凈水過濾反沖洗控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　這篇機(jī)械工程師論文發(fā)表了凈水過濾反沖洗控制系統(tǒng)的設(shè)計，機(jī)械清洗裝置由定位滑臺、高壓水槍、潛水泵、水管相連接組成。采用滾珠絲杠及聯(lián)軸器作為傳動機(jī)構(gòu)，傳動效率高，定位準(zhǔn)確，具有很小的摩擦阻力，解決了過濾中弧形篩堵塞問題，可提高工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)械工程師論文,控制系統(tǒng)設(shè)計

　　1 引言

　　弧形篩作為工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖中水凈化的必備裝置，工作時易被殘餌、微生物等污染物堵塞，導(dǎo)致水循環(huán)效率降低。目前解決辦法是更換弧形篩或?qū)⒒⌒魏Y從水下凈化裝置中取出，人工進(jìn)行清洗作業(yè)，這種清洗方法工作煩瑣、清洗成本高、自動化程度低[1]。并且，若弧形篩更換或清理不及時，水體環(huán)境發(fā)生異常，將對魚類生命安全產(chǎn)生威脅，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。為保證弧形篩的正常工作，需要對其定時沖洗，由于沖洗介質(zhì)的流向與過濾方向相反，因此把該沖洗過程稱為反沖洗[2]。本文設(shè)計一個可進(jìn)行自動過濾反沖洗系統(tǒng)，可以提高水體自凈能力和水循環(huán)效率。

　　2 養(yǎng)殖魚塘水循環(huán)過程

　　在多層循環(huán)式養(yǎng)殖魚塘中，清水從進(jìn)水管流入魚塘，再由出水管流出，然后經(jīng)弧形篩濾除雜質(zhì)后被回收利用，污物則進(jìn)入集污池后經(jīng)排污口排出。在此過濾過程中，水體雜質(zhì)逐漸堆積，附著在弧形篩表面，引起弧形篩內(nèi)外腔壓差升高，過濾阻力加大[3]，養(yǎng)殖池內(nèi)水循環(huán)速度逐漸變慢，弧形篩堵塞到一定程度時，將開始反沖洗過程，對弧形篩進(jìn)行清洗�；⌒魏Y在魚塘系統(tǒng)中的位置如圖1所示。

　　3 反沖洗控制系統(tǒng)設(shè)計

　　為實現(xiàn)弧形篩自動反沖洗的功能，采用STC89C51單片機(jī)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，且接觸器、限位開關(guān)作為自動控制元件，也對執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過連接機(jī)械傳動裝置和清洗裝置，完成清洗。按鍵作為人機(jī)交互接口，可控制直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速，液晶屏用于顯示直流無刷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

　　3.1 機(jī)械清洗裝置的組成

　　滾珠絲杠上安裝有定位滑臺和高壓水槍，在絲杠的兩端分別放置限位開關(guān)A和B。限位開關(guān)作為自動控制元件，可以確定水槍的位置，從而通過控制直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)向，使得高壓水槍在滑臺上做往復(fù)運(yùn)動來進(jìn)行對紗網(wǎng)的沖洗，使紗網(wǎng)上殘留的固體污物沖到集污池里。機(jī)械裝置行程控制原理如圖2所示。

　　在弧形篩左側(cè)安裝一個水管，水管對著弧形篩紗網(wǎng)的方向開一排口來安裝水槍噴頭，其沖水方向與過水篩孔垂直，可定時形成往復(fù)沖洗，并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)沖洗頻次。高壓水槍通過水管可連接到潛水泵。

　　3.2 反沖洗過程原理與特點

　　當(dāng)弧形篩需要清洗時，先由按鍵1設(shè)定反沖洗時間輸入到單片機(jī)中，再按下按鍵2開始反沖洗過程，按鍵2的動作信號傳給單片機(jī)時，單片機(jī)控制直流無刷電動機(jī)起動，絲杠進(jìn)行傳動，帶動滑臺和高壓水槍運(yùn)動，同時打開潛水泵，潛水泵通過水管將清水輸送到高壓水槍， 高壓水槍噴出高強(qiáng)度水流對弧形篩進(jìn)行清洗。

