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1、 高精度模块式自清洗过滤系统摘要 本文分析了高精度模块式自清洗过滤系统结构，阐述了其主体，外观，控制单元的工作机理，并对PLC控制下的运行状态做了分析，预测了市场前景。 AbstractThis paper analyzes of the working mechanism of high precision modular self-cleaning filter system structure, described its subject, appearance, control units, and operating status under PLC control to do th

2、e analysis, we forecast the market outlook.Key words ：high precision modular self-cleaning filter system structure，PLC。1绪论21.1.过滤技术21.2过滤设备现状31.3过滤设备发展趋势11.3.1 国外过滤设备发展11.3.2 国内外过滤技术差异11.4自清洗过滤器的发展和应用11.4.1 自清洗过滤器概述11.4.2 国内外自清洗过滤器现状12.自清洗过滤器开发与设计22. 1 自清洗过滤器工作原理22.2 系统设计22.2.1过滤设备主体22.2.2 抽冷机5控制单元5

3、沉淀刮板箱63.控制系统总体设计73.1控制系统的设计目标:73.2模块83.3 PLC 可编程序控制器原理83.4 PLC基本工作原理 93.5 PLC电控配置设计示意图 94调试94.1调试试运行94.2电磁阀及角阀动作调试105市场前景115.1技术创新点115.2市场前景分析11 5.3存在问题 12 引言过滤技术是一种水处理技术，目的是分离液体中的杂质、漂浮物、颗粒物等，基本原理是: 过滤介质通过压强差迫使流、固混合物分离。过滤主要应用于原水给水、污水处理行业。 过滤设备过滤介质：过滤设备最重要的因素是过滤介质，从流动的液体中分离固体，主要技术特性是截留能力、渗透性，从不同角度有很多

4、分类。不赘述。常用过滤介质有：滤布、滤网、滤毡、衬垫等。(2)过滤设备：叠片式过滤器、砂石、网式、离心式 过滤设备发展趋势：过滤与分离行业在发达国家发展迅猛，已形成了规模化技术和信息一体化的大格局。形成了高参数、大规格、高速率、高精度、高压力、全自动、机型多样化、新材料发展趋势。 国内外过滤技术差异：我国落后世界约10多年，过滤机械研发能力明显弱，我国在孔隙率高、阻力小，选择性过滤介质方面明显落后。分离工艺技术知识不够。 自清洗过滤器的发展和应用：截留在过滤介质表面的杂质增大了过滤阻力，一般的过滤机必须过滤元件或取出清洗，自清洗过滤器避免了这个难题，自清洗和过滤可同时进行，具有以下主要特点：1

5、.自动反冲洗功能；2.连续供给切削液；3.高精度可靠过滤；4.超大的过滤面积；5.自动化控制；6.设置脏液引流功能。高精度模块式自清洗过滤系统主要用于机床切削液过滤，并且适用于化工、制药、石油、食品、酿造和制糖等工业部门需要有较高过滤精度物料的过滤 国内外自清洗过滤器现状：生产自清洗过滤器的主力在国外，FILTOMAT，TEKLEEN FILTOMAT是世界名牌，我国生产厂家不多，仿制为主。当下中国机床行业飞速发展，对于切削液精度的要求越来越高，研究表明，切削液的精度（如碎屑、砂轮粉末等）从50m提高至10m，刀具（或砂轮）寿命可延长1-3倍。无论是磨削等精密加工，还是钻、扩、较、镗孔等普通加

6、工，为了提高刀具（砂轮）寿命以及其可靠性，改善零件加工质量，均离不开高精度的切削液。目前用于切削液净化的设备主要有平网过滤机、袋式过滤机等，对于精度要求较高场合一般使用各种规格的过滤罐。然而诸多客户的反馈目前传统的过滤设备均有很多不足之处，如：需要消耗滤材；更换滤材时需停机；过滤面积小导致连续工作时间短，停机频繁；需要人工手动操作，自动化程度低等等。因此，急需一种新型的产品以满足市场需求。1.自清洗过滤器开发与设计1. 1 自清洗过滤器工作原理机床切削液经过回流管路自然回流至过滤系统脏液箱，由提升泵提升至压力式封闭过滤罐体内经滤芯过滤后进入净液箱，切削液在净液箱内由切削液冷却机进行冷却，而后供

