毕业设计（论文）-酸洗槽自动过滤控制系统设计说明书.docx

毕 业 设 计 中 文 摘 要本次设计的内容是酸洗槽自动过滤控制系统，主要是为了实现生产中酸液的循环利用。传统的过滤分离设备占地空间大，连续生产能力低，自动化程度不高，造成人力物力财力的巨大浪费。本次设计针对目前一些全自动清洗器的缺点，研究设计了一种由单元过滤器元构成自动清洗过滤系统的原理。根据达西定理，提出了利用检测进出水之间的压力差来控制过滤器自清洗的理论，并据此提出使用小型的过滤单元来构成过滤系统的技术，分析了单个过滤单元过滤和反冲洗两个不同的工作状态，研究了通过轮流切换过滤单元的工作状态，达到过滤系统实时不间断供水和自清洗的方法。在分析了这种过滤器的自动控制任务，了解了控制流程、控制方式之后，选择了适合这种过滤系统的PLC控制主机，并且完成了对过滤器启动、运行、清洗、停机的控制系统设计。关键词 过滤器 自清洗 控制系统毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Pickling bath control system of automatic filtering AbstractThe content of the design is automatic filter control system for pickling bath. It is mainly in order to achieve the recycling of acid in the production. There are several disadvantages in these traditional filters such as great volume、discontinuous production、lack of automation、great waste of manpower、material、resources、financial. To s1vee defects of filter at present，this design studies the theory of self-cleaning filtration system consisted of small self-cleaning filtration modules. According to Darcy theorem，this design introduces a solution which controls the filter，s self-cleaning operation by monitoring the pressure difference between in and out waterBased on this theory，the paper introduces the technique of manufacture filtration system by using self-cleaning filtration modules ,analyses the two different work status of individual filtration modules，studies the theory of shifting the work status of filtration modules to implement the continual clean water supply and self-cleaning on line. After analysis of control assignment、control flow、control mode、control function, host computerappropriate PLC has been selectedAnd then control system of filter startup、run、self-cleaning、stopKey Words Filter Self-cleaning Control system本 科 毕 业 设 计（论文） 第 43 页 共 38页目录1 绪论 11.1 项目研究意义 11.2 设计总论 22 单元式过滤器的工作原理 32.1 过滤器自清洗原理 32.2 单元式自清洗过滤器工作原理 52.2.1 过滤单元的基本结构 52.2.2 过滤单元的工作状态 62.2.3 单元式自清洗过滤器的控制原理 63 过滤部分的设计 83.1 过滤单元的设计 83.1.1 过滤器水力设计 83.1.2 过滤元件设计 93.1.3 过滤器筒身设计 113.1.4 过滤单元整体结构设计 133.2 泵的选择 153.3 压差开关的选择 163.4 阀门的选择 173.5 管道的选择 193.5.1弯头的选择 20433.5.1三通的选择 213.6 控制面板的设计 224 控制部分的设计 244.1 控制系统的选择 244.2 可编程控制器（PLC）介绍 244.3 过滤器控制任务分析 274.4 过滤器控制系统硬件部分 31结论 35致谢 36参考文献 371 绪论1.1项目研究意义水，是人类最重要的生活和生产资源。