无阀过滤器自控系统改造研究

无阀过滤器自控系统改造研究

朱宝志

（辽宁华孚环境工程股份有限公司，辽宁 盘锦 124013）

摘  要：以通用的重力式无阀过滤器为研究对象，对其反冲洗过程进行部分改造，增加自控部分弥补真空反冲洗的不足。无阀过滤器反冲洗过程实现可调节闭环控制。根据污水厂现有无阀过滤器运行状况分析，只采取改造虹吸辅助管、配水箱的方法，缩短反冲洗真空的形成时间并提高反冲洗时真空度。这样，克服了重力式无阀过滤器的缺陷，又可以实现无阀过滤器强制反冲洗过程的同时，提高周期产水量减少生产自用水量。

关键词：虹吸反冲洗；真空；液位变送器；电磁阀；自动控制；周期产水量

1.引言

无阀过滤器的反冲洗的效果好坏直接影响着过滤器的产水量，反冲洗的效果不好，将严重浪费反冲洗水，减少周期产水量，甚至会影响出水的水质。目前，污水厂无阀过滤器采用国内通用型无阀过滤器，反冲洗过程利用真空控制进水。根据运行情况反馈表明，虹吸的真空度不足，时而无法实现反冲洗过程，滤料反冲洗不彻底，易使滤料板结，缩短运行周期，并且反洗过程中存在着浪费大量的生产自用水情况，通过改进无阀过滤器反冲洗工艺部分，实现无阀过滤器辅助强制反冲洗，减少反冲洗用水。

2.改造依据及方案

2.1改造依据

改造方案主要依据无阀过滤器的基本工作原理，如图1所示，这是无阀过滤器结构示意图。

1.配水箱 2.出水口 3.进水口 4.反洗水池 5.虹吸下降管 6.虹吸辅助管 7.虹吸强制压力水管 8.虹吸破坏管 9.滤料 10.虹吸上升管

图1 无阀过滤器示意图

我们仅对无阀过滤器反洗系统进行部分改造，利用强制虹吸方法使之过滤器反洗。根据污水厂无阀过滤器现有设备的实际情况，较为合理的改造方案为在配水箱上设置一台液位变送器，虹吸强制压力水管口安装一台电磁阀，引压力水。这样既不改变设备主体，只增加两台仪表设备就可以实现快速实现过滤器的反洗过程。这样，克服了无阀过滤器反洗虹吸过程时间长，浪费反洗水等缺点，又可以实现可随时调节反洗所需液位高度，快速实现反洗过程。同时，提高了周期产水量，减少生产自用水，且投资少，6座过滤器共投资3.5万元。

2.2改造方案

污水厂无阀过滤器一共3组，每组2台无阀过滤器。所有过滤器都采用并联方式连接，使之一台过滤器反洗是不影响产水过程。如图2所示，是无阀过滤器改造部分的示意图。

1.液位变送器 2.两通电磁阀

图2 无阀过滤器改造部分的示意图

从图中，我们清楚地可以看出每台无阀过滤器上只增加了液位变送器和电磁阀两台仪表设备，电磁阀引入有压力的过滤水。就这么简单的改造就解决了无阀过滤器反洗虹吸时间长，用水量大的缺陷。

3.工作原理

3.1工艺过程

原水由进水管进入配水箱，再由配水箱经进水管进入过滤器内，自上而下经过滤层过滤。过滤后的清水通过连通管进入存水罐存储，水罐充满后，清水通过上部出水管出水，回注锅炉。滤层不断截留悬浮物，造成滤层阻力的逐渐增加，因而促使虹吸上升管内的水位不断升高。当水位达到虹吸管辅助管管口时，水自该管中落下，通过抽气管以带走虹吸下降管中的空气，当真空达到一定值时，便发生虹吸作用。这时水管中的水自下而上地通过滤层，对滤料进行反冲洗。当存水罐水面下降至虹吸破坏管管口时，空气进入虹吸管。过滤器反冲洗结束，进入下一周期工作。（如图1）

3.2反洗自动控制过程

当滤层不断截留悬浮物，造成滤层阻力的逐渐增加，使虹吸上升管内的水位不断升高，但水位上升到一定程度（这个一定程度是由安装在配水箱液位计所设定的液位值确定的）时，两通电磁阀打开，带压的清水通过强制虹吸压力水管进入虹吸辅助管，通过抽气管快速带走虹吸下降管中的空气，便发生虹吸作用。两通电磁阀关闭（电磁阀关闭一般通过延时设定，初设为2分钟，通过运行情况做以调整），节约产水的浪费。

