摘要：隨著城市的迅速發(fā)展，建筑工地迅速增多，污染了城市環(huán)境，尤其是對周邊居民生活環(huán)境帶來極大影響。針對城市施工工地灑水除塵作業(yè)，我們設(shè)計并開發(fā)一套具備智能化、高效性、實時性等特點的噴灑除塵裝置。它能大大提高工地附近的除塵效率，控制除塵成本，實現(xiàn)無人化管理，為城市生態(tài)提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：城市化；施工工地；自動化；除塵；

引言：

隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣與公共設(shè)施向自動化的趨勢發(fā)展，在環(huán)境保護(hù)中必定免不了實現(xiàn)全自動化。近年來空氣污染日益嚴(yán)重，揚塵污染成了萬眾關(guān)注的熱詞。而該套裝置不僅可以應(yīng)用到施工工地上，同時也可以推廣到高架橋中。同時，《中國制造2025》中指出要大力發(fā)展應(yīng)用電子和工業(yè)軟件，鼓勵智能終端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，增強信息產(chǎn)品供給能力，推動信息化與工業(yè)化深度融合。而該套裝置順應(yīng)了自動化的趨勢，達(dá)到自動高效抑塵的目的，符合《中國制造2025》指導(dǎo)思想中的綠色發(fā)展，更是符合當(dāng)今環(huán)保節(jié)約型社會的發(fā)展趨勢。

該裝置由灰塵檢測系統(tǒng)、控制中樞系統(tǒng)、傳輸信號系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)等部分組成。通過PM10灰塵檢測器測出灰塵濃度，由信號傳輸系統(tǒng)將信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將模擬信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號處理系統(tǒng)將會對信號進(jìn)行處理根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的區(qū)間控制閥門開度，控制出水量，噴頭會噴出不同水量達(dá)到實時除塵的效果，閥門與噴頭采取一對多的關(guān)系達(dá)到高效且節(jié)能的效果。

通過我們對鄭州環(huán)衛(wèi)單位的調(diào)研了解到目前工地除塵采用的都是灑水車除塵，三班制作業(yè)，灑水量由人工控制，具體數(shù)值是固定的，每年水費不容小覷，通過調(diào)研和資料查詢對我們裝置做出進(jìn)一步改進(jìn)與優(yōu)化。根據(jù)查閱的《大氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定和實驗中液晶顯示屏顯示的灰塵濃度和開度的曲線圖對信號處理系統(tǒng)設(shè)定了相應(yīng)的區(qū)間，當(dāng)灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時開始打開閥門，隨著灰塵濃度增加閥門開度漸漸增大，當(dāng)達(dá)到300μg/m3時閥門開度最大為1，水量達(dá)到最大，

一、裝置組成

1.pm10灰塵傳感器

本裝置目的為檢測某一點的灰塵濃度，并作為設(shè)定區(qū)域內(nèi)的灰塵濃度進(jìn)行除塵，PM10灰塵傳感器檢測灰塵的濃度范圍是0-1500μg/m3，可以直接設(shè)置在橋面等灰塵遍布的點，進(jìn)行實時監(jiān)測。

2.單片機(jī)及顯示屏

此部分裝置主要是將PM10灰塵傳感器得到的灰塵濃度數(shù)據(jù)通過計算得到水流量的變化數(shù)據(jù)，并通過電信號實時控制閥門開合比例，進(jìn)行水流量的控制。并且考慮到檢測設(shè)備運行情況的便利，設(shè)置了實時顯示灰塵濃度的顯示屏。

3.電動比例閥門

此電控閥門可以控制閥門開度的大小，從而控制水流量的大小。通過單片機(jī)輸出的電信號，可以做到實時控制閥門開度，達(dá)到實時控制水流量除塵的效果。

二、數(shù)據(jù)分析

試驗內(nèi)容：在實驗室模擬灰塵環(huán)境，通過PM10灰塵傳感器測量灰塵濃度，由信號傳輸系統(tǒng)將信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將模擬信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號處理系統(tǒng)將會對信號進(jìn)行處理根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的區(qū)間控制閥門開度（設(shè)置灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時閥門開啟，Kmin=15；當(dāng)灰塵濃度達(dá)到300μg/m3時閥門開度達(dá)到最大Kmin=30）控制出水量，噴頭會噴出不同水量達(dá)到實時除塵的效果，我們小組經(jīng)過多次實驗最終得出若干試驗數(shù)據(jù)具體如下：

由實驗測得的數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論：從灰塵濃度由最小到最大的變化過程中用水量成對稱變化。分析單個濃度減小過程，灰塵濃度整體呈現(xiàn)下降趨勢，但是在閥門開度剛剛減小的微時段，用水量會呈現(xiàn)上升的過程。這是因為在閥門開度剛開始減小時，管內(nèi)的水壓瞬間增大，流速增大，單位時段內(nèi)的流量會增加，具體表現(xiàn)在圖中會有水量上升過程。在開度逐漸減小一段時間過后，管內(nèi)的水壓會逐漸趨于穩(wěn)定，出水量會明顯減小，達(dá)到實驗?zāi)康摹?/p>

裝置特征數(shù)據(jù)：

1、PM2.5量程：0---1000μg/m3，分辨率：1μg/m3，準(zhǔn)確度：±10%

2、PM10量程：0----2mg/m3，分辨率：1μg/m3，準(zhǔn)確度：±10%

3、閥門電壓：0---10V，電流：4---20mA、4、變壓器功率：5VA、220V轉(zhuǎn)24V、學(xué)生電源、220V電源、電磁閥門、單片機(jī)

4、水壓力0.14MPa以上、三通接頭、4分水管、4分霧化噴頭若干

5、當(dāng)灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時閥門開啟，除塵系統(tǒng)開始工作，當(dāng)灰塵濃度達(dá)到300μg/m3時閥門開度最大，除塵系統(tǒng)達(dá)到最大除塵功率。

6、PM10灰塵傳感器可控范圍：10米 以10米為一個控制分段，每個控制分段內(nèi)布置5個霧化噴頭。

三、數(shù)據(jù)處理：

假設(shè)水壓穩(wěn)定在保證單個霧化噴頭出水流量為。每個控制分段內(nèi)出水流量為40ml/s。

單位小時用水量：V=Q*T=40ml/s*3600s=144000ml=0.144m3

水頭損失：

注：每個噴頭從左到右依次編號：1、2、3、4、5

水頭損失計算：查相關(guān)數(shù)據(jù)可知：管道粗糙系數(shù)：n=0.01m，4分管直徑：d=0.0125m

斷面平均流速：

沿程水頭損失：

沿程阻力系數(shù)：

謝才系數(shù)：

水力半徑：

濕周：

局部水頭損失： ，（如上圖從左到右依次 ）

總水頭損失：

根據(jù)數(shù)據(jù)可得：每單位控制分段布置一個1m3的水箱即可滿足除塵要求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]艾緣緣.丁繼業(yè).多功能自動灑水車的設(shè)計，第十屆河南省汽車工程技術(shù)研討會，2013年

[3]李剛.高效水霧降塵技術(shù)的實驗研究及工程應(yīng)用[D]，湖南科技大學(xué)，2009

作者簡介：

楊旭，（1996.7.4-），男，漢族，安徽省淮南市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：水利水電工程.endprint