全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)的設(shè)計(jì)【含圖紙】

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畢 業(yè) 論 文 題 目： 全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)院： 湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 0901學(xué)號(hào)： 07 學(xué)生姓名： 劉先雨 導(dǎo)師姓名： 白泉老師 完成日期： 2013.6.20 誠(chéng) 信 聲 明 本人聲明： 1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料； 3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 題目： 全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)的設(shè)計(jì) 姓名 劉先雨 學(xué)院 機(jī)械工程 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí) 0901 學(xué)號(hào) 07 指導(dǎo)老師 白泉 職稱(chēng) 助教 教研室主任 楊毅 一、 基本任務(wù)及要求： 1、主要技術(shù)參數(shù)： 過(guò)濾面積10平方米 工作壓力1.6MPa 工作溫度-5℃---105℃ 主電機(jī)功率3.5KW 攪拌電機(jī)功率1.1KW 清洗電機(jī)功率1 .1KW 2、 查閱全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)文獻(xiàn)15篇以上，并寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述，開(kāi)題報(bào)告；編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份， 3、 分析國(guó)內(nèi)外立式過(guò)濾機(jī)的工作原理及用途 4、應(yīng)用PLC使整臺(tái)機(jī)組實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制 5、對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè) 6、全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)裝配圖1張，，軸、過(guò)濾盤(pán)、飛輪零件圖4張； PLC控制整個(gè)工藝流程（流程圖、梯形圖、程序清單、信號(hào)檢測(cè)元 ） 二、進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1．第1周 布置任務(wù)，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，熟悉課題與基礎(chǔ)資料 2．第2－3周 查閱資料、撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 3．第4－8周 對(duì)過(guò)濾機(jī)總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，并進(jìn)行CAD畫(huà)圖 4．第9－11周 PLC編程及調(diào)試程序 5．第12－14周 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 6．第15周 論文評(píng)閱，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 7．第16周 畢業(yè)設(shè)計(jì)資料整理、歸檔 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 過(guò)濾器的發(fā)展 2 1.3 過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu) 3 1.4盤(pán)片過(guò)濾器的特點(diǎn) 4 1.5盤(pán)片過(guò)濾器的應(yīng)用領(lǐng)域 4 1.6 課題設(shè)計(jì)的基本思路及其原理 5 第2章 過(guò)濾部分的設(shè)計(jì) 7 2.1過(guò)濾桶的設(shè)計(jì) 7 2.1.1 過(guò)濾盤(pán)的設(shè)計(jì) 7 2.1.2 計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚 8 2.1.3過(guò)濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 2.1.4循環(huán)桶的設(shè)計(jì) 10 2.2、傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 10 2.2.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 10 2.2.2 空心軸的設(shè)計(jì) 13 2.3. 電動(dòng)機(jī)的選擇 15 2.4 閥門(mén)的選擇與設(shè)計(jì) 16 2.5 傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè) 18 2.5.1 傳感器的選取 18 2.5.2 信號(hào)檢測(cè) 19 2.6 控制面板的設(shè)計(jì) 19 第3章 PLC的應(yīng)用及分析 21 3.1 PLC的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 21 3.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 21 3.1.2 PLC的特點(diǎn) 21 3.2 PLC在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 22 3.2.1工藝流程圖 24 3.2.2 PLC的接線(xiàn)圖 25 3.2.3 程序梯形圖 26 結(jié) 論 31 參 考 文 獻(xiàn) 32 致 謝 33 III 全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī) 摘要：隨著水資源的缺乏和水污染的日益嚴(yán)重，廢水的過(guò)濾與分離能很好的解決廢水的處理與重復(fù)利用的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但傳統(tǒng)的過(guò)濾分離設(shè)備占地空間大，連續(xù)生產(chǎn)能力低，自動(dòng)化程度不高，造成人力物力財(cái)力的浪費(fèi)。本文以自行開(kāi)發(fā)50m3/h處理量全自動(dòng)白清洗過(guò)濾器為基礎(chǔ)，提出了全自動(dòng)自清洗過(guò)濾器的各操作參數(shù)的設(shè)計(jì)思想和方法，并建立了過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾器的模型，借此確定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。主要工作內(nèi)容如下;研制設(shè)計(jì)了一臺(tái)處理量為50m3/ h、工作壓力為1.6-2.5 Mpa，要求過(guò)濾精度為0.1-200μm,過(guò)濾總面積為10㎡，電動(dòng)機(jī)功率為5.5KW，工作溫度為-5℃-105℃的全自動(dòng)自清洗過(guò)濾器。