所示:
5、超声波液位计的使用要点
(1)调节好超声波传感器距液面的高度。过远,探头接收的信号太弱;过近,进入探头盲区,无法分辨。(2)保证探头表面垂直正对被测液面,水平度控制在2o。同时,保证探头发射的超声波波速所辐射的区域内不得有障碍物,应避开罐内人梯、限位开关、管道等。正常情况下,变送器ECHOLED二极管会闪,接收到回波时,传感器附近能听到哒、哒声。(3)超声波的抗电磁干扰性能不好,附近的用电设备易对它造成影响。信号线应有独立的穿线管,远离动力线和照明线。保证信号屏蔽良好,穿线管应使用导电钢管,屏蔽层采用单点接地,避免回路的电位差干扰仪表。(4)为防止信号线接触不良,在信号线中间尽量不留接头,接线端子压接处不能有任何松动,不然接触电阻将较大。必须有接头则需焊接,减少隐患。(5)信号线尤其是接头处受潮,会造成信号紊乱。当信号线须走缆沟时,需在缆沟支架上敷设。
6、结语
在自来水厂生产自动化的发展进程中,每个生产环节都在向数字化迈进。超声波液位计作为测量和控制的重要单元,在水处理生产过程中起着关键性作用。齐齐哈尔浏园水厂自九五年投产以来在取水泵站、药剂楼、净化间、送水泵房、排水泵房等处使用超声波液位计用于生产的测量与控制。经过十余年的实践证明,超声波液位计具有性能稳定、测量范围大、易于维护等诸多优点,其发展空间必将十分广阔。