日常生活和工业生产活动中，人要消耗掉大量的水，同样会产生大量废水。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，已经越来越引起人们的重视。日常生活和工业生产中都会产生大量的废水，试想如果这些废水能过通过一些手段或措施进行再次利用，这样不仅提高了资源的利用率，而且也节省了水资源，减少了污染，一举多得的。要对废水进行处理使其再次利用，首先就得对废水进行过滤，过滤掉其中的杂志才能进一步处理。过滤是利用过滤介质两侧的压力差,使水与固体颗粒分离的作业目的是为了去除水中的悬浮物、杂质等，降低水的浑浊度。在工业上一般把原水的水质按清浊度分为四类：很差的水质、较差的水质、一般的水质和优良的水质。对于不同的水质，往往要采用不同的过滤手段和设备对其处理使其能够再次利用。1在过滤的过程中，由于过滤水质的差异，使用的过滤器必定会要受到杂质的干扰。过滤液体中的悬浮物和微小固体杂志会被过滤介质截留在一侧被过滤介质，进过一段时间后在这一侧会形成滤饼层。随着过滤连续地进行，滤饼层也会越来越厚，阻力余量越大，会造成滤液流速越来越慢，甚至堵死的现象。对于这种情况必须经常地更换过滤介质或在过滤介质堵死之前对其进行清理。现在许多的过滤设备在进行一段时间的过滤之后，过滤介质一侧就会形成厚厚的滤饼层，严重影响了过滤的效率。对此，只有人为得进行反冲洗，冲掉厚厚的滤饼层，恢复到正常过滤的进行。在如今的液体过滤过程中，往往要求的过滤量大且不能间断。这就对过滤容器的体积，材料及硬度提出了很高的要求，大型设备制造是很困难的。而且要求不间断供水也就是要求过滤器实现自动清洗。 现在国内制造小型、精密过滤设备的企业中有很多已经达到了国外的同等水平。为此在处理大容量的过滤时，按照系统集成的原理，可以使用多个小型过滤单元来构成更大和更复杂的过滤系统。使用这种方法不仅解决了大型设备制造困难问题，也更好得解决了不间断过滤这一问题。单元式自清洗过滤器的制造简单，控制系统也相对于大型设备有了很大的精简，而且操作简单，容易大规模地生产使用。1.2 方案总论本次自动过滤系统是手套生产线酸洗槽酸液杂质自动过滤控制系统，去除酸液中的固态污染颗粒，以延长酸液的使用时间。自清洗过滤器是一种利用滤网直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生,以净化水质及保护系统其他设备正常工作的精密设备，水由进水口进入自清洗过滤器机体， 由于智能化（PLC、PAC）设计，系统可自动识别杂质沉积程度，给排污阀信号自动排污。与传统的过滤器相比，自清洗过滤器的自动化程度高，过滤前后压力损失小，可以自动清理滤渣。如今大多数的自清洗过滤器都可使实现过滤过程不间断供水。现在自清洗过滤器经过多年的发展，有很多总类，有吸污式、自刷式、转臂式、单元式等多种形式。结合现在自清洗过滤器的现在和发展前景，考虑到过滤的自动化，比较之后，选择了单元式过滤器作为本次设计的过滤器，主要是考虑到单元式过滤器过滤效率高，可以不间断过滤过程而实现反冲洗，反冲洗效果良好，另外自动化控制系统简单，稳定性高且易操作。可以满足现代工业生产自动化的要求。2 单元式过滤器的工作原理2.1过滤器自清洗原理在过滤过程中，液体中的固体杂质不断地被截留过滤介质表面。在一定阶段中，滤饼层具有截留固体杂质的作用使过滤精度提高，但是随着过滤进行，滤饼层不断地加厚，会是过滤介质的表面阻力升高，压差增大，就会使过滤的效率降低，甚至导致过滤停止。达西(Darcy)在l856年提出了过滤介质层压降与过滤后液体体积流速之间的关系，称为达西定律。达西定律可以用公式2.1或公式2.2表示：10 (2-1) (2-2)其中： 介质层压降； Q液体通过介质层的体积流速；L介质层厚度； 液体黏度；dV在时间dt期间流过介质层的液体体积；A-介质层的横截面积；K介质层的渗透率。由达西定律可以看出，当过滤介质层渗透率K为常数时液体的体积流速与介质表面的压降成线性关系，如图2.3a所示。达西方程中的渗透率K不是常数，而是用柯杰尼公式(公式2-3)表示的复合变数：10 (2-3)其中：K介质层的渗透率； 局部空隙率； S0颗粒的比表面积；K柯杰尼常数。