雷紅華

（襄陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程學(xué)院， 湖北 襄陽(yáng) 441050）

隨著水資源匱乏和水污染日益嚴(yán)重，廢水的處理與回收越來(lái)越引起人們的重視，水處理日益成為工業(yè)生產(chǎn)與居民生活的重要組成部分。[1]現(xiàn)代水處理系統(tǒng)包括有很多種，水過(guò)濾器就是其中一種，其作用是濾除原水帶來(lái)的細(xì)小顆粒懸浮物、膠體有機(jī)物等雜質(zhì)。[2]傳統(tǒng)的過(guò)濾器一般采用網(wǎng)式過(guò)濾器，其反沖洗過(guò)程大多為手動(dòng)清洗，過(guò)濾器納污量小、易受污物堵塞、過(guò)濾效率低，且反沖洗浪費(fèi)水量大、清洗不徹底、占地面積大、需專(zhuān)人管理。[3]現(xiàn)代自清洗設(shè)備大多采用疊片式過(guò)濾器，[4]它雖然解決了普通網(wǎng)式過(guò)濾器諸多缺點(diǎn)，但是單個(gè)過(guò)濾單元可納污的容量是有限的。

分析了目前市場(chǎng)上的自清洗設(shè)備存在的不足，本文設(shè)計(jì)的單元式自清洗設(shè)備，通過(guò)5臺(tái)過(guò)濾單元組合構(gòu)成過(guò)濾系統(tǒng)，而且每個(gè)過(guò)濾單元由專(zhuān)用的PLC控制器控制，過(guò)濾沖洗狀態(tài)之間能夠自動(dòng)切換，降低了大型過(guò)濾設(shè)備的材料要求和制造難度。系統(tǒng)也可以根據(jù)用戶(hù)對(duì)過(guò)濾處理的容量、速度和精度的不同要求而靈活構(gòu)成。該設(shè)備與其它型號(hào)的過(guò)濾器相比具有自動(dòng)化程度高、處理量大、自行清洗排污并不間斷供水、適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

一、自清洗設(shè)備過(guò)濾與反沖洗原理

圖1 自清洗設(shè)備過(guò)濾與反沖洗原理圖

自清洗設(shè)備過(guò)濾與反沖洗原理如圖1所示。其原理：原水從進(jìn)水管進(jìn)入右邊兩位三通閥，經(jīng)電磁閥門(mén)控制，水流入過(guò)濾器過(guò)濾，過(guò)濾后的水經(jīng)電磁閥門(mén)控制進(jìn)入出水管。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，過(guò)濾器吸附的雜質(zhì)增多，過(guò)濾質(zhì)量下降，此時(shí)設(shè)備需要進(jìn)行反沖洗模式。當(dāng)調(diào)節(jié)左邊的兩位三通閥改變水流的方向，同時(shí)關(guān)閉進(jìn)水管閥門(mén)，導(dǎo)通排污管閥門(mén)，關(guān)閉出水管閥門(mén)，導(dǎo)通反洗管閥門(mén)。反沖洗水在壓力作用下沖入過(guò)濾器進(jìn)行洗滌，污水由排污管排出。洗滌完畢，過(guò)濾器恢復(fù)過(guò)濾模式，系統(tǒng)將進(jìn)行下一輪反沖洗。

二、基于PLC控制的單元式自清洗設(shè)備設(shè)計(jì)

（一）單元式自清洗設(shè)備參數(shù)要求

適用場(chǎng)合：空壓站循環(huán)水泵房。①過(guò)濾罐體Ф1200×1200。②Q=150 m3/h，5 臺(tái)組合，單臺(tái)過(guò)濾流量 Q=30 m3/h。③單相電源：220 V 50 Hz、1P、500 W。④進(jìn)水壓力：0.3～0.6 MPa。⑤出水壓力：大于0.2 MPa。⑥過(guò)濾效率：大于90%。⑦過(guò)濾介質(zhì)為0.5 mm～0.8 mm的海砂濾料。⑧過(guò)濾精度10 μm。⑨其余規(guī)格型號(hào)：進(jìn)出水管DN150，三通閥DN80，差壓開(kāi)關(guān)DSP200。

（二）單元式自清洗設(shè)備組成

單元式自清洗設(shè)備主要由過(guò)濾罐體、三通閥、差壓開(kāi)關(guān)、壓力控制管路、PLC控制箱等組成。而每個(gè)過(guò)濾單元由進(jìn)水管、反洗管、過(guò)濾器、出水管、排污管五部分組成，一般在進(jìn)水管和排污管處安裝有電磁閥。

