基于電氣控制系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式濾水器設(shè)計(jì)

仲小慶 簡(jiǎn)敏 陶永雷 中國(guó)電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司

現(xiàn)階段，老式的傳統(tǒng)濾水器在我國(guó)部分水電廠依舊被采用，其落后的設(shè)計(jì)、低成都的自動(dòng)化使得污物不能有效及時(shí)排除，造成了經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而水電廠中濾水器的正常運(yùn)行是保障其供水系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的重中之重。針對(duì)目前情況，本文研究設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)式濾水器，可在水處理車間的管道進(jìn)水口處安裝，再依據(jù)生產(chǎn)用水量的實(shí)際需要，選擇可單臺(tái)使用或可多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行使用，經(jīng)濟(jì)有效的解決水過(guò)濾除雜問(wèn)題。

1.旋轉(zhuǎn)式濾水器簡(jiǎn)介

1.1 旋轉(zhuǎn)式濾水器的工作原理

接入管道系統(tǒng)后，旋轉(zhuǎn)式濾水器中的水從進(jìn)水口進(jìn)入，出水口流出過(guò)濾后的水。通過(guò)網(wǎng)芯時(shí)，因?yàn)樗须s質(zhì)體積比網(wǎng)芯孔大，則被攔截在網(wǎng)芯上，若雜質(zhì)數(shù)量聚積到一定時(shí)，則在進(jìn)水口和出水口間形成一定壓差，再通過(guò)網(wǎng)芯轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)的反沖洗，反沖洗動(dòng)作是的雜質(zhì)從排污口自行排出。

1.2 旋轉(zhuǎn)式濾水器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

如圖1所示，由旋轉(zhuǎn)式濾水器的控制原理圖可看出，濾水器具有手動(dòng)、自動(dòng)控制兩種控制方式，使得濾水器能夠?qū)崿F(xiàn)在手動(dòng)模式下進(jìn)行檢修與調(diào)試。此外，旋轉(zhuǎn)式濾水器具有人工模式排污除雜、差壓式自動(dòng)排污除雜、定時(shí)自動(dòng)式排污除雜，以及超壓停機(jī)與計(jì)數(shù)等多種功能。本設(shè)計(jì)中采用濾水器電動(dòng)機(jī)和排污電動(dòng)機(jī)這兩臺(tái)電機(jī)配合使用完成此功能。整個(gè)系統(tǒng)的輸入有方式選擇、壓力差信號(hào)等，與系統(tǒng)進(jìn)出水口相銜接的由濾水器的進(jìn)水口、出水口、排污出口。

圖1 旋轉(zhuǎn)式濾水器的控制圖

1.3 旋轉(zhuǎn)式濾水器的工作過(guò)程

旋轉(zhuǎn)式濾水器的工作過(guò)程分為兩個(gè)部分：

正常濾水過(guò)程：若旋轉(zhuǎn)式濾水器進(jìn)水口與出水口的水流均正常時(shí)，則產(chǎn)生的壓力差將低于差壓控制器的事先設(shè)定值，使得原水將被正常過(guò)濾，即位于差壓控制器內(nèi)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)動(dòng)作輸出。

除雜排污過(guò)程：若旋轉(zhuǎn)式過(guò)濾器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾原水，則在過(guò)濾孔時(shí)造成的水中漂浮物將在濾水器內(nèi)被大量阻塞，從而使得進(jìn)水口水壓比出水口水壓大，減少了出水量，進(jìn)水口與出水口間的壓力差將大于事先差壓控制器設(shè)定值，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使得控制系統(tǒng)接通，濾水器進(jìn)行排污除雜，即位于差壓控制器內(nèi)微動(dòng)開(kāi)關(guān)有動(dòng)作輸出，排污除雜后，旋轉(zhuǎn)式濾水器再次恢復(fù)正常的濾水狀態(tài)，生產(chǎn)供水系統(tǒng)繼續(xù)正常安全運(yùn)行。

2.旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 電氣的控制設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)濾水器控制系統(tǒng)的主電路如圖2所示:

主回路中，通過(guò)KM3交流接觸器來(lái)控制M1濾水器電動(dòng)機(jī)及M2液壓泵電動(dòng)機(jī)；M3電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)則由KM1、KM2控制,從而完成閥門開(kāi)起和關(guān)閉的功能。

M1、M2、M3電機(jī)則通過(guò)FR1、FR2、FR3熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其過(guò)載保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)M3閥門電動(dòng)機(jī)的雙重保護(hù)，在其控制器內(nèi)配有常閉熱保護(hù)開(kāi)關(guān)，。

電源總開(kāi)關(guān)為QF，在完成主電路短路保護(hù)同時(shí)也可起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹墓πВ阌诰S修。

