一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置制造方法及图纸

一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置，由检测部分和控制部分构成。解决了目前中空纤维超滤膜截留率检测装置自动化程度低，切换过程存在污染、手动调节不确定度大、难以定量控制分离条件的问题。该检测装置功能完善，改进了以往检测装置存在的缺点。以s7—200系列PLC作为主控制器、以触摸屏作为人机界面，实现了实验过程的可控和可视。检测装置设计首先对工作原理进行了分析，然后对控制系统的软硬件进行了相关设计。由于恒定压差和流速的调节过程存在多变量耦合现象，故设计了模糊控制器对其进行调节并获得了满意的动静态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置
本专利技术涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置。
技术介绍
20世纪80年代初，我国开始研究中空纤维超滤膜。中空纤维超滤膜以其单位容积膜面积大、无支承体、易于控制质量等优点而得到深入研究和广泛应用。截留率是表征中空纤维超滤膜分离性能的重要指标。通过调研，市场上销售的中空纤维超滤膜产品检验指标中，截留率检验比率高达65％；同时，膜生产厂家希望第三方权威机构检验的指标中，截留率检验比例也达到55％。国家海洋标准计量中心是检测液体分离膜的第三方权威机构，本课题是该中心“中空纤维超滤膜性能检测技术平台研发项目”中的一部分，旨在设计一套功能完善、自动化程度高、可定量控制分离条件的中空纤维超滤膜截留率检测装置。这对促进我国中空纤维超滤膜产业健康发展和参与市场竞争具有重要意义旧。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前中空纤维超滤膜截留率检测装置自动化程度低，切换过程存在污染、手动调节不确定度大、难以定量控制分离条件的问题，设计了一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置由检测部分和控制部分构成。可实现0.05～0.15MPa连续可调平均跨膜压差，调节步长优于0.01MPa；保持恒定平均跨膜压差的前提下，膜面流速在0.05—0.6—n/s内线性可调，调节步长优于0.01In/s；测试液温度在20～50℃内可调，调节步长优于0.1℃；还具有“恒定压差和流速”的自动调节功能。所述的检测部分由中空纤维超滤膜组件、恒温储液槽、蠕动泵、缓冲罐、压力传感器、涡轮流量计、质量流量计、手动阀门、泄压阀、三通电磁阀、常开电磁阀、常闭电磁阀、电动调节阀等构成。该检测装置所有管路和零部件均选用食品级不锈钢316或高强度塑料作为材质，以保证化学清洗对整个系统无解析。所述的控制部分选择的控制主机为7—200系列PLC中的CPU224，模拟量扩展模块为EM231、EM232、EM235，人机界面为Smartl000IE。所述的温度调节通过恒温储液槽实现。所述的平均跨膜压差和膜面流速通过调节蠕动泵流量和电动调节阀开度实现。所述的恒定压差和流速是指在如下功能：触摸屏上设定平均跨膜压差和膜面流速，然后动作蠕动泵流量和E7、E8开度使实际平均跨膜压差和流速达到设定值。本专利技术的有益效果是：所专利技术的检测装置功能完善，自动化程度高，目前处于试运行阶段，各项功能稳定。基于模糊控制的自动恒定压差和流速功能实现了分离条件定量控制，简化了实验人员的手动操作过程，提高了其工作效率。在超滤膜性能指标评价检测系统中，该套装置具有重要意义，对超滤膜其它性能指标检测装置的开发具有很好的指导作用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是中空纤维超滤膜截留率检测装置原理图。图2是PLC控制系统外部接线图。图3是PLC控制系统主程序流程图。图4是模糊控制系统原理图。具体实施方式如图1所示，检测部分由恒温储液槽A、蠕动泵B、缓冲罐C、中空纤维超滤膜组件D、取样容器E、电子称F、，温度传感器T1/To／TP、压力传感器PL／P0／PP、涡轮流量计V1、质量流量计v2、手动阀门K1／K2／K3／K4／K5／K6、=泄压阀K7、三通电磁阀E1／E4／E5／E9、常开电磁阀E2／E6、常闭电磁阀E3、电动调节阀E7／E8构成。截留率表示超滤膜脱除特定组分的能力，关系式如下：Ru=(C1一C2)／C1×100％，式中，Ru为截留率(％)；C1为原水中溶质浓度(mg／L)；C2为产水中溶质浓度(mg／L)。这是一种用标准物质通过超滤膜时的截留特性来示膜孔径大小的一种方法。本文以检测装置作为一个实验平台，具备完善的功能，可以内外压运行、反清洗、调控分离条件、取样等。