該過(guò)濾器在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)須停運(yùn)以清洗過(guò)濾元件，整機(jī)體積較小，精度可調(diào)節(jié)，適合于各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)。本文給出了這種過(guò)濾器的整體設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)圖紙，并對(duì)過(guò)濾器內(nèi)部過(guò)濾機(jī)理進(jìn)行分析，討論了幾個(gè)過(guò)濾參數(shù)，并應(yīng)用于過(guò)濾器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。 關(guān)鍵詞：過(guò)濾機(jī);結(jié)構(gòu);控制系統(tǒng);可編程序控制器 Automatic Vertical Filter Machine Design Abstract：As short of water resource and more and more serious situation of water pollution, filtration and separation have been the best way to settle the problem of Reuse of waste water and realization of well economy benefit and social benefit.But there are several disadvantages in these raditional filters such as great volume,discontinuous production, lack of automation, great waste of manpower, materialresources, financial. Based on design of automatic self-cleaning filter on industrial scale (50 m3/h), the design and optimization procedures of several operation parameters are presented and a model of filter is obtained as well,then to calculate control parameters of control system.The main research contents are following as:A auto control self-cleaning filter on industrial scale( 50m 3/h) , work pressure(1.6-2.5Mpa) , filtration accuracy(0.1-200μm), filtration surface(10㎡) , Motor power(5.5 KW) and work temperature(-5 ℃ - 105 ℃)has been designed . auto control self-cleaning filter drive itself to clean completely by its pressure of filtrated liquid and without stop.Volume of the filteris so little and precision can be modulated to fit for kinds of industry produce. In this paper, a suit of drawing and design procedures of such filter has been given.Mechanism during filtration in the filter has been studied are obtained Keyword: filter，structure; control system；Programmable enfroller； II 第1章 緒論 1.1 引言 過(guò)濾機(jī)是利用多孔性過(guò)濾介質(zhì)，截留液體與固體顆粒混合物中的固體顆粒，而實(shí)現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過(guò)濾機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門(mén)。 中國(guó)古代即已應(yīng)用過(guò)濾技術(shù)于生產(chǎn)，公元前二百年已有植物纖維制作的紙。公元105年，蔡倫改進(jìn)了造紙法，他在造紙過(guò)程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細(xì)竹簾上，水經(jīng)竹簾縫隙濾過(guò)，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。 　　最早的過(guò)濾大多為重力過(guò)濾，后來(lái)采用加壓過(guò)濾提高了過(guò)濾速度，進(jìn)而又出現(xiàn)了真空過(guò)濾。20世紀(jì)初發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾操作的連續(xù)化。此后，各種類(lèi)型的連續(xù)過(guò)濾機(jī)相繼出現(xiàn)。間歇操作的過(guò)濾機(jī)因能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作而得到發(fā)展，過(guò)濾面積越來(lái)越大。為得到含濕量低的濾渣，機(jī)械壓榨的過(guò)濾機(jī)得到了發(fā)展。 　　用過(guò)濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔，即構(gòu)成簡(jiǎn)單的過(guò)濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過(guò)濾介質(zhì)表面形成濾渣(或稱(chēng)濾餅)。 　　過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過(guò)濾渣層的阻力隨之增高，過(guò)濾速度減小。當(dāng)濾室充滿(mǎn)濾渣或過(guò)濾速度太小時(shí)，停止過(guò)濾，清除濾渣，使過(guò)濾介質(zhì)再生，以完成一次過(guò)濾循環(huán)。 　　液體通過(guò)濾渣層和過(guò)濾介質(zhì)必須克服阻力，因此在過(guò)濾介質(zhì)的兩側(cè)必須有壓力差，這是實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的推動(dòng)力。增大壓力差可以加速過(guò)濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時(shí)易堵塞過(guò)濾介質(zhì)孔隙，過(guò)濾反而減慢。 　　懸浮液過(guò)濾有濾渣層過(guò)濾、深層過(guò)濾和篩濾三種方式。