由公式2-3可以看出，随着滤饼层的增加介质层的渗透率也将随之变化，导致了净化后的液体体积流速随着时间延长而减小，二者的实际对应关系如图2.3b所示。图2.1 压降与流速的关系要保证稳定的过滤速度，必须排除由滤饼层增加而导致的介质渗透率的变化对过滤速度的影响。根据公式2-1，如果原水入口的压力为P1，过滤后出水口压力为P2，随着过滤过程的继续P2与P1的差值会越来越大，最终影响过滤的正常进行。滤饼层带来了介质渗透率的变化，它的直接表现就是介质层内外压力差的增大。为保证一定的过滤速度，要实时检测压力差的变化，由此判断过滤功能的正常与否。当压力差值达到一定值时，认为过滤介质功能的下降超出了规定的范围，此时通过一定的手段进行反冲洗，清洗掉过滤介质表面聚积的杂质，减小其阻力，使过滤介质恢复到初始状态，保证正常的过滤功能，这就是过滤器自清洗的控制基础。自清洗过滤器的基本原理是让过滤后的液体经在一定的外力作用下反向通过过滤介质，进而冲刷掉过滤介质表面残留的大量固体杂质，从而使过滤介质畅通，恢复过滤能力。目前，国内外自清洗过滤器产品的种类繁多，但是大部分产品存在如下的缺点：(1)一般的过滤器需要在出水口采取措施，向内加入反向压力再能实现反冲洗。(2)系统的可配置性差，整体成本较高。(3)过滤过程不连续。在反冲洗时需要停止过滤。 (4)控制系统比较复杂，稳定性差。 (5)过滤容器的制造容易受到制造材料和制造工艺的限制，容量一般不大。为了解决上述的这些问题，可以采用又小型过滤单元构成的单元式过滤系统。2.2单元式自清洗过滤器工作原理2.2.1过滤单元的基本结构单元式自清洗过滤器是由若干个相同的过滤单元组成，每个单元具有与图2.5相同的结构。排污口壳体压差开关滤芯进水口出水口图2.2 过滤单元结构示意图每个过滤单元都由出水管、排污管、进水管、过滤容器、压差开关四部分组成，在进水管、出水管和排污管处都安装有电动阀。2.2.2过滤单元的工作状态每个过滤单元有两种工作状态：过滤状态和反冲洗状态。在正常过滤状态下，进水阀打开、排污阀关闭，污水在泵的作用下，经过滤芯后进入出水口，其固体杂质被滤芯所截留，并逐渐在滤芯表面形成滤饼。当过滤系统出水口与入水口压力差超过允许范围时，在控制系统的作用下，进水阀关闭、排污阀打开。出水口处液体的压力要大于排污口液体的压力，在压力作用下，过滤后的清水由滤芯外向滤芯内反向冲洗，逐渐冲洗掉滤芯表面所截留的固体杂质，然后由排污口排出。2.2.3单元式自清洗过滤器的控制原理单元式自清洗过滤器是由若干个过滤单元构成的系统，每个过滤单元的进水口和排污口都有独立的阀体。系统安装了压差检测装置和控制系统，是系统可以实现自动控制在线反冲洗。原水经进水阀进入各过滤单元内，在一定压力的作用下，通过滤芯汇总入出水管，固体杂质被过滤介质阻隔在滤芯外。此时原水入口处的压力PI是不变的，而出水口处的压力P0由各过滤单元过滤后的出水共同形成，其值可用公式2.4表示：10 (2-4)出水口和进水口之间的压力差可由公式2.5表示: (2-5)其中： PI原水进入处压力； 某个过滤单元的出水处压力；N过滤单元的数量。图2.3 单元式过滤器为了保证过滤效果，必须实时检测系统的进出口压力，以查看过滤气的过滤效果。随着过滤的持续进行，各个过滤单元过滤介质表面截留的杂质越来越多，使进水口与出水口之间的压力差越来越大。当过滤效果下降到一定程度，也就是出水口与入水间口的压力差值超过预设的压差值时，检测装置会向控制系统发出报警信号。控制系统会控制各个过滤单元依次进行反冲洗，使附着在过滤介质表面的杂质脱落，然后随着反冲液体从排污口排出。反冲洗是单个进行的。图2.6是由5个过滤单元构成的自清洗过滤器，当3号过滤单元进行反向冲洗时，其它5个过滤单元仍然可以正常过滤。由于3号过滤单元的进水口阀门己关闭，而其它过滤单元仍然进行正常过滤，所以3号过滤单元的出水口能够获得足够的反冲洗压力，驱动净水由出水口进入过滤器，从滤介质外向内冲洗，将滤渣冲走，从排污口排走。经过一段时间的反冲洗后，3号过滤单元会恢复到正常过滤状态。此时，控制器会控制下一个过滤单元进行反向冲洗，直至所有的过滤单元都被反冲洗一遍。整个系统完成一次反冲洗后，控制器再检测各个过滤单元的进出口压差的状态，如果其处在报警状态，可能是某个过滤器滤芯堵塞，可以停止单个过滤器进行检修或更换滤芯，否则保持正常工作状态。3 过滤部分的设计31 过滤单元的设计本次设计的过滤器是一个由三个相同的过滤单元并联组成的单元式过滤器，下面来设计单个过滤单元的结构。3.1.1 过滤器水力设计过滤器的水力设计的目的是确定过滤速度、过滤能力(流量)和水头损失大小。