7、液泵将过滤、冷却后的切削液打入供液管路供机床再次使用。过滤系统运行以滤芯堵塞导致的封闭式过滤罐体内压力过大为失效判断依据，当过滤失效时，采用压缩空气反清洗，将杂质连同过滤罐内脏液压出至刮板箱内，即可恢复滤芯的过滤能力。反清洗时间一般为2Min, 通过自动与手动功能均可以实现。在自动功能条件下，反清洗周期可以根据时间或者压差确定，由PLC 自动控制，时间或者压差达到设定值时，均会自动进行反清洗。用户还可以根据实际情况采用强制反清洗，在手动功能条件下，手动开启反清洗功能进行强制清洗。反清洗完成后，通过1Min 引流功能防止过滤罐内残留杂质影响切削液洁净度，即：反清洗完成后，切削液（可能含有杂质）不

8、直接流至净液箱，首先引流至脏液箱，1Min 后过滤罐内脏液流出，然后转换至向净液箱供液。反清洗过程中，压缩空气压出的杂质连同过滤罐内脏液流至沉淀刮板箱内，杂质在沉淀刮板箱内沉淀，由刮板排屑器排出至集渣箱内。经过沉淀后的上层切削液通过回流口自然回流至脏液箱内。整个过滤系统工作过程，全部由PLC 自动控制实现，切削液全部循环利用，工作流程 表11.2系统设计1.2.1过滤设备主体过滤设备主体由油箱、过滤罐、供液及反冲管路等组成。一. 油箱油箱由脏液箱与净液箱组成。在脏液箱内设置有一道隔板，机床产生脏液进入脏液箱后经过沉淀隔离，含有杂质最多的切削液被提升泵提升至过滤罐，避免过多杂质在脏液箱内沉淀。在

9、净液箱内设置有两道隔板，第一道隔板起导向作用，使切削液必须全部从油冷机下发冷却管经过，第二道隔板根据切削液温度不同密度不同从而液位所处的液位高度不同的原理，将未冷却的切削液隔挡在油冷机一侧，冷却后的切削液流出经供液泵供给机床使用。此外在脏液箱与净液箱上均设有两个软管固定座，脏液箱上软管固定座与反清洗后引流管相连，净液箱上软管固定座与过滤罐出液管相连，软管固定座的高度设置与液位之上，防止反清洗结束后压缩空气冲起切削液，造成切削液飞溅与起泡。表22 过滤罐下罐体由4.5mm优质冷轧钢板卷制、焊接而成，连接部位法兰由12mm优质热轧钢板制作。上盖由4.5mm厚Q235-B封头与10mm热轧钢板焊接制

10、作而成。滤芯部分由滤芯安装板与60根滤芯安装组成。60根滤芯通过悬挂方式安装于滤芯安装板上，从而最大限度的增加过滤表面积。滤芯为中空结构，脏切削液从外向内通过压实的滤料层进入内部中空结构，滤除杂质即得到干净的切削液。滤芯过滤精度通过改变内部弹簧力由1m-50m可调，可有效去除水中的悬浮物。具有过滤速度快、精度高、截污量大、操作方便、运行可靠、不需特殊维护的优点，充分节约检修及滤料更换的成本。下罐体与滤芯安装板上开有密封条安装槽，下罐体、滤芯安装板、上盖之间放入矩形橡胶密封圈，通过活结螺栓、吊环螺母连接，密封可靠，拆卸方便。过滤罐整体设计容量100L,设计耐压0.8Mpa。过滤罐主要特点：（1）

