自清洗过滤器的plc控制系统 毕业设计

1 绪论

1.1 课题的来源及意义

随着人类环境和资源保护意识的增强，如何合理地利用水、降低污水对环境所造成的污染，己经越来越引起人们的重视。如何提高水的利用率，降低污水对环境造成的破坏，保护珍贵的水资源，对我们具有更加重要的现实意义。

工业生产和日常生活中所产生的废水，其实也是一种可再生的资源。如果能够通过一定的技术手段对其进行回收处理和再次利用，就能大幅提高水的利用效率，同时也是缓解淡水资源匮乏的有效途径。在水处理过程中，无论是原水净化还是污水的再处理，过滤始终是重要的环节，是对水进行深度处理的基础。

过滤的目的是去除水中的悬浮物、胶体杂质等，降低水的浊度和色度。工业上一般把原水水质分为四类:很差水质、较差水质、一般水质和优良水质，针对不同的水质，要采用不同的过滤手段和设备[1]。

我国过滤与分离机械，不论是大型化、高参数产品的开发，节能型、多功能设备的研制，还是传统设备的机械化、自动化、智能化水平的提高与完善，都与世界存在着十分明显的差距。

目前很多企业使用的仍然是传统的单向流通过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中，液体内的固态杂质被过滤元件截留在表面，逐步沉积，导致过滤元件两端压力差增大，过滤的效率随之下降。

为了克服上述缺点，近年来国内外开发研制了具备自清洗功能的过滤器。这种过滤器不仅占地面积小，而且可以在不打断过滤连续性的同时，对过滤元件进行清洗，自动化程度较高，节省了人力资源，使过滤效率大大提高[2]。

1.2 自动清洗过滤器国内外发展状况

自清洗过滤器的发源地是以色列，源于以色列属于极度缺水的国家。以色列被迫开发了多样化的水资源管理技术和节水新技术。他们首先发明自清洗过滤器并用于农业喷灌、滴灌并逐渐发展到工业及各行各业。

以色列的自清洗过滤器目前已在世界80多个国家和地区广泛应用。美国依靠先进的科学技术也发展了多种自清洗过滤器，有影响的公司有:美国欧锐公司、美国全自动过滤器公司、美国施罗德工业公司和美国RPA工艺流程技术公司[3]。

自动清洗过滤器，又称为自动清洗式管道过滤器，它突出的优点是体积小，造价低、技术水平高、使用方便，可直接装置在管道上。在冶金行业的循环水系统中，自动清洗过滤器的应用日趋广泛，我国近期引进的连铸、高炉、热轧用水系统各种加热炉、乳化剂系统以及封闭的水循环系统，大量采用了具有V型断面缝隙式自动清洗过滤器。

自清洗过滤器根据清污方式分为如下几种：吸污式自清洗过滤器、刷(刮)式自清洗过滤器和反冲洗式自清洗过滤器。

我国自行研制成功多种新型V型断面的缝隙式过滤网筒，使我国的自动清洗过滤器设计制造技术步入了一个新的水平。其主要技术指标和参数均达到了国外同类产品水平，正广泛应用于我国的冶金、石油、化工、食品、制药、造纸、制糖、化纤、供水厂、热电厂、海水、自来水源等行业[4]。

1.3 自清洗过滤器控制系统的特点

在用PLC设计的过滤器全自动控制系统中，设备工作过程由专用的PLC控制器控制，过滤、冲洗状态之间能够自动切换。控制系统反应灵敏，运行精确。由于控制系统采用PLC控制使得功能改变变得简单，能够随时按客户的要求改变功能，可操作性强，并且清洗高效、彻底，系统可恢复性强。该系统还具有结构设计紧凑合理，占地面积小，安装灵活方便等优点。它具有以下几个特点：

（1）全自动过滤器采用标准模块化，处理能力强，占地小。过滤器采用时间或压差方式进行控制，实现全自动运行。

（2）全自动过滤器工作过程由专用的PLC控制器控制，工作、反洗状态之间自动切换，不需人工干预。

（3）全自动过滤器使用寿命长。新型过滤元件坚固、无磨损、无腐蚀、极少结垢，经多年工业实用验证，使用数年也没有磨损，不会老化，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差。

（4）全自动过滤器质量高，维护量少。其使用不需专用工具，零部件很少，易于使用，仅需定期检查，几乎不需日常维护[5]。

1.4 本文主要工作内容

综述过滤技术、过滤设备的现状以及发展趋势，并对具体的自动清洗过滤器的控制系统做详细介绍，得出本文研究的意义所在。

介绍全自动自清洗过滤器开发设计的方案，包括过滤器的工作原理、主要组件和过滤器的控制系统，最终确定本文使用的自清洗过滤器控制系统的主要组件型号及参数。

根据PLC的基本结构和工作原理，对过滤器控制系统进行设计分析，具体分析设计自清洗过滤器的硬件系统和软件系统。

最终设计一套，以PLC作为控制主机的过滤器自动控制系统，完成可人工、自动切换，功能扩展方便的控制方案，绘制过滤器启动、运行、自清洗(反冲洗)、停机的控制梯形图。最后模拟实验调试程序，验证控制系统的可行性。

2 自清洗过滤器的原理与结构

2.1 自清洗过滤器的结构及工作原理

2.1.1 过滤机理

过滤是从流体中分离固体颗粒的过程。其基本原理是：在压强的作用下，迫使流固体两相混合通过多孔介质(过滤介质)，固体颗粒则截留于介质上，从而达到液体与固体分离的目的[6]。

2.1.2 自清洗过滤器工作原理

自清洗过滤技术是一种20世纪70年代末期发展起来的新型过滤技术，其最主要的优点是可利用水压自我操作、自我清洗，且清洗时不停止过滤。

最简单的过滤方法就是让液体通过滤网，除去滤网上泥层最简单的方法就是反洗。经验告诉我们，这种反洗虽然可以去掉滤泥，但是有缺点:

（1）很快就形成滤层，滤网两侧出现压差，过滤放慢；

（2）反洗用水量大，且洗不彻底；

（3）反洗时必须停止过滤，不能连续。

自清洗过滤原理示意图，即一个最简单的过滤器，但增加了一根排泥管和一个阀门，阀门通大气，另一端接近滤网泥层。

由图2-1所示，P1>P2 时，正常过滤，滤渣随之附着在滤网上，使得内外压差逐步增大。当P1、P2 压差大于预设压差值时，打开阀门，由于P2>P0，排污管口的滤渣被过滤水反冲并随排污管排出。这样就可以实现滤网的反冲洗，而与此同时，过滤过程仍正常进行。

图2-1 自清洗过滤器原理示意图

P1—入水压力 P2—出水压力 P0—大气压