净水过滤反冲洗控制系统的设计

　　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

　　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.

　　推荐阅读：《机械研究与应用》杂志曾获甘肃省优秀科技期刊称号，双月刊，是甘肃省机械行业唯一代表性的、国内外公开发行的科技期刊。

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/dzlw/17951.html