　　為增強(qiáng)沖洗清潔程度，清洗裝置需進(jìn)行往返運(yùn)動對弧形篩進(jìn)行反復(fù)清洗，因此采用兩個限位開關(guān)確定及限定水槍、滑臺的位置，當(dāng)水槍、滑臺運(yùn)動到限位開關(guān)A處，在水槍及滑臺上放置的限位壓片撞擊限位開關(guān)，開關(guān)A閉合，該動作信號傳給單片機(jī)，由單片機(jī)發(fā)送脈沖信號控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)水槍及滑臺運(yùn)動到限位開關(guān)B處，在水槍及滑臺上放置的限位壓片撞擊限位開關(guān)，開關(guān)B閉合，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，如此反復(fù)，由限位開關(guān)對水槍進(jìn)行的往復(fù)運(yùn)動實現(xiàn)行程控制，直至達(dá)到單片機(jī)設(shè)定的反沖洗時間，反沖洗過程結(jié)束。沖洗過程一旦開始，液晶屏可顯示直流無刷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，當(dāng)沖洗結(jié)束時，液晶屏顯示關(guān)閉。

　　3.3 直流無刷電機(jī)驅(qū)動設(shè)計

　　為保證對弧形篩進(jìn)行反沖洗的清潔能力，本系統(tǒng)應(yīng)選擇較高揚(yáng)程潛水泵和大功率直流無刷電機(jī)。直流電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要動力來驅(qū)動其運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在單片機(jī)和直流電機(jī)之間必須有驅(qū)動模塊進(jìn)行驅(qū)動。電機(jī)驅(qū)動芯片選擇BL04，負(fù)責(zé)將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號功率放大，從而驅(qū)動電機(jī)工作。

　　4 軟件設(shè)計

　　基于Keil C51開發(fā)環(huán)境，采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計，包括系統(tǒng)初始化和定時中斷、按鍵掃描處理、液晶顯示、直流電機(jī)控制程序。

　　軟件設(shè)計流程如下：

　　首先單片機(jī)判斷是否有按鍵按下，若是則單片機(jī)發(fā)送指令啟動直流無刷電機(jī)，同時啟動潛水泵，直流無刷電機(jī)帶動水槍運(yùn)動，水槍朝向弧形篩噴水。根據(jù)限位開關(guān)動作原理，實現(xiàn)機(jī)械裝置的往復(fù)運(yùn)動控制，直至達(dá)到設(shè)定時間，直流無刷電機(jī)停止，完成反沖洗過程。

　　5 結(jié)語

　　本系統(tǒng)選擇負(fù)載高壓水槍約2kg，潛水泵功率2.2～4kw、流量12～23L，直流電機(jī)57BL015，其參數(shù)為電壓24V、電流3A，電機(jī)驅(qū)動BL04，滿足大功率驅(qū)動要求。將電氣自動控制元件與機(jī)械裝置結(jié)合起來運(yùn)用，實現(xiàn)了機(jī)電一體化，能有效提高弧形篩的清潔能力。經(jīng)測試，系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，反沖洗過程沖洗周期設(shè)計合理，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益，滿足實際工程應(yīng)用要求。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　【1】王文賓，李志峰.通風(fēng)管中弧形篩自動清洗裝置的設(shè)計與研制[J].煤礦機(jī)械，2016，37(3)：38-40.

　　【2】李展峰，鄒振裕.水廠濾池自動反沖洗控制系統(tǒng)[J].電氣應(yīng)用，2008(8)：61-63.

　　【3】張德友，陳道林，卓培忠.新型自動反沖洗過濾機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用[J].過濾與分離，2002(1)：21-23.

　　推薦閱讀：《機(jī)械研究與應(yīng)用》雜志曾獲甘肅省優(yōu)秀科技期刊稱號，雙月刊，是甘肅省機(jī)械行業(yè)唯一代表性的、國內(nèi)外公開發(fā)行的科技期刊。

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