FU1、FU2、FU3熔斷器可對(duì)各負(fù)載回路的短路進(jìn)行保護(hù)。FU4、FU5則分別對(duì)PLC控制回路與交流控制回路進(jìn)行短路保護(hù)。

圖2 旋轉(zhuǎn)濾水器控制系統(tǒng)主電路圖

2.2 交流控制電路設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的交流控制電路圖如圖3所示。

控制電路中含有PG電源指示，隔離變壓器TC用于PLC供電回路，以防電源干擾作用。依據(jù)PLC耗電量的配置來(lái)選用TC隔離變壓器，可配置標(biāo)準(zhǔn)型變比1：1、容量100VA隔離變壓器。M1、M2、M3三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)通過(guò)各自的FR1、FR2、FR3熱繼電器實(shí)現(xiàn)，其并聯(lián)后的常閉觸點(diǎn)與中間繼電器KA1連接，可構(gòu)成過(guò)載保護(hù)信號(hào)。此外，PB報(bào)警電鈴為8W,220V的交流電壓，當(dāng)超高壓差出現(xiàn)時(shí)，PB將報(bào)警。KA1可將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為直流24V電壓，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)入PLC完成過(guò)載保護(hù)功能。差壓變送器用于輸出為壓差信號(hào)，可調(diào)測(cè)量范圍為0.3MPa至0.8MPa，感性接點(diǎn)輸出為220V交流,1A。

圖3 濾水器控制系統(tǒng)交流控制電路

2.3 主要參數(shù)計(jì)算

斷路器QF脫扣電流。供電系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)即為斷路器，斷路器過(guò)電流的脫扣值一般按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。旋轉(zhuǎn)式濾水器中包括一臺(tái)起動(dòng)電流較大的1.5KW負(fù)載電動(dòng)機(jī)，二臺(tái)起動(dòng)電流較小的100W以下負(fù)載電動(dòng)機(jī)，且濾水器電動(dòng)機(jī)和液壓泵電動(dòng)機(jī)需同時(shí)起動(dòng)運(yùn)行。所以1.5kW電動(dòng)機(jī)脫扣電流IQF：

熔斷器FU熔體額定電流。對(duì)于本設(shè)計(jì)的濾水器電動(dòng)機(jī)而言，，所以選用6A的熔體。

2.4 PLC控制電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用15個(gè)輸入和12個(gè)輸出。其中，輸出部份包括220V輸出與24V輸出兩部份。電動(dòng)機(jī)控制的接觸器輸出和報(bào)警電鈴輸出為220V輸出，各種指示燈輸出為24V輸出。兩種不同的輸出電壓使得提供電壓的電源也不同，均由交流控制電路提供。

此外，介于本設(shè)計(jì)所需的I/O口較少，選用三菱FX家族中最先進(jìn)的 FX2N系列作為核心控制器件。

圖4 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC控制電路圖

如表1所示，為旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口功能說(shuō)明。

表1 旋轉(zhuǎn)式濾水器控制系統(tǒng)的PLC輸入輸出接口功能表

X005 SF3 手動(dòng)開(kāi)濾水器、液壓泵按鈕 Y002 PG3定時(shí)自動(dòng)除雜排污指示燈X006 SF4 手動(dòng)關(guān)濾水器、液壓泵按鈕 Y003 PG4差壓自動(dòng)除雜排污指示燈X007 BP 差壓變送器信號(hào) Y004 PG5 故障指示燈X010 KM1 開(kāi)電動(dòng)閥信號(hào) Y005 PG6 開(kāi)電動(dòng)閥指示燈X011 KM2 關(guān)電動(dòng)閥信號(hào) Y006 PG7 關(guān)電動(dòng)閥指示燈X012 KM3 濾水器、液壓泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號(hào) Y007 PG8濾水器、液壓泵運(yùn)行指示燈X013 KA1 電動(dòng)機(jī)過(guò)載信號(hào) Y013 PB 報(bào)警電鈴X014 BG1 電動(dòng)閥打開(kāi)限位開(kāi)關(guān)X015 BG2 電動(dòng)閥關(guān)閉限位開(kāi)關(guān)X016 SB5 故障報(bào)警顯示關(guān)閉開(kāi)關(guān)

3.PLC程序編寫

PLC程序編寫如下圖5所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)式濾水器的控制系統(tǒng)PLC程序編寫

4.小結(jié)

針對(duì)污染給水電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成困難，增加了工人的勞動(dòng)力這一現(xiàn)象，本文詳細(xì)的介紹了基于PLC對(duì)旋轉(zhuǎn)式濾水器的電氣控制方法。實(shí)踐證明，這一方法在大大減少勞動(dòng)力的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)式濾水器可經(jīng)濟(jì)有效的對(duì)污水進(jìn)行排污除雜。

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