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净水过滤反冲洗控制系统的设计

所属分类:电子论文 阅读次 时间:2018-12-04 09:54

本文摘要:这篇机械工程师论文发表了净水过滤反冲洗控制系统的设计,机械清洗装置由定位滑台、高压水枪、潜水泵、水管相連接组成。采用滚珠丝杠及联轴器作为传动机构,传动效率高,定位准确,具有很小的摩擦阻力,解决了过滤中弧形筛堵塞问题,可提高工业化水产养殖的

  这篇机械工程师论文发表了净水过滤反冲洗控制系统的设计,机械清洗装置由定位滑台、高压水枪、潜水泵、水管相連接组成。采用滚珠丝杠及联轴器作为传动机构,传动效率高,定位准确,具有很小的摩擦阻力,解决了过滤中弧形筛堵塞问题,可提高工业化水产养殖的经济效益。

  关键词:机械工程师论文,控制系统设计

机械工程师论文

  1 引言

  弧形筛作为工业化水产养殖中水净化的必备装置,工作时易被残饵、微生物等污染物堵塞,导致水循环效率降低。目前解决办法是更换弧形筛或将弧形筛从水下净化装置中取出,人工进行清洗作业,这种清洗方法工作烦琐、清洗成本高、自动化程度低[1]。并且,若弧形筛更换或清理不及时,水体环境发生异常,将对鱼类生命安全产生威胁,造成较大经济损失。为保证弧形筛的正常工作,需要对其定时冲洗,由于冲洗介质的流向与过滤方向相反,因此把该冲洗过程称为反冲洗[2]。本文设计一个可进行自动过滤反冲洗系统,可以提高水体自净能力和水循环效率。

  2 养殖鱼塘水循环过程

  在多层循环式养殖鱼塘中,清水从进水管流入鱼塘,再由出水管流出,然后经弧形筛滤除杂质后被回收利用,污物则进入集污池后经排污口排出。在此过滤过程中,水体杂质逐渐堆积,附着在弧形筛表面,引起弧形筛内外腔压差升高,过滤阻力加大[3],养殖池内水循环速度逐渐变慢,弧形筛堵塞到一定程度时,将开始反冲洗过程,对弧形筛进行清洗。弧形筛在鱼塘系统中的位置如图1所示。

  3 反冲洗控制系统设计

  为实现弧形筛自动反冲洗的功能,采用STC89C51单片机对执行机构进行控制,且接触器、限位开关作为自动控制元件,也对执行机构控制,执行机构通过连接机械传动装置和清洗装置,完成清洗。按键作为人机交互接口,可控制直流无刷电机转向、转速,液晶屏用于显示直流无刷电机运行状态。

  3.1 机械清洗装置的组成

  滚珠丝杠上安装有定位滑台和高压水枪,在丝杠的两端分别放置限位开关A和B。限位开关作为自动控制元件,可以确定水枪的位置,从而通过控制直流无刷电机转向,使得高压水枪在滑台上做往复运动来进行对纱网的冲洗,使纱网上残留的固体污物冲到集污池里。机械装置行程控制原理如图2所示。

  在弧形筛左侧安装一个水管,水管对着弧形筛纱网的方向开一排口来安装水枪喷头,其冲水方向与过水筛孔垂直,可定时形成往复冲洗,并可根据需要调节冲洗频次。高压水枪通过水管可连接到潜水泵。

  3.2 反冲洗过程原理与特点

  当弧形筛需要清洗时,先由按键1设定反冲洗时间输入到单片机中,再按下按键2开始反冲洗过程,按键2的动作信号传给单片机时,单片机控制直流无刷电动机起动,丝杠进行传动,带动滑台和高压水枪运动,同时打开潜水泵,潜水泵通过水管将清水输送到高压水枪, 高压水枪喷出高强度水流对弧形筛进行清洗。

  为增强冲洗清洁程度,清洗装置需进行往返运动对弧形筛进行反复清洗,因此采用两个限位开关确定及限定水枪、滑台的位置,当水枪、滑台运动到限位开关A处,在水枪及滑台上放置的限位压片撞击限位开关,开关A闭合,该动作信号传给单片机,由单片机发送脉冲信号控制电机反转。同理,当水枪及滑台运动到限位开关B处,在水枪及滑台上放置的限位压片撞击限位开关,开关B闭合,电机开始正转,如此反复,由限位开关对水枪进行的往复运动实现行程控制,直至达到单片机设定的反冲洗时间,反冲洗过程结束。冲洗过程一旦开始,液晶屏可显示直流无刷电机运行状态,包括转向和转速,当冲洗结束时,液晶屏显示关闭。

  3.3 直流无刷电机驱动设计

  为保证对弧形筛进行反冲洗的清洁能力,本系统应选择较高扬程潜水泵和大功率直流无刷电机。直流电机作为执行机构,需要动力来驱动其运转,因此在单片机和直流电机之间必须有驱动模块进行驱动。电机驱动芯片选择BL04,负责将单片机发给步进电机的信号功率放大,从而驱动电机工作。

  4 软件设计

  基于Keil C51开发环境,采用模块化思想进行设计,包括系统初始化和定时中断、按键扫描处理、液晶显示、直流电机控制程序。

  软件设计流程如下:

  首先单片机判断是否有按键按下,若是则单片机发送指令启动直流无刷电机,同时启动潜水泵,直流无刷电机带动水枪运动,水枪朝向弧形筛喷水。根据限位开关动作原理,实现机械装置的往复运动控制,直至达到设定时间,直流无刷电机停止,完成反冲洗过程。

  5 结语

  本系统选择负载高压水枪约2kg,潜水泵功率2.2~4kw、流量12~23L,直流电机57BL015,其参数为电压24V、电流3A,电机驱动BL04,满足大功率驱动要求。将电气自动控制元件与机械装置结合起来运用,实现了机电一体化,能有效提高弧形筛的清洁能力。经测试,系统协调运转,反冲洗过程冲洗周期设计合理,有利于提高经济效益,满足实际工程应用要求。

  【参考文献】

  【1】王文宾,李志峰.通风管中弧形筛自动清洗装置的设计与研制[J].煤矿机械,2016,37(3):38-40.

  【2】李展峰,邹振裕.水厂滤池自动反冲洗控制系统[J].电气应用,2008(8):61-63.

  【3】张德友,陈道林,卓培忠.新型自动反冲洗过滤机的开发与应用[J].过滤与分离,2002(1):21-23.

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