1)设计过滤流速的确定液体通过滤网(净面积)时的速度称为过滤速度(m/s)。在过滤面积一定时，如果过滤的速度过小，为了达到一定的过滤能力就需要较大的滤网面积，这样会使过滤器的体积变大造价升高。同时，也会产生较大的水头损失，并使过滤网两面的压力差增大。进而可能损坏滤网。如果过滤速度较大，过滤器的过滤能力(流量)也会相应的增大，但是会使所处理废液中的一些杂质会以高速通过滤网而进入清洁液体侧管道，那样过滤后的液体质量就会有可能达不到使用要求。因此，过滤速度大小是设计过滤器的重要的参数之一。一般的反冲洗过滤器的过滤速度都在0.5m/S3m/S之间，本设计中根据过滤器的工作压力设计选择过滤速度v=1m/s。2)过滤能力(流量)计算在设计过滤流速时通过过滤器的流量称为设计流量，其计算公式为：5Q=3，6102fAV (3-1)式中Q过滤器的设计流量(m3/h)；A过滤器中滤网的实际使用面积(m2)；f滤网的净而积系数，取14%；v设计速度(m/s)。本文中A=Dl=0.10.33=0.033(m2)，D、l分别为滤筒内筒半径以及筒身长。所以Q=3610214%0.0335.3m3/h。3)过滤器的水头损失计算过滤器的水头损失是指通过清洁液体时，过滤器进出口之间的水头降，它包括过滤器进口、出口、过滤器元件等引起的局部水头损失和沿程水头损失，并可用下式表示：6 (3-2)式中：h过滤器的进出口处的总水头损失(m)； 局部和沿程水头损失系数；x 指数；n 引起水头损失的项数。由于过滤器中的液流状态复杂，很难用上式计算出过滤器的水头损失，因此，规定在通过设计流量时，过滤器进出口之间的总水头差即为设计水头损失。在此水头损失条件下，过滤器能够正常工作，并且不会破坏滤网和不影响过滤水质。这个设计水头损失一般通过试验确定。根据实验资料可以用式(3-3)的形式表示过滤器的水头损失与过滤流量之间的关系，即； (3-3)式中K过滤器的水头损失系数，与过滤器的形状、滤网的有效面积系数和过滤器的制造质量有关。根据以往的试验经验数据，安装150目/吋不锈钢滤网时的水力性能测试结果，设计流量Q=15m3/h时，过滤器的水头损失 =0.52m，而安装200目/吋不锈钢滤网时的水头损失位0.8m，Q和h之间的关系分别为9由线性规律得选择2000目/时，PE滤芯时，K0.416。3.1.2过滤元件设计1)滤芯规格的选择滤网过滤器的清污效果主要取决于所用滤网的目数。选择滤网目数的依据是根据处理废液中所含污物的性质和滤液最终要求杂质的最小直径。滤网的目数选得过低，可能过滤最终达不到要求。然而选择得越高，清除污物的能力愈大，但滤网更易被堵塞。为了保证过滤器正常工作，就需要经常得人工或自动清洗过滤器，因此管理费时，造成浪费。本设计所研究的过滤器是用于酸液的过滤，杂质颗粒尺寸极小，有强烈的腐蚀性。经过比较确定选用2000目/in的PE烧结滤芯。PE烧结滤芯采用超高子聚乙烯为主要原料，在生产过程中不使用粘合剂,继承了PE材质的优良特质，具有广泛的化学兼容性。具有良好的机械性能，且滤芯孔径内外相同，容易反冲脱渣。过滤层厚，工作压力高时，也能保证过滤效果。本次所选用的过滤精度为4m。2)过滤元件尺寸确定全自动自清洗过滤器的过滤元件采用长简形，过滤面积是指过滤元件的内表面积。这里因为本过滤器主要是用滤芯进行过滤，所以用滤芯的内表面积作为过滤面积。 A=dl (3-4)式中：A过滤而积(m2)(与式2-1中相同)；D过滤元件内径(m)，取O.1m；L过滤元件的有效长度(m)，取滤芯长度0.33m；另外，由式(3-1)可得 (3-5)将此式代入式(3-4)可以发现 (3-6)式中各符号的物理意义与前面相同。当Q、f及V一定时，L和D成反比，也就是说过滤元件的长度L是D的函数。由于内径D受到管道标准的约制，所以也可以把D看成一个有一定值的因子。由此计算出的L就是过滤器通过某一设计流量Q时所需要的最小过滤元件的长度。从受力和稳定角度考虑元件的细长比(L/D)一般在1到5左右为宜。值太小，过滤器的加工安装都不方便；值太大，则过滤元件在过滤筒内的稳定性比较差。在正常情况下会产生挠曲变形，进而影响过滤效果。设计过滤器时，尤其是卧式安装时值不宜超过5，本设计中为卧式安装，故选择3。3)过滤元件支撑筒用材料及开孔率计算图3.1 等腰三角形开孔尺寸为了防腐防锈，抗压抗拉，支撑筒要有一定的刚度和强度。用作滤芯过滤器的支撑筒多用不锈钢板或工程塑料加工而成。本文设计采用厚度2.5mm厚的工程塑料板制作支撑筒。支撑筒上的开孔按等腰三角形排列，见图3.1，由文献17可知开孔率要求应该不超过0.5，可用下式计算： (3-7)式中 P支撑筒的开孔度；N支撑筒表面上的开孔总数，本方案中249个；D开孔直径mm；由此得P=(249x102)/(4x100x370)=0.20.5。