11、过滤精度高：过滤完成后切削液精度可达1m。（2）过滤速度快：滤芯悬挂布置，过滤面积增加一倍以上，过滤速度同比提高一倍以上。表3（3）占地面积小：同等处理规模设备，占地面积是传统过滤设备1/2.自耗低：反清洗通过压缩空气实现，几乎不需要消耗净切削液。（4）滤料使用寿命长：滤料反洗能够达到比较好的效果，使用寿命可达10年以上。（5）自动化程度高:过滤罐正常工作时PLC自动控制，人工投入成本低。三提升管路及反清洗管路（1）提升管路指从提升泵到过滤罐、从过滤罐上方出口连接至净液箱和从过滤罐上方出口连接至脏液箱的三部分管路。从提升泵到过滤罐部分管路上设置有管路压力检测（连接至操作面板）、数显压力开关、过

12、滤罐独立供液控制角阀和泄压阀。连接至操作面板上的管路压力检测能够方便操作者实时观测管路压力。数显压力开关输出压力信号，作为判定过滤罐是否进行反清洗的依据。由于每个提升泵将会供液给多个过滤罐，过滤罐独立供液控制角阀协助实现每个过滤罐独立反清洗。泄压阀作用为保持管路压力与流量，提升泵供应的多个过滤中，部分过滤罐反清洗时泄压阀开启卸去多余压力与流量。从过滤罐上方出口连接至净液箱部分管路设置有过滤罐独立出液角阀与净液箱引流角阀。从过滤罐上方出口连接至脏液箱部分管路设置有过滤罐独立出液角阀（和连接至净液箱部分管路共用）与脏液箱引流角阀。过滤罐独立出液角阀协助实现每个过滤罐独立反清洗，净液箱引流角阀与脏液

13、箱引流角阀完成反清洗后引流功能。（2）反清洗管路指上方过滤罐独立角阀通过过滤罐内部后从过滤罐底部连接至刮板箱部分的管路。122 抽冷机控制系统采用液晶全中文（或者全英文）电脑控制器，操作简单、直观。控制器具有故障自诊断功能，直接将故障点显示在屏幕上，提示用户快速处理。具有“温度固定”和“室温同调”两种控制方式，用户可根据实际需要任意选择。直接安装在液箱上，不受切削液中的杂质、油泥、等影响，易于对制冷剂进行维护保养。蒸发盘管选用不锈钢材质或者铜管表面镀层处理，整体盘制无焊口，适用多种液体，耐腐蚀、易清理、高效节能。123控制单元本系统采用西门子S7 200 SMART PLC为控制单元，SMAR

14、T LINE 7”触摸屏为用户操作界面，通过RS232接口进行通讯，预留Ethernet接口，系统运行过程由PLC来控制水泵和电磁阀 表4操作画面分为手动部分和自动部分。手动部分主要用于系统调试和维修时使用，每个执行单元可以独立运行；自动部分主要用于系统过滤和反吹的连锁控制过程，可以在触摸屏上分别设定过滤罐反吹时间、刮板箱的运行和停止时间。系统自动运行后，当管道压力超过设定值时，过滤罐开始依次反吹，反吹结束后继续执行过滤过程；提升泵和供液泵会根据油箱液位连锁运行。124沉淀刮板箱过滤罐反清洗时脏液连同杂质从脏液进口进入沉淀刮板箱，杂质在沉淀刮板箱内沉淀，由刮板刮出至集渣箱。经过沉淀澄清的上层切

15、削液从净液回流口流回脏液箱循环使用。 表5精密过滤系统技术参数表 表62.控制系统总体设计2.1控制系统的设计目标:1) 控制系统可任意组合多个过滤单元，要具有实时调整参数的能力。2) 控制系统必须能对过滤系统的工作状态进行实时检测，适时进行检修和维护。表7控制系统的核心是S7-2 00 CPU 模块， 此外还包括检测模块，控制执行模块，通信模块和编程调试模块，2.2模块（1）检测模块：检测模块主要成分是差压开关和其他设备，控制器根据差压开关输出的电信号，调整过滤单元实现自动反清洗。（2） 执行功能：电磁阀装备在在每个过滤单元的进液口与排污口，CPU 控制通过电磁阀的开关状态控制过滤单元过滤状