4.控制系统

4.1控制系统配置

该系统由现场控制柜及现场仪表组成，现场仪表由液位变送器和电磁阀构成，现场控制柜内部元器件见表1。

表1 柜内器件表

根据污水厂无阀过滤器现场情况确定，六台无阀过滤器共用一台控制柜，这样操作集中，又节省了成本投资。

4.2 PLC控制原理图

图3 PLC控制原理图

系统是由输入和输出两部分组成。输入是由外部按钮手动控制两通电磁阀的通断；输出部分是控制继电器的闭合或断开，通过继电器触点来控制两通电磁阀的通断。液位变送器输入的模拟量信号通过EM231CN模块转换成数字量，以便程序中与设定值做比较。

4.3 模拟量转换

液位变送器通常输出的是4～20mA的电流信号，必须转成PLC识别的数字量信号。本系统所选择的液位计为量程1600㎜，输出4～20mA电流信号。EM231CN模拟量模块就是把电流信号转化成数字信号的装置。模拟量的标准电信号是A0—Am（如：4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0           ············  （1）

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0           ············  （2）

将本系统中模拟量转换参数带入1式中，即A0＝0㎜，Am＝1600㎜，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

A＝（D－6400）×（1600－0）／（32000－6400）＝（D－6400）/ 16

根据上式，在S7-200中简单编程如下：

液位显示值＝（AIW0-6400）/ 16

4.4 控制程序

我们以一台无阀过滤器反洗过程为例，PLC程序如下：

AIW0为液位计传输的液位信号；VW150为通过文本显示器给定的反洗液位值；VW160为通过文本显示器给定电磁阀延时关闭时间（初设5分钟）。

4.5 文本显示器介绍

西门子TD400C文本显示器是西门子公司为S7-200配套的是一种低成本的人机界面(HMI)，使操作员或用户能够与应用程序进行交互。可以使用 TD400C 设备组态一组层级式用户菜单，从而提供更多应用程序交互结构。也可以组态 TD400C 设备，使其显示由 S7-200 CPU 中的特定位使能的报警或信息。在本系统中，只采用箭头按键及ENTER键、ESC键等，通过上下箭头按键切换参数设置画面及参数的大小，ENTER键用于确认修改的参数，ESC键用来退出画面。

5.系统功能

5.1 一台现场控制柜控制3组6台无阀过滤器的反洗过程。

5.2 现场控制柜可以实现手动强制反洗过程。

5.3 控制柜内留有可扩展的端口，为后续增加设备提供了便利。

5.4 系统操作界面友好，系统参数可根据用户要求或现场工况进行修改设定。

5.5 系统可靠性高，采用西门子PLC控制，模块化设计，维护方便。

6.系统流程

7.技术分析

7.1 节约生产自用水

改造后的无阀过滤器可以实现自动反洗流程，减少无阀过滤器因无法实现反洗而产生溢流的生产自用水浪费；同时，缩短反洗虹吸时间，使反洗过程时间缩短，提高周期产水量。

7.2 手动与自动

本系统设计时即考虑了无阀过滤器自动反洗时又可手动强制反洗，在人为干预下强制反冲洗，提高无阀过滤器过滤的质量。

8.结束语

通过改造污水厂无阀过滤器反冲洗工艺部分，使无阀过滤器实现自动反洗，杜绝了无阀过滤器无法反洗而溢流的现象产生，既而节约了生产自用水的浪费，大大提高了周期产出水量，节省了成本的支出。

参考文献：

[1]曹凤荣 成铁驷马桥水厂无阀滤池自动反冲洗系统改进.铁道劳动安全卫生与环保，2006，33[5]：236-239.

[2]王曙光，魏秋月，张高记 S7-200 PLC应用基础与实例， 人民邮电出版社，2007.9

[3]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团 S7-200CN可编程控制器产品目录，2006.10

作者简介：朱宝志（1981-），男，汉族，辽宁盘锦人，本科，现工作在辽宁华孚环境工程股份有限公司，自动化工程师，主要是自动化项目的设计和调试。

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