3.1.3 过滤器筒身设计过滤器的筒身也叫过滤器壳体，其作用是密封承压，把过滤后的清洁压力水输送到指定的用户系统中去。因此，需要合理的设计。1)筒身直径的确定过滤器外壳的直径应满足如下条件：首先要满足强度要求后能够方便安装过滤元件；其次是过滤元件与壳体之间的面积应该满足要求，即水流通过该面积的速度应等于或小于过滤元件内部纵向水流速度，即要求V筒V元。这就意味着 A筒A元。这里先取A筒=A元，则过滤器筒体总面积为：A体= A元+A筒=2A元 (3-8)而A体=D体2/4，A元=D支2/4，将二式代入式(3-8)可得：D体=D支 (3-9)其中D支为支撑筒的直径，为140mm。取D体=1.41.8D支 作为设计过滤器筒身的依据，本文取D体=1.6D支220mm。2)过滤器筒身长度的确定过滤器的壳体长度应能保证安装下过滤元件、进水端和橡胶止水或密封垫圈等附件。3)筒身用材料种类选择为了使整个过滤器坚固耐用、轻便、防锈、防腐、抗老化和安装使用方便，并要求价格便宜和便于运输，过滤器筒体采用不锈钢制造。由于不锈钢抗腐蚀性不好，需要在不锈钢筒身内表面滚涂乙烯-四氟乙烯。乙烯-四氟乙烯（ETFE或F40）是乙烯和四氟乙烯按等摩尔数共聚而成，它保持了聚四氟乙烯良好的耐化学腐蚀性能，又具有良好的耐热、耐磨、耐辐射及耐冲击和电绝缘性能。它的抗拉强度达到50Mpa，是聚四氟乙烯的两倍。同时它克服了聚四方乙烯的不粘性，能和金属产生很强的附着力，其附着力之强可以限制由于温度变化引起的膨胀和收缩。由于其良好的性能，使其成为防腐衬里的良好材料，加上为之配套的热滚涂成型工艺就可以制成各种防腐设备，由于热滚涂成型的工艺特点，特别适合制造结构型腔复杂、连接管口繁多的化工防腐设备，同时，由于其极强的附着力，可以使滚涂衬里防腐设备成为耐真空的衬里设备，真空度可达-0.098Mpa。因此，广泛用于反应釜、塔节、储罐、泵、阀、过滤器、管道、管件等产品的防腐内衬。在本次设计中也是使用这种内衬。4)筒身强度校核计算过滤器在工作时主要受均匀内水压力作用，筒体壁厚为15mm。因此，过滤器筒身的内力计算可按薄壁管受力条件考虑，见图3.2此时筒身受到的环向拉力为： (3-10)式中N过滤器筒身(壳体)所受的环向拉力(N)；P过滤器的内水压力(Pa)，这里取工作压力0.3Mpa；r过滤器筒体的半径(m)；在这种情况下，过滤器简体的内应力(仅有效应力)可用下式来计算： (3-11)式中过滤器筒身的环向拉应力(Pa)；筒身壁厚(m)，取厚度15mm；由此可以计算全自动自清洗过滤器外筒体所受的内应力=37Mpa。过滤器外筒的材料选用不锈钢，屈服强度=205Mpa。这里，可见达到要求。图3.2 过滤器壳体受力示意图3.1.4 过滤单元整体结构设计根据以上对过滤器的一些特殊元件的设计原理以及标准什的选择，本文设计了一台过滤精度4m，预计处理量为16m2/h的单元式自清洗过滤器。每个过滤单元的结构见图如2-5图所示。图3.3 全自动反冲洗过滤器示意图1-端盖 2-端盖密封圈 3-支撑筒 4-滤芯 5-压差开关 6-筒身 7-支撑筒密封圈 8-进水口 9-排污口 10-出水口 11-滤芯密封圈 其中关键装置介绍：1)过滤元件过滤元件采用PE烧结滤芯，以超高子聚乙烯为主要原料，经科学方法高温烧结而成，具有良好的机械性能，且滤芯孔径内外相同，容易反冲脱渣。过滤层厚，工作压力高时，也能保证过滤效果。产品微粒粘结牢固，不易脱落。滤芯安装在支撑筒上，保证了过滤面积，且具有足够的抗变形的刚度和强度。本设计中滤芯为PE烧结滤芯，规格为135*100*370。如图3.4所示。图3.4 PE烧结滤芯2)密封圈由于所过滤液体为酸液，有强烈的腐蚀性，所以密封圈选用氟橡胶密封圈。氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶，氟橡胶具有耐高温、耐油及耐多种化学药品侵蚀的特性，是现代航空、导弹、火箭、宇宙航行等尖端科学技术不可缺少的材料。氟橡胶具有高度的化学稳定性，耐高温性能优异，机械性能优良。本设计中过滤器中所用的密封圈均为氟橡胶制成的O型密封圈。如图3.5.图3.5 氟橡胶O型密封圈3)垫片垫片选用有聚四氟乙烯垫片，如图3.6。由软体聚四氟乙烯精制而成。经久耐用，密封性能可靠；聚四氟乙烯本身具有最佳的耐腐蚀与不老化性，经过特殊加工后具有很好的耐蠕变性和耐冷流性；能在很宽的温度范围内长期安全使用； 柔软易切割,可通过机械或手工剪裁,便于安装；该垫板为白色，清洁干净，不会因脱落而污染所接触介质。图3.6 聚四氟乙烯垫片板材3.2 泵的选择流量是选泵的重要依据之一，它直接关系到整个装置的生产能力和输送能力。