16、态。进液与排污通过电路实现。（3）通信模块：该模块动态配置系统运行时需要的参数2.3 PLC 可编程序控制器原理PLC是基于微处理器的当前通用工业自控装置。基本结构：PLC 控制系统的软件主要是由系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。表8 CPU是 PLC 的控制中枢，由控制器和运算器，执行指令和请求，PLC存储器存放系统和用户程序、工作状态数据。1/0 模块作为CPU 与生产过程中控制变量的桥梁。2.4PLC基本工作原理 表9 2.5plc电控配置设计示意图 表103调试3.1调试试运行系统正常运行设备前必须对设备进行调试，调试运行采用手动方式进行。在系统主画面窗口，点

17、击设置按钮即可进入手动调试窗口，点击手动模式按钮，待按钮背景变成黄色后就可手动调试了。表11 在调试画面中，按钮的颜色表示当前设备的工作状态，红色代表关闭，绿色代表打开，点击灰色按钮切换当前设备工作状态。表12 提升泵及管路调试（注意压力开关设定）按下排气水口电动阀启动按钮，打开排气水口电动阀门，打开进水反冲手动连通蝶阀，缓慢调整手动反冲进水阀门，使反冲水量在规定的反冲洗强度范围内，水洗35min，使滤床纤维束完全放松，之后关闭反冲洗进水手动阀；3.2电磁阀及角阀动作调试清洗结束后，应及时排空设备内部空气，缓慢打开反洗进水手动阀，反洗排气水阀，保持打开状态，气体由反洗排气水阀中排出，当反洗排气

18、水阀均匀排水后，关闭反洗进水手动阀；启动进水电动阀，保持反洗排气水打开，原反应区由可能存在部分空气，反冲排气水阀稳定排水后，可关闭反冲排气水阀，关闭进水阀，排气过程结束。点击主画面上的启动按钮，系统进入自动运行模式。表13 在自动模式下，提升泵和供液泵自动运行，供油电磁阀保持导通，反吹电磁阀和排渣电磁阀关闭，开始溶液过滤的过程；管道上安装压力开关，实时监测管道内的压力情况，当压力超过设定值时，过滤罐开始反吹；反吹过程中，供油电磁阀得电关闭，然后反吹电磁阀和排渣电磁阀得电导通，压缩空气进入过滤罐，清除罐内的废渣，同时开始反吹倒计时，时间到达则反吹停止。自动模式下，过滤系统保持连续运转，过滤过程和

19、反吹过程存在连锁条件。提升泵会持续运转，如果脏油箱液位低于低液位或者净油箱高于高液位，提升泵自动停止；当脏油箱液位高于低液位或者净油箱低于高液位，延时30秒后，提升泵自动运转。供液泵也会持续运转，如果净油箱液位低于低液位或者脏油箱高于高液位，供液泵自动停止；当净油箱液位高于低液位或者脏油箱低于高液位，延时30秒后，供液泵自动运转。反吹过程是的顺序是1#罐开始反吹，时间到达后进行过滤，然后2#罐开始反吹，时间到达后进行过滤，然后3#罐开始反吹，时间到达后进行过滤，此时这个管道的反吹过程全部结束。另外管道1和管道2 的反吹过程不能同时进行。4市场前景4.1技术创新点（1）本项目中过滤滤芯结构新颖，

