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废弃牡蛎壳清洗机电气控制系统设计

更新时间:2009-03-28

0 引言

我国牡蛎年产量已超300万t[1],是国内重要养殖贝类之一。牡蛎肉美味鲜,深受大众喜爱,而牡蛎壳却没有得到充分利用,仅我国南部沿海城市废弃牡蛎壳每年可达100万t之多[2],形成的大量固体废弃物对沿海环境造成了巨大污染。研究表明,牡蛎壳结构独特,其内部分布有众多纳米级的孔状结构,且其主要成分是碳酸钙,研制成粉后将广泛应用于医学和农业等领域[3-10]。牡蛎壳表面清洗是实现废弃牡蛎壳再利用的重要前提条件,根据废弃牡蛎壳表面污物特性,广东海洋大学庞洪臣、王贵等人研制出了一种滚筒筛结合循环高压水的清洗机,该清洗机可实现对废弃牡蛎壳大批量清洗(如图1所示)。试验表明,该清洗机可对废弃牡蛎壳表面的污物进行有效去除,达到降低能耗及高效运转的目的并实现设备运行的智能化控制,根据牡蛎壳清洗机的运行特点和主要运行参数,拟采用模糊控制原理与触屏工控PC控制技术,设计一种智能化控制系统。

  

图1 废弃牡蛎壳高压水清洗机

1 清洗机电气控制原理

牡蛎清洗机电气控制硬件部分主要由主控板、驱动电机、传感器(水压传感器)、卷筒、喷水系统和PC上位机组成,电气控制原理如图2所示。清洗机工作时,旋转的滚筒筛将废弃牡蛎壳抛向空中,然后利用高压喷水系统对牡蛎壳进行清洗,以达到去除其表面污物的作用,主控板作为牡蛎清洗机的控制核心,控制着整台机器的运转,执行PC上位机发送过来的命令,同时还充当机器与PC上位机连接的纽带,主控板和PC上位机之间需要进行交互通讯实现参数的传递和处理。PC上位机做为人机交互的媒介,储存着机器运转时所需要的重要参数。

  

图2 电气控制原理图

2 下位机设计

考虑到该清洗机的最终目的是用于工业生产,实现废弃牡蛎壳的大批量清洗,所以在电路的设计方面对安全要求就更加严格,要求能够屏蔽外界的干扰信号,同时也应该将用于生产的强电和用于控制的弱电进行隔离,下位机拟采用stm32f103系列MCU进行数据的处理,并协调控制各个模块之间工作。

2.1 电源供给

为了给系统提供一个稳定的电压,电源电路采用了二阶滤波电路,输入电压是40 V,电源输入后经过开关稳压芯片,然后经过二阶滤波电路,最后经过线性稳压芯片,实现电源电源的稳定供给,电源电路设有防反接保护,如果正负极接反,该电路该将切断电流回路以实现预防短路的功能。滤波稳压过程如图3所示。

  

图3 滤波稳压过程

2.2 通讯接口

为了适应不同的工作要求,控制板提供了RS232和RS485两种通讯方式来和上位机软件进行通讯。两种接口均采用了磁隔离芯片对外界的噪声进行屏蔽,磁隔离保护与传统光耦隔离保护相比,磁隔离技术具有更加线性的传送特性、更加稳定电流传送比例、受温度、时间影响较小以及耗能小、体积小等优点。其中RS485接口并接有TVS管,有防雷的作用,进一步提高通讯的安全性。

2.3 输入输出接口

[4]Chang H L,Do K L,Mahammad A,et,al.Effects of oyster shell on soil chemical and biological properties and cabbage productivity as a limiting materials[J].Waster Management,2008,28(12):2702-2708.

第五,“美化”练习环境。练习环境的好坏直接影响学生的练习情趣和积极性。这一点往往被教师所忽视。体育后进生本身就存在着怕苦、怕累、怕动、怕脏的思想,再加之一看到杂乱的器材,布满灰虫的垫子,坑洼的跑道和沙坑,他们更能找到“软磨”的理由。因此,教师要预先设计布置好新颖、整洁的场地器材,美化操场环境,使学生一到运动场就感觉“良好”,跃跃欲试,这无疑对体育后进生是一种良性的“情景”刺激。

2.4 PID调速调压

牡蛎壳清洗机电气控制部分是一种智能化电气系统,硬件部分和软件部分相互结合,具有结构稳定、耗能小、自动程度高等特点。硬件中磁隔离技术可实现更加线性的传送特性、更加稳定电流传送比例以及受温度时间影响较小的特点。软件部分通过上位机软件和PID技术向控制板发出控制命令来控制转速和水压以实现耗能少,通过此类技术可以实现无人值守。

  

图4 实物布局框架

  