工艺设计中能算出泵的正常、最小、最大三种流量。在选择泵的时候和，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常取正常流量的1.1倍作为最大流量。在本次设计的过滤中，前面已经计算出过滤器的正常流量为16m3/h,所以所选择的泵流量应该大于等于1617.6 m3/h.装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能依据，一般要用放大5-10余量后扬程来选型。本次设计中过滤器的液体扬程要求达到1.1m，在放大10后，所选泵的扬程应该大于等于1.21m。另外在选择泵是还应该考虑液体介质的物流性质、化学性质和一些其他性质。本次过滤器中液体是污浊的酸性液体，液体中有大量的固体颗粒，并有强烈的腐蚀性，在选择泵的时候这些都是必须考虑的。综上所诉，本次设计中选择了上海意海耐腐蚀泵制造有限公司生产的PE型耐腐蚀泵。PF型系列泵为单吸单级直联式离心泵,其特点是泵占地面积小，安装使用更方便,泵轴的绝对同心度及叶轮的极好动静平衡，保证了泵的运行平稳、低躁音和无振动现象。采用不锈钢、碳化钧、塑料王及氟橡胶等材料制成的机械密封,运行寿命长、没有参漏。还可作为排污泵用,真过流部件的材质为极其耐磨又耐腐蚀的超高分子量聚乙烯用模压成形而成。根据设计中的管道通径，最终确定泵型号为FS PE80-65-125。具体情况如图3.7。3.7 PE型耐腐蚀离心泵3.3 压差开关的选择压差开关总的来说就是利用两条管道的压差来发出电讯号，当系统液体管道二端的压差升高（或降低）而超过控制器设定值时,发出信号以控制阀体换向或监视润滑系统。则阀门进而开（或关）,从而系统液体管道二端的压差减小,达到系统的正常运行。本次设计中压差开关中与液体接触材料均选用耐腐蚀材料支撑。本次设计中的压差开关选择MENTEROM品牌的型号为PS1-901-0.03C0.30C的电子压力开关，额定电压为220V，电流20A。该压差开关使用国际先进的不锈钢压力流体感应器配件生产，自动监控测量控制设备系统内压力或者流量，防止设备系统内压力或者流量过高或过低，确保设备系统在安全的压力或者流量范围内工作，也可以作为“开关”信号输出报警使用。这种压差开关可用于腐蚀性液体，所以在设计的过滤器中选择这种压差开关。如图3.8.图3.8 压差开关3.4 阀门的选择阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。在过滤器系统中为了实现过滤器过滤与反冲洗的切换，在过滤器的进液口、出液口及排污口都需要安装阀门。在本次设计中，过滤器的过滤和反冲洗需要自动切换，这就需要在选择阀门的时候选择能够实现自动控制的阀门。一般的有电动阀和气动阀，这里我们选用电动阀电动阀通常由电动执行机构和阀门连接起来，经过安装调试后成为电动阀。电动阀使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作。从而达到对管道介质的开关或是调节目的。电磁阀是电动阀的一个种类，是利用电磁线圈产生的磁场来拉动阀芯，从而改变阀体的通断，线圈断电，阀芯就依靠弹簧的压力退回，但是电磁阀一般不宜用于清洁度不高的液体。电动球阀也是电动阀的一种，原理如图3.9，电动球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做 电动球阀切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。1-阀芯 2-驱动装置 图3.9 电动阀原理图在经过比较后，本次设计中的阀门选择电动球阀。考虑到本次设计的过滤器是用于酸液过滤的。所以在选择电动球阀时需要选择耐腐蚀电动球阀。本次设计中选用的球阀是上海北四特自动化有限公司生产的C900型CPVC系列二位二通球阀如图3.10。该电动阀有手动应急装置，电机有过热保护装置。考虑到电动阀的自动控制，选择型控制形式，如图3.11所示，其中蓝、红、黄三色为控制线，蓝、黄两色短接后阀门往关的方向运转，当阀门完全关闭时，电机停止工作，阀门保持关闭状态；反之，黄、红两线短接时，阀门往正反向运转，当阀门完全打开后，电机停止运转，阀门保持打开状态。又考虑到通径和链接方式，最终选择DN65法兰连接的电动球阀。所选电动阀型号为C9002-65UF。图3.10 C9002-65UF型二位二通阀图3.11电动阀控制接线图3.5 管道的选择根据设计的具体要求，即要流经管道的是略带腐蚀性的液体，同时又要考虑到安装方便、价格便宜，还要有很好的配合度（即与弯头或者法兰相连接的难易程度）选择宁波市博业塑胶阀门有限公司生产的PVDF公制管。