濾渣層過(guò)濾是指在經(jīng)過(guò)過(guò)濾初期后，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對(duì)過(guò)濾起主要作用，這時(shí)大、小顆粒均被截留；深層過(guò)濾是指過(guò)濾介質(zhì)較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過(guò)濾介質(zhì)的孔道，過(guò)濾時(shí)，顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內(nèi)的過(guò)濾；篩濾是過(guò)濾截留的固體顆粒都大于過(guò)濾介質(zhì)的孔隙，過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)部不吸附固體顆粒的過(guò)濾方式，例如轉(zhuǎn)筒式過(guò)濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。 在實(shí)際的過(guò)濾過(guò)程中，三種方式常常是同時(shí)或相繼出現(xiàn)。過(guò)濾機(jī)的處理能力取決于過(guò)濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時(shí)，過(guò)濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾液通過(guò)濾渣層的速度較大。應(yīng)用凝聚劑將微細(xì)的顆粒集合成較大的團(tuán)塊，有利于提高過(guò)濾速度。 　　過(guò)濾機(jī)按獲得過(guò)濾推動(dòng)力的方法不同，分為重力過(guò)濾器、真空過(guò)濾機(jī)和加壓過(guò)濾機(jī)三類(lèi)。重力過(guò)濾器是借助懸浮液的重力和位差，在過(guò)濾介質(zhì)上形成的壓力作為過(guò)濾的推動(dòng)力，一般為間歇操作。 　　真空過(guò)濾器是在濾液出口處形成負(fù)壓作為過(guò)濾的推動(dòng)力。這種過(guò)濾機(jī)又分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。間歇操作的真空過(guò)濾機(jī)可過(guò)濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過(guò)濾機(jī)適于過(guò)濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。 　　加壓過(guò)濾器以在懸浮液進(jìn)口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C(jī)械壓榨力作為過(guò)濾推動(dòng)力，適用于要求過(guò)濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。 　　過(guò)濾機(jī)應(yīng)根據(jù)懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對(duì)過(guò)濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過(guò)濾介質(zhì)，利用過(guò)濾漏斗實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同過(guò)濾介質(zhì)和不同壓差下的過(guò)濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過(guò)濾條件，初步選定過(guò)濾機(jī)類(lèi)型，再根據(jù)處理量選定過(guò)濾面積，并經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。 　　正在發(fā)展的新型過(guò)濾設(shè)備有：機(jī)械力壓榨過(guò)濾設(shè)備；能實(shí)現(xiàn)無(wú)濾渣層過(guò)濾的動(dòng)態(tài)過(guò)濾機(jī)；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過(guò)濾設(shè)備。 　　在過(guò)濾理論研究方面，濾渣層過(guò)濾阻力和孔隙率的測(cè)算、過(guò)濾速度、過(guò)濾設(shè)備的模擬和放大、稀薄液體澄清過(guò)濾和動(dòng)態(tài)過(guò)濾機(jī)理，以及過(guò)濾介質(zhì)的研究，都是重要的課題。利用電子計(jì)算機(jī)控制過(guò)濾操作是過(guò)濾設(shè)備的發(fā)展方向。 對(duì)于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應(yīng)用在過(guò)濾介質(zhì)上部加料的過(guò)濾機(jī)，使過(guò)濾方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過(guò)濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞；在難過(guò)濾的懸浮液(如膠體)中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒，可使濾渣層變得疏松；濾液粘度較大時(shí)，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過(guò)濾速度。 1.2 過(guò)濾器的發(fā)展 常用的機(jī)械過(guò)濾器雖然能達(dá)到較好的過(guò)濾效果，但是其濾速慢，于是造成過(guò)濾器設(shè)備龐大、自耗水量大，手動(dòng)設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大，而自動(dòng)設(shè)備造價(jià)又太高，因此大大地限制了它的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 十九世紀(jì)，出現(xiàn)了篩網(wǎng)過(guò)濾器，它是通過(guò)一個(gè)不銹鋼絲編織的濾網(wǎng)阻截水中較大的雜質(zhì)顆粒，這大大提高了濾速，簡(jiǎn)化了設(shè)備，但是水中較小的顆粒和纖維仍能穿過(guò)濾網(wǎng)，更重要的是如果它們過(guò)濾時(shí)恰好卡在或纏繞在濾網(wǎng)上，再要清洗掉這些雜質(zhì)就不容易了。因此，基于這兩方面的原因篩網(wǎng)過(guò)濾在應(yīng)用中一直受到了很大的限制。 新型自動(dòng)盤(pán)片過(guò)濾器充分繼承了上述過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它的缺點(diǎn)，具有反洗效果好、設(shè)備自動(dòng)化程度高、過(guò)濾水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小的特點(diǎn)，自耗水率僅有0.25%左右。 1.3 過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu) 全自動(dòng)過(guò)濾機(jī)主要由外殼、過(guò)濾介質(zhì)、清潔器和控制電路組成。 　外殼 全自動(dòng)過(guò)濾機(jī)外殼設(shè)計(jì)壓力2Mpa, 屬于壓力容器, 須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ 50—89《鋼制壓力容器》的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。如采用耐腐蝕材質(zhì)可在中等強(qiáng)度的酸堿液中工作, 選用不同的密封材料而可在高溫或低溫環(huán)境工作。 　過(guò)濾介質(zhì) 過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾過(guò)程中影響過(guò)濾精度、過(guò)濾速率、過(guò)濾效率等技術(shù)指標(biāo)的重要工作元件, 其性能、壽命和可靠性取決于制作過(guò)濾介質(zhì)的材料、機(jī)械性能, 同時(shí)也取決于被處理物料的性質(zhì)等。