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水处理系统中过滤器的 PLC 控制系统设计

摘要：污水处理控制系统最初多采用继电器—接触器控制系统，但随

着社会以及电子技术的快速发展，控制要求不断精密，此类控制方法已经完

全不能满足工业污水处理系统的控制要求，所以逐渐被 DCS、现场总线控制、

PLC 等控制方式所取代。和现场总线控制系统比较，PLC 系统可以在各种工

业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连

接，即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运

行情况和查找故障。和 DCS 系统比较，PLC 系统的可靠性高，所有的 I/O 输入

输出信号均采用光电隔离，各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰，采用

性能优良的开关电源。为了适应各种工业控制需要，除了单元式大的小型控

制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。

关键词:污水处理;PLC 系统；控制；

水处理系统中过滤器的 PLC 控制系统设计

一．概述

1.1 过滤器历史

中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前 200 年已有植物纤维制作的纸。

公元 105 年蔡伦改进了造纸法。他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹

帘上。水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。

最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了

真空过滤。20 世纪初发明的转鼓真空过滤器实现了过滤操作的连续化。此后，

各种类型的连续过滤器相继出现。间歇操作的过滤器(例如板框压滤器等)因能实

现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压

榨的过滤器得到了发展。

1.2 过滤器简介

过滤器由筒体、不锈钢滤网、排污部分、传动装置及电气控制部分组成。过

滤器工作时，待过滤的水由水口时入，流经滤网，通过出口进入用户所须的管道

进行工艺循环，水中的颗粒杂技被截留在滤网内部。如此不断的循环，被截留下

来的颗粒越来越多，过滤速度越来越慢，而进口的污水仍源源不断地进入，滤孔

会越来越小，由此在进、出口之间产生压力差，当大度差达到设定值时，差压变

送器将电信号传送到控制器，控制系统启动驱动马达通过传动组件带动轴转动，

同时排污口打开，由排污口排出，当滤网清洗完毕后，压差降到最小值，系统返

回到初始过滤状，系统正常运行。过滤器由壳体、多元滤芯、反冲洗机构、和差

压控制器等部分组成。壳体内的横隔板将其内腔分为上、下两腔，上腔内配有多

个过滤芯，这样充分了过滤空间，显着缩小了过滤器的体积，下腔内安装有反冲

洗吸盘。工作时，浊液经入口进入过滤器下腔，又经隔板孔进入滤芯的内腔。大

于过滤芯缝隙的杂质被截留，净液穿过缝隙到达上腔，最后从出口送出。过滤

器采用高强度的楔形滤网，通过压差控制、定时控制自动清洗滤芯。当过滤器内

杂质积聚在滤芯表面引起进出口压差增大到设定值，或定时器达到预置时间时，

电动控制箱发出信号，驱动反冲洗机构。当反冲洗吸盘口与滤芯进口正对时，排

污阀打开，此时系统泄压排水，吸盘与滤芯内侧出现一个相对压力低于滤芯外侧

水压的负压区，迫使部分净循环水从滤芯外侧流入滤芯内侧，吸附在滤芯内内壁

上的杂质微粒随水流进穣盘内并从排污阀排出。特殊设计的滤网使得滤芯内部产

生喷射效果，任何杂质都将被从光滑的内壁上冲走。当过滤器进出口压差恢复正

常或定时器设定时间结束，整个过程中，物料不断流，反洗耗水量少，实现了连

续化，自动化生产。过滤器广泛用于冶金、化工、石油、造纸、医药、食品、采

矿、电力、城市给水领域。诸如工业废水，循环水的过滤，乳化液的再生，废

油过滤处理，冶金行业的连铸水系统、高炉水系统，热轧用高压水除鳞系统。是

一种先进、高效且易操作的全自动过滤装置。

1.3 过滤器的工作原理

过滤器待处理的水由入水口进入机体，水中的杂质沉积在不锈钢滤网上，由

此产生压差。通过压差开关监测进出水口压差变化，当压差达到设定值时，电控

器给水力控制阀，驱动电机信号。设备安装后，由技术人员进行调试，设定过滤

时间和清洗转换时间，待处理的水由入水口进入机体，过滤器开始正常工作，当

达到预设清洗时间时，电控器给水力控制阀、驱动电机信号，引发下列动作：电

动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时控制阀打开进行排污，整个清洗过程

只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀，电机停止转动，系统恢复至其

初始状态，开始进入下一个过滤工序。过滤器的壳体内部主要由粗滤网、细滤网、

吸污管，不锈钢刷或不锈钢吸嘴、密封圈、防腐涂层、转动轴等组成。

用过滤介质把容器分隔为上、下腔即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，

在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面

形成滤渣(或称滤饼)。过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通

过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，

停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。

液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压

力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒

在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙，过滤反而减慢。

二．过滤器控制系统硬件设计

2.1 过滤器流程图：

如图：

2.2 过滤器工作过程：

按照工艺的要求，在整个污水处理过程中，过滤器起着非常重要的作

用，而过滤器的工作效果取决于滤料脏物的反洗控制。此工程共有 3 台过

滤器，每台过滤器均配置五个电控气动蝶阀：滤前进水阀、滤后出水阀、

反洗进水阀、反洗出水阀及搅拌机，其控制程序如下：

过滤：首先打开过滤进水阀，紧接着打开过滤出水阀，正常过滤。

反洗：当过滤时间达到预先设定值或流量小于一定值，则程序开始进行

反洗。关闭过滤进水阀和出水阀，启动反洗泵，打开反洗进水阀和出水阀，

开始水洗，然后启动搅拌机搅拌滤料，经一段时间停止搅拌机，然后停止

反洗泵，关闭反洗进水阀，靠余压排水和稳定滤料，然后关闭反洗出水阀。

反洗结束。

2.3 PLC 的选择：

2.3.1 PLC 型号

本次说明书的设计选择三菱 PLC, 三菱 PLC 英文名又称：Mitsubish

Programmable Logic Controller，是三菱电机在大连生产的主力产品。它

采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、

定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出

控制各种类型的机械或生产过程。三菱 PLC 在中国市场常见的有以下型号：

FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q。

2.3.2 三菱 PLC 的特点

三菱 FXPLC 是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当 FX 系列中

最高档次的超小程序装置，除输入出 16～25 点的独立用途外，还可以适用

于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满

足多样化广泛需要的 PLC。它具有以下的特点：

系统配置即固定又灵活；

编程简单；

备有可自由选择，丰富的品种；

令人放心的高性能；

高速运算；

使用于多种特殊用途；

外部机器通讯简单化；

共同的外部设备。

FX 系列 PLC 拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等

特点； FX2N 是从 16 路到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案；

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