PVDF指的是偏氟乙烯均聚物以及偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，PVDF同时具有氟树脂和通用树脂的共同特点，除具有非常好的的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能。其广泛的应用于油化工设备流体处理系统整体或者衬里的泵、阀门、管道、管路配件、储槽和热交换器还有半导体工业上高纯化学品的贮存和输送。因此PDVF管完全能满足本课题的各种需要。其实物图如图3.12，3.13所示。图3.12 PDVF公制管图3.13 PDVF结构剖面图根据需要，本课题统一选择外径为90的PDVF公制管若干。3.5.1 弯头的选择由于本课题所设计的酸洗槽自动过滤系统是一个完整的循环系统，因此会有不少地方用到弯头，而在选择弯头的时候则需要配合输水管道，以及所需处理酸洗废液的各种特性。本设计选用的弯头均为90弯头，同样是宁波市博业塑胶阀门有限公司生产的PVDF 90弯头，这样就可以很好地避免与管道相接方面的问题。如图3.14，3.15所示。.图3.14 PDVF 90弯头实物图图3.15 90弯头的结构剖面图根据需要，本课题设计的系统选用的是DN65的90弯头。3.5.2 三通的选择三通为管件、管道连接件。又叫管件三通或者三通管件，三通接头，用在主管道要分支管处。本课题所设计的酸洗槽自动过滤系统会有很两根管子呈90的连接。因此需要选用到三通。三通的实体图3.16，3.17所示：图3.16三通实体图图3.17 三通的结构剖面图3.6 控制面板的设计图3.18 控制面板如图3.18所示，控制面板中有三大块，其中有4个灯、4个按钮、一个选择开关。综上所述，该过滤器与传统过滤器相比，其优点主要体现在冲洗过程不间断供水、精度高、操作自动化程度高上：1、反冲洗所需的水量少，冲洗过程不间断供水。整个系统不要停机，照常供水，可以实现在线反冲洗。2、精度高，可以根据生产需求更换滤芯的规格，过滤的精度最高可达4m。根据滤芯的多种规格，可以满足工业生产中自4m100m内的各种过滤精度的要求。3、过滤器全自动化操作，且设计结构精巧。在污物清除的方式上，可以根据过滤器进出口压差采用控制，也可在电子设定的方式下定时冲洗，可以设定冲洗间隔时间、冲洗时间等，满足了现代工业生产自动化的要求。4 控制部分的设计 4.1 控制系统的选择基于PLC控制系统优点：(1) 实时性；由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。(2) 高可靠性；各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。(3) 系统配置简单灵活.丰富的I/O卡件；(4) 控制系统采用模块化结构；(5) 安装简单，维修方便。此过滤机选用PLC的控制系统。4.2 可编程控制器（PLC）介绍可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世至今已有四十多年，PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、逻辑空能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能、易于与计算机借口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电-接触控制系统，在继续、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业广泛应用。PLC的型号、规格繁多，图4.1表示出了它的基本结构框图。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。各部分直接均采用总线连接。图4.1 PLC内部基本结构框图PLC与普通微机类似，也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常的工作。PLC的基本工作过程如下11：(1) 输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入个输入点的状态；（2）执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；图4.2 PLC扫描过程（3）输出控制信号：根据逻辑运算结果，输出状态寄存器（锁存器）向各输出点并行发出相应的控制信号，实习所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完一次后，又重新开始，反复执行。