全自動(dòng)過(guò)濾機(jī)選用不銹鋼制的螺旋線(xiàn)圈過(guò)濾介質(zhì), 它是用不銹鋼材料制成籠式骨架, 將加工和檢驗(yàn)后的梯形截面( 寬平面朝內(nèi)) 或圓形截面不銹鋼絲按纏繞線(xiàn)圈方式纏繞在骨架上, 纏繞的層數(shù)由懸浮液中固體顆粒粒徑?jīng)Q定, 粒徑小的需多纏繞幾層, 反之則可少。過(guò)濾時(shí), 懸浮液從螺旋線(xiàn)圈過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)腔向外通過(guò)相鄰鋼絲之間的縫隙進(jìn)行過(guò)濾,則纏繞的不銹鋼絲直接支撐濾餅。由于螺旋線(xiàn)圈過(guò)濾介質(zhì)相鄰鋼絲之間的連續(xù)縫隙僅允許固體顆粒與其有兩點(diǎn)接觸, 這樣就使孔隙堵塞的機(jī)率減少到最小程度。制作過(guò)程中, 采用將不銹鋼絲與籠式骨架點(diǎn)焊的方法, 可使螺旋線(xiàn)圈過(guò)濾介質(zhì)有較高機(jī)械強(qiáng)度。纏繞完畢后,對(duì)螺旋線(xiàn)圈過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)腔進(jìn)行車(chē)削加工, 使其內(nèi)腔骨架成為一個(gè)圓形, 以便安放旋轉(zhuǎn)的清潔器。 　清潔器 清潔器是用聚四氟乙烯制成的, 其長(zhǎng)與過(guò)濾介質(zhì)高相等, 寬為籠式骨架間格的3倍, 其中間有一道與間格相等的槽, 并由兩根接管與空心軸連接。接管與空心軸間裝有彈簧, 將清潔器壓在籠式骨架上進(jìn)行密封。 1.4 盤(pán)片過(guò)濾器的特點(diǎn) 1精確過(guò)濾：可根據(jù)用水要求選擇不同精度的過(guò)濾盤(pán)片，有20μ、50μ、100μ、200μ多種規(guī)格，過(guò)濾比大于85%。 2徹底高效反洗：由于反洗時(shí)將過(guò)濾孔隙完全打開(kāi)，加上離心噴射作用，達(dá)到了其他過(guò)濾器無(wú)法達(dá)到的清洗效果。反洗過(guò)程只需20S左右即可完成。 3全自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)出水：時(shí)間和壓差控制反洗啟動(dòng)。在過(guò)濾器組套內(nèi)，各個(gè)過(guò)濾單元順序進(jìn)行反洗。工作、反洗狀態(tài)之間自動(dòng)切換，可確保連續(xù)出水，系統(tǒng)壓損小。 4標(biāo)準(zhǔn)：模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用戶(hù)可按需取舍過(guò)濾單元并聯(lián)數(shù)量，靈活可變，互換性強(qiáng)。 5占地?。嚎伸`活利用現(xiàn)場(chǎng)邊角空間，因地制宜安裝，占地少。 6運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單：幾乎不需日常維護(hù)，不需專(zhuān)用工具，零部件很少。 7使用壽命長(zhǎng)：經(jīng)多年工業(yè)實(shí)用驗(yàn)證，過(guò)濾和反洗效果不會(huì)因使用時(shí)間而變差。 例如：大慶某熱電廠(chǎng)2000年采用兩套JY3-7盤(pán)式過(guò)濾器作為離子交換預(yù)處理設(shè)備，過(guò)濾精度為50μ，總處理水量250噸/小時(shí)；該廠(chǎng)原來(lái)采用的過(guò)濾器為5臺(tái)?3000砂過(guò)濾器，設(shè)備龐大，而且手動(dòng)控制，每天至少反洗一次，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備自耗水率達(dá)到8~10%。 采用盤(pán)式過(guò)濾器后設(shè)備占地僅為3mX3m，同時(shí)由于自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守，目前過(guò)濾器約3小時(shí)反洗一次，每個(gè)過(guò)濾單元反洗時(shí)間15秒，用水量?jī)H為33升，而總產(chǎn)水量約為9X3=27噸，自耗水率為0.12%，是原來(lái)耗水量的八十分之一。 1.5 盤(pán)片過(guò)濾器的應(yīng)用領(lǐng)域 這種過(guò)濾器除了廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的水過(guò)濾外，目前在工業(yè)水過(guò)濾領(lǐng)域有更好、更多的應(yīng)用實(shí)例，如：青島啤酒廠(chǎng)的工藝用水過(guò)濾、大慶熱電廠(chǎng)的離子交換前預(yù)處理、鄭州某項(xiàng)目的黃河水預(yù)過(guò)濾、北京植物園的加濕噴嘴保護(hù)等。 經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的研究開(kāi)發(fā)，盤(pán)式過(guò)濾器在一些領(lǐng)域已經(jīng)具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和很好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從而大量應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水旁過(guò)濾、系統(tǒng)總進(jìn)水過(guò)濾以及細(xì)管和噴嘴的保護(hù)等方面。同時(shí)隨著水處理領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在離子交換前預(yù)處理、苦咸水過(guò)濾、超濾系統(tǒng)的預(yù)過(guò)濾甚至在低SDI井水水源的反滲透處理中代替砂濾器等方面也有一定量的應(yīng)用，并且正在不斷擴(kuò)大。 1.6 課題設(shè)計(jì)的基本思路及其原理 循環(huán)方案圖如下 圖1.1 工作原理圖 F1——清洗水入口閥 F2——待濾液入口閥 F3——循環(huán)液入口閥 F4——循環(huán)液出口閥 F5——流向控制閥 F6——沖洗閥 F7——排氣閥 F8——排渣閥 F9——成品出口閥 F10——余液出口閥 F11——取樣閥 S1——循環(huán)視筒 S2——正常工作視筒 此過(guò)濾過(guò)程有四個(gè)過(guò)濾階段，預(yù)過(guò)濾過(guò)程，過(guò)濾過(guò)程，濾余液過(guò)程，反沖洗過(guò)程。 預(yù)過(guò)濾過(guò)程：待濾液由F2進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時(shí)F1、F5關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從F4進(jìn)入過(guò)濾桶進(jìn)行過(guò)濾，此時(shí)F9關(guān)閉，過(guò)濾液經(jīng)F5再次進(jìn)入循環(huán)桶。 過(guò)濾過(guò)程：待濾液由F2進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時(shí)F1、F5關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從F4進(jìn)入過(guò)濾桶進(jìn)行過(guò)濾（期間可以通過(guò)S1觀(guān)察過(guò)濾循環(huán)過(guò)程）濾液由F7再次進(jìn)入循環(huán)桶，直至完全過(guò)濾通過(guò)S2經(jīng)F9流出（可以從F11中取樣檢驗(yàn)，從而調(diào)整濾網(wǎng)密度）。 