圖2 單元式自清洗設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

圖3 單元式自清洗設(shè)備的PLC控制電路圖

單元式自清洗設(shè)備過(guò)濾系統(tǒng)由5個(gè)相同的過(guò)濾單元組成，采用歐姆龍PLC模塊化程序設(shè)計(jì)，既可手動(dòng)控制單個(gè)過(guò)濾單元或自動(dòng)控制5個(gè)過(guò)濾單元同時(shí)工作，也可根據(jù)壓差、時(shí)間或兩者組合對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行全面控制，并且設(shè)備的每個(gè)過(guò)濾單元都具有過(guò)濾和反沖洗功能。

（三）單元式自清洗設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

單元式自清洗設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)過(guò)濾單元工作狀態(tài)，當(dāng)過(guò)濾效果下降時(shí)，控制各過(guò)濾單元轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器實(shí)時(shí)、高效的過(guò)濾功能。（見(jiàn)圖2）

本控制系統(tǒng)在啟動(dòng)后，進(jìn)水閥打開(kāi)，排污閥關(guān)閉，水進(jìn)入每個(gè)過(guò)濾單元過(guò)濾，然后從出水管排出，其雜質(zhì)被過(guò)濾單元的濾芯截留。當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間天數(shù)或者某個(gè)過(guò)濾單元出入水間的壓力差超過(guò)預(yù)設(shè)的變化界限時(shí)，傳感器檢測(cè)裝置向PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)控制各個(gè)過(guò)濾單元進(jìn)行反沖洗。此時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉，排污閥打開(kāi)，出水管處的壓力大于排污口的壓力，在此壓力作用下，過(guò)濾后的清水由濾芯內(nèi)向?yàn)V芯外反向沖洗，使附著的雜質(zhì)脫離過(guò)濾介質(zhì)表面，沖刷掉的雜質(zhì)由排污口排出。

（四）單元式自清洗設(shè)備的PLC控制電路圖

單元式自清洗設(shè)備的PLC控制電路圖和PLC二次回路圖如圖3、圖4所示。

圖4 單元式自清洗設(shè)備的PLC二次控制回路圖

圖5 單元式自清洗設(shè)備電氣控制柜面板示意圖

圖3、圖4中，可編程序控制器采用CPM1A-20CDR歐姆龍PLC，有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式選擇，包括QF1單相斷路器，HL1電源指示燈，HL2-HL6反沖洗指示燈，HL7-HL11工作指示燈，SB1-SB2手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SB3-SB12手動(dòng)啟動(dòng)/停止按鈕，SB13應(yīng)急停止按鈕，K0為時(shí)控開(kāi)關(guān)繼電器，K0-K5小型電磁繼電器，YT1-YT5壓差輸入點(diǎn)。

（五）單元式自清洗設(shè)備電氣控制柜

單元式自清洗設(shè)備電氣控制柜面板示意圖如圖5。編程控制采用手動(dòng)模式和自動(dòng)模式兩種，第一次上電后，人為選擇自動(dòng)或手動(dòng)。若選擇自動(dòng)模式，進(jìn)水閥打開(kāi)，5個(gè)過(guò)濾單元處于正常的過(guò)濾狀態(tài)，15天后或1#～5#壓力傳感器中任一有信號(hào)，則設(shè)備啟動(dòng)自動(dòng)清洗狀態(tài)，1#～5#過(guò)濾單元順序反沖洗，反沖洗結(jié)束后自動(dòng)返回到正常的過(guò)濾狀態(tài)。若需切換到手動(dòng)模式，則先按下對(duì)應(yīng)號(hào)的停止按鈕，然后選擇手動(dòng)模式。若選擇手動(dòng)模式，每次只能進(jìn)行一臺(tái)的反沖洗，在此過(guò)程中不可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，必須選擇對(duì)應(yīng)號(hào)的停止按鈕，才可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

三、結(jié)束語(yǔ)

基于PLC控制的單元式自清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)，5臺(tái)大容量的過(guò)濾單元交替處于過(guò)濾和自清洗狀態(tài)，克服傳統(tǒng)過(guò)濾器納污量少且無(wú)法監(jiān)控等缺點(diǎn)，同時(shí)，一個(gè)過(guò)濾單元狀態(tài)不影響其它過(guò)濾單元的工作，因此保證了系統(tǒng)實(shí)時(shí)不間斷的過(guò)濾處理。其系統(tǒng)造價(jià)低廉，構(gòu)建靈活，適合于中小企業(yè)的水處理。目前該設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于用戶(hù)，反應(yīng)良好，因其操作方便，價(jià)格低廉，預(yù)計(jì)將來(lái)會(huì)有更大的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

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