每执行一次所需的时间称为扫面周期。PLC的扫描周期通常为及毫秒。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，知到接收到停机命令才停止工作。本系统选择PLC控制系统主要是看到了PLC的优越性。其优越性主要表现在以下几点11：(1) 应用灵活、扩展性好PLC的用户程序可简单而方便地编制和修改，以适应各种工艺流程变更的要求。PLC安装和现场接线方便，可按积木方式扩充控制系统规模和增删其功能以满足各种应用场合的要求。(2) 操作方便梯形图形式的编程语言与功能编程键符发热运用，使用户程序的编制清晰直观。(3) 标准化的硬件和软件设计、通用性强PLC的开发及成功的应用，是由于具有标准的积木式硬件结构以及模块化的软件设计，使其具有通用性强、控制系统变更设计简单、使用维修简便、与现场装置接口容易、用户程序编制和调试简便及控制系统所需的设计、调试周期短等优点。(4) 完善的监视和诊断功能各类PLC都配有醒目的内部工作状态、通信状态、I/O点状态和异常状态等显示。也可以通过局部通信网络由高分辨率彩色图形显示系统实时地监视网内各台PLC的运行参数和报警状态等。PLC具有完善的诊断功能，可诊断程序的语法错误、数据通信异常、PLC内部电路运行异常、存储器寄偶出错、RAM存储器后备电池状态异常、I/O模板配置状态变化等。也可以在用户程序编入现场被控住装置的状态监测程序，以诊断和告示一些重要控制点的故障。(5) 控制功能强 PLC即可以完成顺序控制，又可以进行闭环回路控制，还可以实现数据处理和简单的生产事务管理。(6) 可以使用恶劣的工业应用环境PLC的现场连线选用双绞屏蔽线、同轴电缆或光导纤维等。因此PLC的耐热、防潮、抗干扰和抗振动等性能较好。通常PLC可在0-60下正常运行，不需强迫冷风。可承受峰-蜂值为1000V、脉宽为1s的矩形脉冲串的线路尖峰干扰。(7) 体积小、重量轻、性能/价格比高、省电由于PLC是专门为工业控制而设计的专用微机，其结构紧凑、坚固、体积小巧。性能/价格比高、省电。4.3 过滤器控制任务分析本次研究的过滤器用于酸洗槽中酸液的过滤，其生产工艺是进料、过滤、清洗介质、排污等一个系统。对于酸液的过滤，由于酸液具有强烈的腐蚀性，依靠人工进行过滤操作是很不安全的。考虑到实际的生产过程就是一个连续的过程，任何一个环节的停滞都会给生产带来巨大的损失，过滤在生产中是很重要的一个环节。过滤器本身需要对过滤介质定时进行清洁，人工操作无法准确地预测清洗的时间、次数和效果。本次设计的控制系统就是为了解决上诉问题，实习不间断生产和自动排污。由第二章中所述的自动反清洗过滤器的工作原理，可知道其工作流程。控制方案有以下几种：(1)点动方式按下过滤器的启动按钮，水泵运行几秒后，过滤器所有进水口阀门打开，出水口阀门延时打开，排污口阀门则关闭。待处理悬浮液经过过滤芯后达到过滤的目的，滤液从出水口阀门排出。人可以根据经验判断过滤介质的过滤清洗间隔时间，按下点动按钮后，一号过滤单元的进水口阀门关闭，排污口阀门打开，过滤器自清洗一次；冲洗完成后，排污口阀门关闭,进水口阀门打开。接着二号过滤单元重复一号过滤单元的过程直到三个过滤单元都过滤完毕。这个方式根据具体的工作情况而定，灵活方便，但必须要求现场有人看守，否则会影响过滤的效率。(2)定时方式过滤器启动，过滤过程和点动方式一样。不同的是进水口阀门和排污口阀门并非人工点动开关，而是依靠PLC的时间设定来定时启动过滤器的自清洗动作。这种方式可以在过滤器长期工作以后总结出其自清洗动作的规律后来设定时间间隔，自动化程度较高。(3)差压方式过滤器启动，过滤过程和上述两种方式相同。不同的是在进水口处以及出水口处装有压差开关，如压差超过预设值即输出大于、等于预设值时，压差开关会发送信号给CPU，相应地可使PLC控制系统输出控制信号，进而控制进水口阀门关闭排污口阀门打开，过滤器开始自清洗，直到达到预设过滤时间，自清洗结束。这种方式比较智能化，在过滤器刚刚投入生产时，这种方式十分的有效因为此时缺乏设备的具体数据。另外，一个完整的控制系统还应该考虑到整个系统的运行是否安全。这里列出了以下几点系统设计时应该考虑到的问题：(1) 复位控制，在过滤器停运之后或者启动之前，防止下一次启动时出现异常情况，需要将所有的阀门都关闭，对系统起保护作用。(2) 连锁功能，进水口阀门打开，出水口阀门必须打开，而出水口阀门关闭，进水口阀门也必须关闭，以保证过滤能够正常安全地运行。(3) 在每个过滤器单元的进出水口都安装了压差开关，如果某个过滤单元在经过反冲洗后压差