濾余液過(guò)程：收到“管高壓差”信號(hào)后，開(kāi)始反沖洗過(guò)程前的約1Min內(nèi)，打開(kāi)F10將管道內(nèi)的余液濾出以方便反沖洗，防止堵塞反沖洗管道。 反沖洗過(guò)程：當(dāng)“管高壓差”達(dá)到預(yù)定壓力值或者達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，F(xiàn)2、F3關(guān)閉，將F1打開(kāi)，清洗水從F1、F7進(jìn)入過(guò)濾桶中進(jìn)行清洗，洗出的濾渣從F8中排出。 第2章 過(guò)濾部分的設(shè)計(jì) 2.1 過(guò)濾桶的設(shè)計(jì) 2.1.1 過(guò)濾盤(pán)的設(shè)計(jì) 過(guò)濾精度為0.5-100μm，故濾網(wǎng)采用滌綸布料可以達(dá)到要求而且表面光滑，再在上涂上一層硅藻土增加過(guò)濾流量，水面上部采用氣壓，壓強(qiáng)大小為1.6MPa，最大可達(dá)到2.5MPa，可以使過(guò)濾更加快捷。濾后液通過(guò)下部孔流出，從取樣閥中取樣調(diào)節(jié)流速?gòu)亩ＷC過(guò)濾精度，達(dá)到保準(zhǔn)后，打開(kāi)F10，完成過(guò)濾。另外該系統(tǒng)在-5℃——105℃的范圍內(nèi)工作。 已知條件：過(guò)濾面積：10㎡；正常工作壓力1.6MPa、最大工作壓力2.5MPa。 ⑴.選定過(guò)濾介質(zhì)的半徑（R），厚度（H），片間間隙（h）以及片數(shù)（N）分別為： R=0.4m、H=0.03m h=0.02m， 每一片的過(guò)濾面積為：S=∏*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502㎡。 N=10㎡/S=10㎡/0.502㎡=19.9 所以片數(shù)需要20片才能滿(mǎn)足過(guò)濾需要，也因此過(guò)濾濾芯長(zhǎng)度（過(guò)濾部分）應(yīng)等于20*（H+h）+頂部密封片厚度+頂部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m ⑵.過(guò)濾片零件圖 圖2.1 過(guò)濾盤(pán) 2.1.2 計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚 ⑴已知Pg=1.6MPa 由壁厚計(jì)算公式： - 計(jì)算厚度 ；mm P- 計(jì)算壓力；Mpa - 焊接接頭系數(shù); - 材料的許用應(yīng)力; 在已知設(shè)計(jì)溫度下16MnR的許用應(yīng)力，在厚度為6~16mm時(shí)，[=170Mpa; 在厚度為16～36mm時(shí)，[=163Mpa; 焊接接頭系數(shù) ； 設(shè)定 圓筒內(nèi)徑 D=1000mm； 腐蝕裕量C=2mm； 設(shè)計(jì)厚度； 材料的許用應(yīng)力=170Mpa （厚度為6~16時(shí)），筒體厚度計(jì)算； =1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm； =5.5+2=7.5mm； 由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，圓整可得壁厚為10㎜； ⑵ 圓筒的半徑由濾餅半徑確定 取 R=500mm; ⑶ 圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為150mm； 頂尖的直徑=50mm； 錐角=50° H=H+h1=1100+150=1250mm； ⑷ 圓筒邊緣設(shè)計(jì)，邊緣厚度=20mm；B=35mm； 凸緣高度H=10mm； ⑸ 固定頂尖板的厚度 =10mm；長(zhǎng)度L=120mm；寬度B=120mm； 但容器制成后必須經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制造工藝的問(wèn)題和焊縫的強(qiáng)度，以及各連接面的緊密性等。 對(duì)壓力試驗(yàn)一般都用水壓試驗(yàn)。 對(duì)水壓試驗(yàn)時(shí)，筒體相應(yīng)壓力的驗(yàn)算公式為： σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф] 按規(guī)定水壓試驗(yàn)壓力P水=1.5MPa； 故：σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф] =1.5*[900+（10-1.8）]/[2*（10-1.8）*0.7]=115MPa 又σs=σ*Ns，其中Ns查表所得為1.6， 故σs=115*1.6=184MPa Σs與水壓系數(shù)的積為0.9σs=164MPa 由于115 MPa＜164MPa,故筒體強(qiáng)度滿(mǎn)足水壓試驗(yàn)的要求。 2.1.3過(guò)濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 過(guò)濾桶設(shè)計(jì)是整個(gè)管道系統(tǒng)的重點(diǎn)。直接從桶上引出的有5個(gè)管道（底部3個(gè)管道、頂部2個(gè)管道）： （1）桶底正中引出的濾后管，然后連接S2（正常工作視筒），再接上2個(gè)閥門(mén)——F9（成品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和F11（取樣閥，用于剛開(kāi)始工作是取出樣品，從而確定各項(xiàng)參數(shù)）； （2）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成2個(gè)方向——一個(gè)是反沖洗時(shí)使用的排渣管，上面安裝著F8（排渣閥）；另一個(gè)是循環(huán)過(guò)濾的循環(huán)管，通過(guò)F5（流向控制閥，單向閥）使壓力過(guò)大時(shí)形成循環(huán)過(guò)濾； （3）桶內(nèi)靠壁處裝有反沖洗管道，連接F7（沖洗閥）后也分成2個(gè)方向——一個(gè)直接連到水泵上；另一個(gè)接上F10（余液出口閥）其作用是在濾余液過(guò)程中將管道以及過(guò)濾桶的液體流出； （4）桶頂?shù)囊粋€(gè)循環(huán)管道向上連接S1（循環(huán)視筒）和F4（循環(huán)液出口閥）接到循環(huán)桶底部； （5）桶頂?shù)牧硪粋€(gè)循環(huán)管道向上連接F7（排氣閥）和壓力表，然后接到循環(huán)桶頂部，以保持過(guò)濾桶以及循環(huán)筒壓力的正常（1.6MPa～2.5MPa）。 2.1.4 循環(huán)桶的設(shè)計(jì) 1、結(jié)構(gòu)介紹 循環(huán)筒的工作原理比較簡(jiǎn)單，需要設(shè)計(jì)的參數(shù)也較少，主要分為2管道：其中一條的作用——待濾液通過(guò)F2（待濾液入口閥）、水泵、F3（循環(huán)筒入口閥）從循環(huán)桶下部泵入，在循環(huán)桶上部壓力的作用下從右邊下方的循環(huán)出口通過(guò)F4后進(jìn)入過(guò)濾桶過(guò)濾；另外一條是頂部的管道，上面連接F7（排氣閥）和壓力表和過(guò)濾桶頂部連接在一起以保持壓力。 2、循環(huán)桶的容量設(shè)計(jì) 因?yàn)檠h(huán)桶所受壓力不是很大，且不是全封閉的，所以可以不許校核桶壁承受應(yīng)力。 設(shè)定桶壁厚=3mm；桶高度H=1200mm；半徑R=400mm；容積V=0.65m； 2.2 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 2.2.