图5 模糊PID控制过程

3 上位机设计

上位机使用一台工业级计算机,具备触摸屏实时进行控制,能够适应工厂多烟尘环境下使用,而上位机软件也就是电脑上运行的监控软件,它使用C#编程,通过232通讯(兼容485通讯),向控制板发出控制命令。上位机功能设计主要包括:(1)和下位机进行通讯,方便对下位机进行控制;(2)支持无人值守,可记住使用过的参数,并根据进料的量调用清洗效果最好、最节能的相应参数,并实时对下位机进行控制;(3)界面方便操作,无过多繁琐功能,能对错误的输入进行剔除;(4)能够记录下清洗过程中的各个参数之间的变化,并产生报告,供专业人员进行分析;(5)具备学习功能,可以保存当前最佳的参数,比如转速,然后送入模糊控制算法生成规则表,自动功能可以根据进料的多少和模糊控制算法,自动调节参数。上位机的操作界面如图6所示。

参考文献:

  

图6 上位机操作界面

4 结语

为获得更好的清洗效果以及节约能量消耗,便于更好的控制水压和卷筒转速,采用模糊PID调平衡。模糊PID调平衡就是事先对系统进行大量测试,测试出各个参数之间的关系,也就是进料量和对应参数的最佳值,得到测试数据之后再把数据经过算法生成规则表,存进数据库。工作时,传感器把实时的各个参数(如进料量和水压、水射流角度等)传给处理器,处理器再把现在的参数和前面测得的值相比较,查询数据库得出所需的PID各个参数,然后再通过计算得出应该输出的控制量,比如水压、转速等,模糊PID控制过程如图5所示。

[2]李泳,张兆霞.以牡蛎壳粉做载体对维生素C和维生素E的抗氧化包合作用研究[J].云南化工,2009,36(1):18-20.

五要建立健全水资源合理配置、高效利用、有效保护的规划体系,抓紧完善相关配套法规、制度和标准,细化各项政策举措,大力推进水资源管理法制化进程。

[1]农业部渔业局.中国渔业统计年鉴[M].北京:中国农业出版社,2010.

4.社会体制改革目标。在社会体制改革方面,提出:“加快形成科学有效的社会管理体制,完善社会保障体系,健全基层公共服务和社会管理网络,建立确保社会既充满活力又和谐有序的体制机制。”[1]

[3]周森麟,葛福平,朱列伟,等.复方牡蛎补钙剂的动物实验研究[J].中国医药学报,1998,13(6):23-26.

主控板提供了多种输入输出引脚扩展,有两套通讯接口、AD转换输入接口、编码器输入接口、电机PWM脉冲输出接口以及可扩展的输入输出接口。从安全考虑,对输入均采用了隔离输入,保证主控芯片能正常工作,图4为实物布局框架。基本设计思路是:编码器输入接口是两通道的隔离型编码器测速接口,可以测量电机转速,形成半闭环控制;电机PWM脉冲输出接口是5通道的脉冲隔离输出;AD转换输入接口是16位高精度,8通道同步AD转换采样芯片,可以采集正负10 V模拟量,转换速度可达200 000次/s,这种AD芯片被广泛用于电力系统微机继电保护上;扩展的输入输出接口采用的是高速光耦进行隔离。

[5]苗艳丽,洪志鹏.利用牡蛎壳粉制备缓释氮肥的初步研究[J].广东海洋大学学报,2007,27(6):86-88.

在本节中,将提出一种利用可见水印和不可见水印的多重加密方法,能够达到对金融票据来源信息的标识和对篡改的定位检测。其结构如图2所示。

[6]Kim Y S,Choi Y M,Noh D O,et al.The effect of oyster shell powder on the extension of the shell life of tofu[J].Food Chemistry,2007(6):74-78.

[7]赵娟,王贵.钛酸酯偶联剂改性牡蛎壳微分对聚丙烯性能的影响[J].工程塑料应用,2013,41(4):85-88.

[8]张玺,楼子康.牡蛎[M].北京:科学出版社,1959.

图 12(b)为不同进口压强条件下流场中氢气质量分数分布, 其代表气态燃料在空气中的扩散程度. 观察可得, 随进口压强的增加, 表明氢气的扩散面(图 12(b)中标出)更加靠近下壁面, 氢气扩散越小, 这都是由于喷主流静压比造成的, 进口压强越大, 喷主流静压比越小, 氢气向空气中扩散的能力越弱.

[9]董晓伟,姜国良,李立德,等.牡蛎综合利用的研究进展[J].研究综述,2004,28(4):62-65.

剔除标准:(1)吉非替尼相关ILD的论著;(2)吉非替尼相关ILD文献综述;(3)科普报道、重复文献及记载不完整的病历。

[10]苗艳丽.以牡蛎壳粉—CM为载体制备阿司匹林胃漂浮片的研究[J]. 药学实践杂志,2008,26(1):264-301.

 
林沛宣,杨芳,汤明新,邱弘屿,胡欢欢
《农业装备技术》 2018年第02期
《农业装备技术》2018年第02期文献

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