旋转式滤水器控制系统的设计,一个主要的问题就是污物的有效排放

第二章  旋转式滤水器控制系统的设计　

2.1 整体结构　

在旋转式滤水器设计中，一个主要的问题就是污物的有效排放，这里采用两台电机：主电动机(滤水器电动机)和排污电动机(控制排污阀的开关)配合来完成此功能。总结构如图1所示。系统的输入包括压力差信号输人和方式选择输入等，滤水器有进水口、出水口、排污出口，与系统进出水口相衔接的部分不再赘述。

2.2 机械结构

旋转式滤水器主要由转动轴、定位杆、支架壳体、网芯、进水口、出水口、排污口等组成 一般水质为淡水型的，滤网和内部主要部件为不锈钢材质。网芯中的网孔用冲床一次制成，具有耐腐蚀、不生锈，表面光洁、不易结垢的特性。机械部分由五部分组成，分别为滤水机构、执行机构、排污机构、操作单元、保护装置

(1)滤水机构滤水机构

主要由机壳，滤芯组、旋流子、进出水室、法兰等部件组成。其工作过程是：水流经人口管进人人口水室，再由水室分配至各滤芯单元过滤，将水中的大颗粒杂质滤掉后，由滤芯内流向滤芯外的环形集水室，再经出水管送至各冷却器，杂物留在各滤芯单元内。

(2)执行机构执行机构

由驱动电机、减速器、定位锁紧装置、排污电机及相关部件组成，其作用是按照控制台发来的指令，完成预定的动作，使滤芯旋转一定角度或开关排污阀门。

(3)排污机构

排荇机构由排污台、旋流子、支架、排污管及排枵阀等组成。当需要排污时，转动滤芯，进行反冲洗。当打开排污阀门时，排污单元滤卷内水流改变方向，从环形水室及相临单元滤芯内进人排污单元滤芯内。当反向流人的冲洗水进入排圬单元滤芯时，被旋流子改变方向，形成一旋流水束，将壁面杂物冲出排污单元滤芯，并经排污门排出，直到壁面洁净为止。

(4)操作单元操作单元

可使整个滤水器实现自动或人工反冲洗，及除杂排污。设自动时可进行定时自动和差压自动除杂排污。网芯单元的冲洗时问，即：排污时间，可根据实际情况自由设定。

(5)保护装置本装置

主要设置电动机过载保护装置和超高压报警停车装置。在电机过载时和超高压时，能及时切断电源，保护电动机；超高压时还能进行报警，提醒操作人员及时排除故障。

2.3 电气控制设计

2.3.1  主电路设计

旋转式滤水器控制系统的主电路如图2所示。

   （1） 主回路中交流接触器KM3控制滤水器电动机M1、液压泵电动机M2；KM1、KM2通过正、反转控制电动阀电动机M3,完成开起阀门和关闭阀门的功能。

   （2） 电动机M1、M2、M3由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。电动阀电动机M3控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M3实现双重保护。

   （3） QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。

   （4）熔断器FU1、FU2、FU3分别实现各负载回路的短路保护。FU4、FU5分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。

                 图2  旋转式滤水器控制系统主电路图

2.3.2 交流控制电路设计

旋转式滤水器控制系统的交流控制电路图如图3所示。

             图3  旋转式滤水器控制系统交流控制电路图

2.3.2 交流控制电路设计

（1） 控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。

（2） 隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。

（3） 3台电动机M1、M2、M3的过载保护，分别由3个热继电器FR1、FR2、FR3、实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。

（4）报警电铃HA为AC200V/8W，在出现超高压差时进行报警。

（5）差压变送器是差压自动控制的关键传感器件，输出为压差信号。差压变送器测量范围为0.3－0.8MPa可调，电感性电接点输出：AC220V,1A。

（6）由于控制电路的指示灯工作电压为直流24V，所以将220V电源电压经过变比为8：1的降压变压器进行电压变换得到交流为27.5V的交流电，再经过整流电路、滤波电路得到24V的直流电压。

（7）控制系统的计数显示模块选用AT89S51单片机作为控制芯片，单片机供电电源需要直流5伏电压，要经过变比为20：1的降压变压器进行变压得到交流为11V交流电，并且经过整流电压变成直流电压为24V的直流电。

2.3.3 主要参数计算

（1）断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。旋转式滤水器有1.5KW负载电动机一台，起动电流较大，其余二台为100W以下，起动电流较小，工艺要求滤水器电动机和液压泵电动机同时起动运行，因此可根据1.5kW电动机选择自动开关QF脱扣电流I_QF：

I_QF＝1.7I_N=1.7×3A＝5.1A≈5A，选用I_QF＝5A的断路器。

（2）熔断器FU熔体额定电流 。以滤水器电动机为例， ≥2 ＝2×3A＝6A，选用6A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。

（3）热继电器的选择参照相关技术资料选取。

2.3.4 PLC控制电路设计

 （1） 硬件结构设计。  根据设计要求，本系统设计了15个输入和12个输出。其中，输出部份分为220V输出和24V输出两部份。220V输出为电动机控制的接触器和报警电铃输出；24V输出为各种指示灯输出。由于有两种不同的输出电压要求，所以必须提供两种不同电压的电源，这两个电源由交流控制电路提供。由于本设计所需的I/O口较少，所以我们选用三菱 FX2N系列小型程控器FX2N-48MR作为核心控制器件。 FX2N系列是PLC FX家族中******的系列。由于FX2N系列具有如下优点：****范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供****的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC的特点有：系统配置既固定又灵活，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。
图4  旋转式滤水器控制系统的PLC控制电路图

旋转式滤水器控制系统的PLC输入输出接口功能和相关说明  PLC输入接口功能如下表1所示，输出接口功能如下表2所示。

表1  旋转式滤水器控制系统的PLC输入接口功能表

表2  旋转式滤水器控制系统的PLC输出接口功能表      

控制电路图中L5作为PLC输出回路的220V电源，分别向输出回路的220V交流负载供电，输出回路COM2接入电源N端。VC24V作为PLC输出回路的24V直流电源，向电路中的所有指示灯供电，输出回路COM1接入直流电源的GND端。

光电耦合器件做为信号转换器件，将PLC的输出信号转换成单片机能接收的计数输入信号，通过单片机进行排污次数的计数，并将计数值通过8段数码管显示出来。光电耦合器件的输入信号是滤水器电动机起动运行的输出信号。

2.3.5 PLC控制的程序设计

    （1）程序流程图如下图5所示。

 图5  旋转式滤水器控制系统的PLC程序流程图