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ⑴確定計(jì)算功率P 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7查得工作情況系數(shù)K=1.0, 故P= KP=1.0*5.5kw=5.5kw ⑵選擇V帶的帶型 根據(jù)P，n由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材由圖8-11選用A型 ⑶確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶的速度 ①初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d，由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)d=140mm ②驗(yàn)算帶速V=* d*n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s 因?yàn)? m/s < V < 30 m/s,故帶速合適 ③計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式(8-15a)，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d=i *d=3*140mm=420mm； 根據(jù)表8-8，圓整為d=450mm； ⑷確定V帶的中心距a與基準(zhǔn)長(zhǎng)度L ① 0.7（d+ d）≤a≤2（d+ d） 根據(jù)上式，初定中心距a=900mm； ②計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L≈2a+∏（d+ d）/2 + (d-d)/4a =2*900 +∏*590/2 +(450-140)/3600=2770mm; 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L=2800mm； ③按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距a a= a+（ L- L）/2=900+(2800-2770)/2=915mm; ⑸ 驗(yàn)算小帶輪上的包角 =180-（d-d)*57.3/a =180-(450-140)* 57.3/915=160≥90； ⑹計(jì)算帶的根數(shù)Z ①計(jì)算單根V帶的額定功率Pr； 由d=140mm；和n=1440r/min,查表8-4a得P=2.28kw； 根據(jù)n=1440r/min，i=3和A型帶，查表8-4b得 △P=0.17kw； 查表8-5得K=0.95，表8-2得K=1.11, Pr=（P+△P）* K* K=（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.49kw; ②計(jì)算V帶的根數(shù)Z Z= P/ Pr=5.5/2.49=2.3 所以V帶的根數(shù)為3根； ⑺小帶輪設(shè)計(jì) 材料選取HT200； d=140mm； d≤300mm； 采用腹板式結(jié)構(gòu)； d=40mm，d=（1.8-2.0）*d，d為電機(jī)軸的直徑； d=1.8d=72mm； C=(1/7～1/4)B L=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B C=1/4*B=15mm; 根據(jù)前面設(shè)計(jì)得小輪直徑d=140mm，大輪直徑d=450mm，故查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)Ld=2800㎜、A系列、長(zhǎng)度修正系數(shù)Kl=1.1的皮帶，b=11㎜，h=6㎜，h=12mm;B=60mm; A=81㎜;小皮帶輪的零件圖如下： 圖2.2 小帶輪 ⑻大帶輪設(shè)計(jì) HT200； d=420mm；d≥300mm； 采用輪輻式結(jié)構(gòu)， d=50mm；d=(1.8～2)d,d為軸的直徑；d=100mm；f=12mm，h=0.8h； b=0.4h=13mm；b=0.8 b=11mm；L=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B；f=0.2h=6.5； h=290*=290*=32mm； 大帶輪的零件圖如下： 圖2.3 大帶輪 2.2.2 空心軸的設(shè)計(jì) ⑴空心軸的直徑設(shè)計(jì) d≥=A d≥A） 式中，=d/d,即空心軸的內(nèi)徑d與外徑d之比，通常取=0.5～0.6， =T/W=(9550000P/n)/0.2d≤[] 表2.1材料剪切應(yīng)力表 軸的材料 Q235-A20 Q275 ,35 45 40C,35SM []/Mpa 15～25 20～35 25～45 35 ～55 Ao 149～126 135 ～112 126 ～103 112 ～97 通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表2，查得V帶的傳動(dòng)效率值為=92%； 取Ao=110mm； P=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min；=0.6； d≥A）=110*）=25.5mm； d≥1.15*d=30mm; ⑵ 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ①確定裝配方案 ②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度； 為了滿(mǎn)足軸的軸向定位要求和裝配要求，此空心軸分為3段，Ⅰ-Ⅱ軸上裝大皮帶輪，鍵，密封圈，端蓋；外徑DⅠ-Ⅱ=50mm 內(nèi)徑=50*60%=30mm，軸長(zhǎng)為h=115mm；Ⅱ-Ⅲ軸上裝密封圈，軸承， 端蓋，外徑DⅡ-Ⅲ外徑 = 55mm，軸長(zhǎng)h=106；內(nèi)徑=33mm；Ⅲ-Ⅳ軸上裝配濾盤(pán)，密封圈，鎖緊螺母，外徑DⅢ-Ⅳ =60mm；內(nèi)徑=36mm，軸長(zhǎng)h=115mm； ③軸承的選擇； 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用兩個(gè)圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)DⅡ-Ⅲ =55mm；由軸承產(chǎn)品目錄中初選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的圓錐滾子軸承型號(hào)30313，其尺寸為d=55mm，D=80mm，B=13mm。 圖2.3 空心軸 ⑶ 軸的校核 ①按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取==18.6Mpa； 查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得[]=60Mpa;因此＜[]，故安全。 ②精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 S=S*S/≥S S=/K*+*≥S 截面Ⅲ 抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.1*55=16637mm 抗扭截面系數(shù) W=0.2 d=0.2*55=33250 mm 截面Ⅲ的左側(cè)的彎矩M為 M=166758*(71-36)/71=92534N.m? 