20、有效增大过滤面积与提高过滤精度，同类过滤产品未见能够达到如此大流量（855L/min）的同时保证1m精度产品。（已申请发明专利一项，实用新型一项，均已受理）（2）本项目应用了模块化设计原理，拓展空间大；PF-1002、PF1004、PF1006（3）取代原始的使用耗材的过滤设备，更高程度的满足客户对精度与大流量过滤的需求；（4）自清洗过滤系统采用PLC独立控制，自动化程度高，减少人力的投入，实现免维护；（5）引流功能的设计，更加可靠的保证过滤精度；（6）新型沉淀刮板排渣机设计。4.2市场前景分析 高精度模块式自清洗过滤系统经客户使用后反馈，有以下明显改善效果：1. 处理能力大，过滤精度高单台设

21、备可供多机床使用。2. 相比占面积 小，较以往常规过滤设备节约占地面积 50% 。3. 自动化程度高，参数设定完成后备运行工作人投入小。4. 模块化设计，后期拓展与安装调试均非常方便。本项目产品与传统过滤设备相比意味着更高的过滤精度，提升工件光洁度；零停机维护时间，提高工作效率；15,000小时滤芯寿命，切削液免维护，大大降低工厂成本，改善工厂环境。基于上有益效果反馈，理由相信本项目产品在对切削液要求较高的机加行业 基于上有益效果反馈，理由相信本项目产品在对切削液要求较高的机加行业。4.3存在问题 1. 产品设计之初主要面向磨床类产，切削液中为粒金属粉末等 品设计之初主要面向磨床类产，切削液中

22、为粒金属粉末等 品设计之初主要面向磨床类产，切削液中为粒金属粉末等 较细杂质 。下一步研究方向是进行功能拓展，使得产品够应用于切削液中含有各种较细杂质 。下一步研究方向是进行功能拓展，使得产品够应用于切削液中含有各种较细杂质 。下一步研究方向是进行功能拓展，使得产品够应用于切削液中含有各种的场合。2.滤芯内弹簧压紧力 与过精度对应关系研究，目前通实验的方法调整滤芯内弹簧压紧力 与过精度对应关系研究，目前通实验的方法调整滤芯内弹簧压紧力 与过精度对应关系研究，目前通实验的方法调整保证 1m 过滤精度。3.目前控制逻辑存在冗余情况，需要再进行优化。4.关于管路内部流量、压力（特别是沿程阻损失分）需

23、要再进一步研究。4.4总结本文分析了高精度模块式自清洗过滤系统结构，阐述了其主体，外观，控制单元的工作机理，并对PLC控制下的运行状态做了分析，预测了市场前景。文献1 于静辉，李清德，邢晓. 自动反冲洗过滤器控制系统的改进. 液压与气动. 2002 (12) :44-45.2 克莱德，奥尔编，邵启祥.过滤理论与实践.北京:国防工业出版社.1982.3 丁启圣，五维一.新型实用过滤技术.北京: 冶金工业出版社. 2005.4 姚竞红，严国祥.自动循环反冲式清水过滤榕的应用.中国设备工程， 2003 (3) : 31-32.5 文棋.全自动自清洗过滤器过滤机理分析及控制系统研究: (硕士学位论文)

24、浙江大学， 20046 曹柱中，徐薇莉.自动控制理论，上海交通大学出版社. 1995: 231-2357 阳宪惠，现场总线技术及其应用，北京: 清华大学出版社. 1999: 238 -2538 王家帧， 王俊杰.传感器与变送器，北京: 清华大学出版社. 2002: 112 - 1139 廖常初. PLC 编程及应用，北京:机械工业出版社. 200210 廖常初. PLC 编程及应用，北京:机械工业出版社. 200311 宋伯生主编. PLC 编程理论. 算法及技巧. 北京:机械工业出版社. 200412 Siemens AG. SIMATIC 工业通讯的IT 解决方案， 2002 .13 文美纯，刘吉普. 可编程序控制器在过滤器上的应用研究.过滤与分离.2002 (12): 28-3014 陈雷.节水灌溉是一项革命性的措施节水灌溉， 1