通过广泛调研和改进，该检测装置所有管路和零部件均选用食品级不锈钢316或高强度塑料作为材质，以保证化学清洗对整个系统无解析。E1、E4、E5导通方向分别为El一2、E4—2、E5—1，E2常开，E3常闭。这种阀门状态组合用于进行内压式中空纤维超滤膜实验，实验过程中测试液流向如下：原水经过A、B、C、K6、V1、PI、T1、K7、E1—2进入D；产水由E2和E4—2汇合到b点进入产水管路，再经过TO、PO、E8返回A；浓水由E5—1到达a点进入浓水管路，再经过11P、PP、E6、V2、E7、E9—1返回A。当E1、E2、E3、E4：E5都为相反状态时，检测装置对外压式中空纤维超滤膜组件进行实验，测试液流向和内压式基本一致，不过原水由E1—1进入D，产水由E3和E5—2汇合到b点进入产水管路，浓水由E4—1到达a点进入浓水管路。可以发现，在内／外压实验环境切换时，产水和浓水管路不切换，这一点正是以往检测装置存在的缺陷。浓水和产水管路切换会造成测试液的污染，影响测量精度。实验的关键是对分离条件的调控，本专利技术检测装置要实现的调控目标为：0.05～0.15MPa连续可调平均跨膜压差，调节步长优于0.01MPa；保持恒定平均跨膜压差的前提下，膜面流速在0.05—0.6—n／s内线性可调，调节步长优于0.01In／s；测试液温度在20～50℃内可调，调节步长优于0.1℃。其中，平均跨膜压差关系式如下：Pmtm=(Pi+Po)／2一Pp，式中，Pmtm为平均跨膜压差(Kpa)；Pi为膜组件进口压力(Kpa)；Po为膜组件浓水出口压力(Kpa)；Pp为膜组件产水出口压力(Kpa)。膜面流速关系式如下：Vuf=Quf/S/3600,式中，Vuf为膜面流速(m／s)；Quf为膜组件浓水流量(m3／h)；S为膜横截面积(m2)。温度调节通过恒温储液槽实现。平均跨膜压差和膜面流速通过调节蠕动泵流量和E7、E8开度实现。在触摸屏上设定平均跨膜压差和膜面流速，然后动作蠕动泵流量和E7、E8开度使实际平均跨膜压差和流速达到设定值，这个功能称为“恒定压差和流速”。调节过程存在多变量耦合现象，改变蠕动泵流量、E7开度、E8开度其中任意一项，压差和流速都会发生变化。实现“恒定压差和流速”自动调节功能是本文的研究重点。在一定分离条件下进行分离实验，运行稳定后通过E9对产水取样，再通过后续的光学分析便可得到截留率最终结果。如图2所示，控制部分选择的控制主机为7—200系列PLC中的CPU224，模拟量扩展模块为EM231、EM232、EM235，人机界面为Smartl000IE。所有电气设备均选用外接电源。涡轮流量计输出的脉冲信号幅值为5V，需要经过光电耦合放大电路才能被PLC高速计数器采集到。电磁阀的工作电流超出了CPU输出点额定电流，所以输出点通过控制电磁继电器触点通断来控制电磁阀开关状态。电磁继电器为感性负载，开合瞬间两触点间会产生一个瞬间尖峰电压，容易造成触点的金属迁移和氧化，可以通过并联续流二极管避免该不良现象。触摸屏只需接通电源，和CPU之间连接一根MPI电缆，再经过简单设置即可正常工作。如图3所示，PLC通过反应控制要求的用户程序实现控制功能。用户程序包括主程序、若干子程序和中断服务程序，PLC一直循环扫描主程序。PLC程序的编写和执行过程是串行方式，而该装置大多数功能之间没有先后顺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置，由检测部分和控制部分构成；可实现0.05～0.15MPa连续可调平均跨膜压差，调节步长优于0.01 MPa；保持恒定平均跨膜压差的前提下，调节步长优于0.01 In/s；测试液温度在20～50℃内可调，调节步长优于0.1℃；还具有“恒定压差和流速” 的自动调节功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置，由检测部分和控制部分构成；可实现0.05～0.15MPa连续可调平均跨膜压差，调节步长优于0.01MPa；保持恒定平均跨膜压差的前提下，调节步长优于0.01In/s；测试液温度在20～50℃内可调，调节步长优于0.1℃；还具有“恒定压差和流速”的自动调节功能。2.根据权利要求1所述的基于PLC的中空纤维超滤膜截留率检测装置，其特征是所述的检测部分由中空纤维超滤膜组件、恒温储液槽、蠕动泵、缓冲罐、压力传感器、涡轮流量计、质量流量计、手动阀门、泄压阀、三通电磁阀、常开电磁阀、常闭电磁阀、电动调节阀等构成；该检测装置所有管路和零部件均选用食品级不锈钢316或高强度塑料作为材质，以保证化学清洗对整个系统无解析。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：富强，
申请(专利权)人：富强，
类型：发明
国别省市：辽宁,21