截面Ⅲ上的扭矩T為 T=960000N.m 截面上的彎曲應(yīng)力 =M/W=92534/16637=5.6Mpa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =T/ W=960000/33250=28..2Mpa 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa； 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;經(jīng)插值得 ， =1.31 軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為 ==0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1，得 K=2.80 K=1.62 計(jì)算安全系數(shù)S值， S=S*S/=9.5＞＞S=1.5 故可知其安全。 2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)需要一個(gè)功率在5KW以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動(dòng)機(jī)，其安裝形式為V13011，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選得：電動(dòng)機(jī)Y132-2，技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定功率5.5KW，轉(zhuǎn)速1450r/min，額定電流13.4A，效率92%，功率因數(shù)0.78，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.0，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.0，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為6.5，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2為0.535N*㎡，重量為8.4㎏。 15 2.4 閥門(mén)的選擇與設(shè)計(jì) 用計(jì)算機(jī)對(duì)液壓或氣壓系統(tǒng)進(jìn)行控制是技術(shù)發(fā)展的必然趨向。但是電液比例閥或者伺服閥能接收的信號(hào)是連續(xù)的電壓或電流，而計(jì)算機(jī)的指令是“開(kāi)”或“關(guān)”的數(shù)字信息，要用計(jì)算機(jī)控制必須進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是使設(shè)備復(fù)雜，成本提高，可靠性降低。在這種技術(shù)要求下，20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。用數(shù)字信息直接控制的閥稱(chēng)為電液數(shù)字控制閥，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)字閥，目前應(yīng)用較少。它可直接與計(jì)算機(jī)接口，不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換。可以分為數(shù)字式流量閥、數(shù)字式壓力閥、數(shù)字式方向流量閥等。下面舉例以增量式數(shù)字流量閥來(lái)說(shuō)明原理： ??? 組成：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠、閥心、閥套、閥桿、傳感器等 圖2.4數(shù)字流量閥 1-不進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2-滾珠絲杠 3-閥芯 4-閥套 5-閥桿 6-傳感器 工作原理：計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾絲杠轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動(dòng)節(jié)流閥閥心移動(dòng)，首先打開(kāi)非全周節(jié)流，流量較小，而后打開(kāi)全周節(jié)流口，流量較大，可達(dá)3600?l/min。特點(diǎn)： (1)閥心、閥套、閥桿的相對(duì)熱膨脹取得溫度補(bǔ)償，維持流量恒定。 ? (2)?該閥無(wú)反饋功能，但裝有零位移傳感器，每個(gè)控制終了，閥心都可在它控制下回到零位，重復(fù)精度較高。 單向閥是控制流體只能正向流動(dòng)，不允許反向流動(dòng)的閥，也可稱(chēng)逆止閥或止向閥。增量式數(shù)字閥是采用由脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作，因此又稱(chēng)步進(jìn)式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖9—l所示。微型計(jì)算機(jī)(下簡(jiǎn)稱(chēng)微機(jī))發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后使步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)數(shù)字元件，根據(jù)增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法，是在脈沖數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)上，使每個(gè)采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上，增加或減少一些步數(shù)，而達(dá)到需要的幅值，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿給定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換器(絲桿—螺母副或凸輪機(jī)構(gòu))使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開(kāi)度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力、流量。有時(shí)，閥中還設(shè)置用以提高閥的重復(fù)精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。 　　 增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號(hào)波形如圖9—2所示。由圖可見(jiàn)，閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比。對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。 圖2.5 增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖 圖2.6 增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號(hào)波形圖 2.5 傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè) 2.5.1 傳感器的選取 經(jīng)過(guò)反復(fù)比較與選擇最后選用美國(guó)Motorola公司生產(chǎn)的MPX2100A型單片集成硅壓力傳感器，其測(cè)量范圍為0～100KPa，工作溫度范圍為-40～125℃，傳感器的輸出電壓和被測(cè)絕對(duì)壓力成正比，采用顯微機(jī)械加工、激光休整等先進(jìn)和薄膜電鍍工藝，具有測(cè)量精度高、預(yù)熱時(shí)間短、響應(yīng)速度快、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、可靠性高、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。