基于PLC控制的单元式自清洗设备设计

雷红华

（襄阳职业技术学院 电子工程学院， 湖北 襄阳 441050）

随着水资源匮乏和水污染日益严重，废水的处理与回收越来越引起人们的重视，水处理日益成为工业生产与居民生活的重要组成部分。[1]现代水处理系统包括有很多种，水过滤器就是其中一种，其作用是滤除原水带来的细小颗粒悬浮物、胶体有机物等杂质。[2]传统的过滤器一般采用网式过滤器，其反冲洗过程大多为手动清洗，过滤器纳污量小、易受污物堵塞、过滤效率低，且反冲洗浪费水量大、清洗不彻底、占地面积大、需专人管理。[3]现代自清洗设备大多采用叠片式过滤器，[4]它虽然解决了普通网式过滤器诸多缺点，但是单个过滤单元可纳污的容量是有限的。

分析了目前市场上的自清洗设备存在的不足，本文设计的单元式自清洗设备，通过5台过滤单元组合构成过滤系统，而且每个过滤单元由专用的PLC控制器控制，过滤冲洗状态之间能够自动切换，降低了大型过滤设备的材料要求和制造难度。系统也可以根据用户对过滤处理的容量、速度和精度的不同要求而灵活构成。该设备与其它型号的过滤器相比具有自动化程度高、处理量大、自行清洗排污并不间断供水、适用性广泛等优点。

一、自清洗设备过滤与反冲洗原理

图1 自清洗设备过滤与反冲洗原理图

自清洗设备过滤与反冲洗原理如图1所示。其原理：原水从进水管进入右边两位三通阀，经电磁阀门控制，水流入过滤器过滤，过滤后的水经电磁阀门控制进入出水管。随着过滤的进行，过滤器吸附的杂质增多，过滤质量下降，此时设备需要进行反冲洗模式。当调节左边的两位三通阀改变水流的方向，同时关闭进水管阀门，导通排污管阀门，关闭出水管阀门，导通反洗管阀门。反冲洗水在压力作用下冲入过滤器进行洗涤，污水由排污管排出。洗涤完毕，过滤器恢复过滤模式，系统将进行下一轮反冲洗。

二、基于PLC控制的单元式自清洗设备设计

（一）单元式自清洗设备参数要求

适用场合：空压站循环水泵房。①过滤罐体Ф1200×1200。②Q=150 m3/h，5 台组合，单台过滤流量 Q=30 m3/h。③单相电源：220 V 50 Hz、1P、500 W。④进水压力：0.3～0.6 MPa。⑤出水压力：大于0.2 MPa。⑥过滤效率：大于90%。⑦过滤介质为0.5 mm～0.8 mm的海砂滤料。⑧过滤精度10 μm。⑨其余规格型号：进出水管DN150，三通阀DN80，差压开关DSP200。

（二）单元式自清洗设备组成

单元式自清洗设备主要由过滤罐体、三通阀、差压开关、压力控制管路、PLC控制箱等组成。而每个过滤单元由进水管、反洗管、过滤器、出水管、排污管五部分组成，一般在进水管和排污管处安装有电磁阀。

图2 单元式自清洗设备电气控制系统

图3 单元式自清洗设备的PLC控制电路图

单元式自清洗设备过滤系统由5个相同的过滤单元组成，采用欧姆龙PLC模块化程序设计，既可手动控制单个过滤单元或自动控制5个过滤单元同时工作，也可根据压差、时间或两者组合对过滤器进行全面控制，并且设备的每个过滤单元都具有过滤和反冲洗功能。

（三）单元式自清洗设备电气控制系统

单元式自清洗设备的电气控制系统能自动检测每个过滤单元工作状态，当过滤效果下降时，控制各过滤单元转换工作状态，达到实现过滤器实时、高效的过滤功能。（见图2）

本控制系统在启动后，进水阀打开，排污阀关闭，水进入每个过滤单元过滤，然后从出水管排出，其杂质被过滤单元的滤芯截留。当达到设定时间天数或者某个过滤单元出入水间的压力差超过预设的变化界限时，传感器检测装置向PLC控制系统发出信号，控制系统控制各个过滤单元进行反冲洗。此时，进水阀关闭，排污阀打开，出水管处的压力大于排污口的压力，在此压力作用下，过滤后的清水由滤芯内向滤芯外反向冲洗，使附着的杂质脱离过滤介质表面，冲刷掉的杂质由排污口排出。

（四）单元式自清洗设备的PLC控制电路图

单元式自清洗设备的PLC控制电路图和PLC二次回路图如图3、图4所示。

图4 单元式自清洗设备的PLC二次控制回路图

图5 单元式自清洗设备电气控制柜面板示意图

图3、图4中，可编程序控制器采用CPM1A-20CDR欧姆龙PLC，有手动控制和自动控制方式选择，包括QF1单相断路器，HL1电源指示灯，HL2-HL6反冲洗指示灯，HL7-HL11工作指示灯，SB1-SB2手动自动转换开关，SB3-SB12手动启动/停止按钮，SB13应急停止按钮，K0为时控开关继电器，K0-K5小型电磁继电器，YT1-YT5压差输入点。

（五）单元式自清洗设备电气控制柜

单元式自清洗设备电气控制柜面板示意图如图5。编程控制采用手动模式和自动模式两种，第一次上电后，人为选择自动或手动。若选择自动模式，进水阀打开，5个过滤单元处于正常的过滤状态，15天后或1#～5#压力传感器中任一有信号，则设备启动自动清洗状态，1#～5#过滤单元顺序反冲洗，反冲洗结束后自动返回到正常的过滤状态。若需切换到手动模式，则先按下对应号的停止按钮，然后选择手动模式。若选择手动模式，每次只能进行一台的反冲洗，在此过程中不可实现自动转换，必须选择对应号的停止按钮，才可实现转换。

三、结束语

基于PLC控制的单元式自清洗设备的设计，5台大容量的过滤单元交替处于过滤和自清洗状态，克服传统过滤器纳污量少且无法监控等缺点，同时，一个过滤单元状态不影响其它过滤单元的工作，因此保证了系统实时不间断的过滤处理。其系统造价低廉，构建灵活，适合于中小企业的水处理。目前该设备已经应用于用户，反应良好，因其操作方便，价格低廉，预计将来会有更大的市场前景。

参考文献：

［1］王燕燕，戴凌汉.自动反冲洗过滤器的改进与研究[J].北京化工大学学报（自然科学版），2010（3）：119-122.

［2］吕艳.水处理系统中过滤器的PLC控制[J].自动化技术与应用，2009（5）：90-92.

［3］崔春亮，雷建花，阿不都沙拉木.自主研发的自动清洗网式过滤器[J].节水灌溉，2010（10）：46-48.

［4］杨万龙，宋世良.中国农村水利水电[J].叠片式自动反冲洗过滤器的研制，2005（1）：115-117.