對工廠化養殖管道控制智能元件的分析與研究

姜娉婷 楊雨辰 楊鎮尚

摘要：本項目擬研制一種新型的電磁單向閥，該單向閥具有簡便實用、智能控制、可快速反應、對水產品無傷的特點。其主要的內容包括裝置中單向閥門和長形電磁鐵的結構配合設計、單向閥門的選擇、單向閥片的設計、長距離作用電磁鐵的研制、快速反應放大電路模塊部件的選擇和設計、智能控制模塊的設計、防腐蝕設計等。

關鍵詞：單向閥；無傷通過；步進式旋轉電磁鐵；遠程控制

一、項目背景及研究意義

隨著當前人力成本增加與勞動力的缺乏，工廠化養殖已經成為水產養殖業的發展趨勢[1]。在循環水養殖系統中，最重要的是要使水循環系統能根據命令快速做出反應，控制水流的單向通斷，而且不能傷害所養殖的對象。二位二通的電磁閥都是單向閥，然而，它們中的大部分反向來用可能有會出現關閉不嚴、閥桿式對方向不敏感等問題[2]。電磁閥實現單向通過的控制是通過其復雜的結構來實現的，當前已有相關產品往往存在結構復雜、價格不菲等各種缺陷。因此，市場上目前沒有簡便實用且反應快速的可以使水產品無傷通過的單向閥[3]。

二、項目內容

本項目擬解決的關鍵問題有：單向閥門和電磁鐵的結構配合設計，這是單向無傷電磁閥的核心。其次是長距離電磁鐵的選擇與設計，一般電磁鐵作用距離較短，無法直接吸引單向閥片從而控制閥門通斷，這就需要選擇出電磁鐵，通過設計其特殊結構來實現其長距離作用。擬解決的關鍵性的困難問題如下：

1）閥門的靈敏反應與迅即通斷控制。

2）滿足通過物質的無損傷要求。

三、裝置原理

（一）閥門的理論研究

執行器的核心是動力裝置，即動力裝置是閥門設計的前提[4]。通過對直動電磁閥、分步直動式電磁閥和先導式電磁閥工作原理及性能的對比與分析，選用了可編程控制任意角度的步進式旋轉電磁鐵。

（二）閥門控制模塊

1.閥門工作原理

控制部件為長形電磁鐵和步進式旋轉電磁鐵，選用了五相步進角每步進角為0.72度，力矩1 N.m，閥瓣在承受4000帕水壓的情況下能正常工作的步進式旋轉電磁鐵。

具體工作步驟如下：1）步進電機進125步（即90度）后停止；2）電磁鐵通電，緊吸住閥瓣；電磁鐵斷電；3）壓力作用下，閥瓣開啟；4）步進電機配合控制流量。在過程中通過按鈕或遙控控制，即可實現可變步數控制控制不同的流量。

2.控制模塊的分析與選擇

對于遠程遙控控制，由于閥門的工作環境的限制，我們可以通過無線App智能控制的制作，實現隨時隨地手機只能控制。我們對控制模塊進行了改造引，進WiFi模塊（WiFi模塊又名串口WiFi模塊，屬于物聯網傳輸層，功能是將串口或TTL 電平轉為符合WiFi無線網絡通信標準的嵌入式模塊，內置無線棧。傳統的硬件設備嵌入WiFi模塊可以直接利用WiFi聯入互聯網，是實現無線智能家居、M2M等物聯網應用的重要組成部分）[5]。最終實現通過wifi模塊與手機結合聯網，在手機上實現對閥門的控制。

（三）模型的組裝優化

最終我們把用PROE設計出來的閥體通過3D打印機制作出實物模型（如圖1），與步進式旋轉電磁鐵組合安裝，初步實現了遠程智能閥體的開關控制。（如圖2）

四、總結

本裝置為一種新型的電磁單向閥，該單向閥具有簡便實用、能長距離作用、可快速反應、對水產品無傷等特點。一般而言，具有閥瓣的蝶閥類型，相對于具有閥芯類型的電磁單向閥而言，其通道更為寬廣和流暢，物料通過時較為順暢而不易堵塞，本裝置的目的在于解決當前已有技術的缺陷和不足之處，設計了一種由兩組不同類型的電磁鐵控制閥瓣運動的蝶閥，具有流道寬敞，開啟、關閉迅速的特點。

參考文獻：

[1]我國海蜇產業發展分析[J].中國漁業經濟，2015（30）：108112.

[2]鄭雄勝.漁業機械化概論[M].武漢：華中科技大學出版社，2015.

[3]張顯良.中國現代漁業體系建設關鍵技術發展戰略研究[M].海洋出版社，2011.

[4]陸培文.實用閥門設計手冊[S].機械工業出版社，2012.

[5]遠坂俊昭，彭軍.測量電子電路設計[M].北京：科學出版社，2014.

作者簡介：姜娉婷（1995），女，漢族，遼寧丹東人，大連理工大學盤錦校區海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業在讀本科生；楊雨辰（1996），女，回族，天津人，大連理工大學盤錦校區海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業在讀本科生；楊鎮尚（1995），男，漢族，福建漳州人，大連理工大學盤錦校區海洋科學與技術學院2014級海洋技術專業在讀本科生。