若采用5V電源時(shí)，在0～80℃溫度范圍內(nèi)的最大測(cè)量誤差不超過(guò)±1.8%，滿(mǎn)量程輸出電壓為4.95V，壓力靈敏度為54MV/KPa，預(yù)熱時(shí)間為20ms，響應(yīng)時(shí)間為1ms，長(zhǎng)期穩(wěn)定度為±0.5%，允許過(guò)載348%FS（FS代表滿(mǎn)量程）。電源允許范圍為4.85V～5.35V，典型值為5.0V或5.1V，電源電流為7.0MA（典型值）。具體資料可參見(jiàn)外文文獻(xiàn)。 2.5.2 信號(hào)檢測(cè) 圖2.7 信號(hào)檢測(cè)原理圖 信號(hào)檢測(cè)原理如上圖：整個(gè)工作流程由PLC控制，PLC發(fā)出信號(hào)至電源和驅(qū)動(dòng)器，控制其電流大小，影響電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等， 完成對(duì)被控量的控制（流量、壓力等）；而MPX2100A壓力傳感器將被控量負(fù)反饋給PLC，是被控量保持在一個(gè)穩(wěn)定的波動(dòng)范圍內(nèi)。 2.6 控制面板的設(shè)計(jì) 圖2.8控制面板圖 控制面板分為4大塊：4個(gè)燈、4個(gè)按鈕、2個(gè)鈴； 其中正常工作時(shí)，先亮過(guò)濾燈，然后是濾余液的指示燈，最后是反沖洗的燈，如此循環(huán)，前一個(gè)燈滅接著后一個(gè)燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報(bào)警燈以及響報(bào)警鈴并且停止工作；反洗的時(shí)候同時(shí)響反洗鈴； 4個(gè)按鈕的作用則很明顯，啟動(dòng)按鈕采用綠色材料，停止按鈕采用紅色材料。另外2個(gè)按鈕用來(lái)控制取樣閥，來(lái)獲取樣品，從而調(diào)整工作狀態(tài)。 第3章 PLC的應(yīng)用及分析 3.1 PLC的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿(mǎn)足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。 可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。PLC廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。 3.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（如下圖）。PLC的特殊功能模塊用來(lái)完成某些特殊任務(wù)。 圖3.1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 3.1.2 PLC的特點(diǎn) （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 3.2 PLC在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 根據(jù)計(jì)算可以得知：有21個(gè)輸入信號(hào)和19個(gè)輸出信號(hào)，采用繼電器輸出，故I/O點(diǎn)數(shù)為21+19=40點(diǎn)。 故應(yīng)該選用FX2N-64MR-001系列，輸入可用點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出可用點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)為48～64點(diǎn)（不需要用到），即可達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。采用AC 24V電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿(mǎn)足不同的需要----模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開(kāi)發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò) CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。 時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過(guò)程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。 產(chǎn)品說(shuō)明 規(guī)格型號(hào) FX2N-64MR-001 其它說(shuō)明 最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能 供貨地 上海 產(chǎn)地 上海 產(chǎn)品用途 適合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 技術(shù)參數(shù) 輸入點(diǎn)數(shù) 32點(diǎn) 尺寸（mm）寬*厚*高 220*87*90 輸入輸出形式 繼電器 輸出點(diǎn)數(shù) 32點(diǎn)。 3.2.1 工藝流程圖 圖3.2 工藝流程圖 3.2.2 PLC的接線(xiàn)圖 圖3.3 PLC外部接線(xiàn)圖 3.2.3 程序梯形圖 圖3.4程序梯形圖 3.2.4 指令表 0000 LD X2 0005 AND X0 0010 OR M301 0015 SET M301 0020 RST M300 0025 LD M301 0030 AND X4 0035 OUT T0 0040 K20 0045 OR T0 0050 SET M302 0055 RST M302 0060 LD M302 0065 AND X5 0070 SET M303 0075 RST M302 0080 LD M303 0085 AND X6 0090 SET M304 0095 RST M303 0100 LD M304 0105 AND X7 0110 SET M305 0115 RST M304 0120 LD M305 0125 AND X11 0130 MPS 0135 OUT T1 0140 K24000 0145 MPP 0150 LD T1 0155 MPS 0160 ANI X3 0165 SET M306 0170 MPP 0175 RST M305 0180 LDI X6 0185 ANI X3 0190 SET M307 0200 RST M306 0205 LDI X5 0210 ANI X3 0215 SET M308 0220 RET M307 0225 LDI X4 0230 ANI X3 0235 SET M309 0240 RST M3O8 0245 LDI X11 0250 MPS 0255 OUT T2 0260 K50 0265 MPP 0270 LD T2 0275 SET M310 0280 RET M309 0285 LDI X4 0290 SET M311 0295 RET M310 0300 LDI X12 0305 MPS 0310 OUT T3 0315 K100 0320 MPP 0325 LD T3 0330 SET M312 0335 RST M311 0340 LDI X12 0345 MPS 0350 OUT T4 0355 K20 0360 MPP 0365 LD T4 0370 ANI X3 0375 SET M313 0380 RST M312 0385 LD X4 0390 SET M314 0395 RST M313 0400 LD X5 0405 SET M315 0410 RST M314 0415 LD X11 0