石雕粉塵清理裝置研究與實現

柯澤陽 柯清龍 陳劍彬 陳捷芳 盧世偉

摘 要：隨著工業技術的發展，很多東西都得到了改變，但是石雕這個傳統行業卻沒有得到太多的改變;相比于人工雕刻，用3D打印的技術來對石雕進行雕刻顯得千篇一律，缺少一絲靈魂，所以市場上的石雕大多是由人工雕刻;人工雕刻的弊端很明顯，在雕刻的過程中，會產生大量的石粉，如果不經過處理，很容易吸入肺部，久而久之就會有一些慢性病，為了解決這個問題，設計出了一種粉塵清理裝置，旨在檢測雕刻過程中空氣含有的石粉含量，通過風機將氣體排到沉淀池，并將其環保的清理。

關鍵詞：粉塵;清理裝置;檢測粉塵含量;沉淀池

1粉塵清理裝置的設計

為了解決在人工雕刻的過程中的種種問題，本裝置的目的就是提供一種粉塵清理裝置，在雕刻過程中檢測空氣中的粉塵濃度，控制系統進行判斷，濃度過高會開啟風機將粉塵吸取到降塵裝置，最后到沉淀池進行處理[1]。經過多次市場調研，設計開發出了粉塵清理裝置，其結構主要特點：粉塵處理桌由鋼桌腳，不銹鋼桌面，兩塊玻璃擋板和一塊桌前擋板組成，桌前擋板上有水龍頭孔和上通風口，不銹鋼桌面上有引水斜坡、防水墊板和粉塵過濾網，桌前放置了排插接口和開關按鈕，粉塵處理桌面下面為粉塵處理桌的內部結構，該結構包括引水斜坡、引水斜坡、引水斜坡、防水斜坡、桌子排水口[2]。上通風口通過通風管道連接口與通風管道的連接，下通風口通過通風管道連接口與通風管道的連接;通風管道的左上端與通風管道連接，左下端與通風管道連接，右端經過粉塵過濾網和吸氣風機連接降塵裝置，降塵裝置由水霧噴頭和降成塵通道組成。桌子排水口通過排水管道連接口與排水管道連接。外設部分包含可移動臺燈、白熾燈、吸氣電機、PM2.5氣體傳感器和PID氣敏控制器，白熾燈可以為石雕工人提供一定范圍的照明，有些地方需要照明而白熾燈沒有照到，就需要用可移動臺燈進行照明，這些開啟關閉都是通過桌上的開關按鈕控制[3]。

圖一是粉塵清理裝置的結構圖。

2粉塵清理裝置系統設計

2.1系統控制流程

該粉塵處理裝置的控制系統為PID氣敏控制器，該控制器功能為：讀取PM2.5氣體傳感器采集的氣體濃度，然后將控制器將該濃度值顯示在顯示屏上，在程序中預設一個的閥值，如果超過該閥值，風機開始低功率工作，并用指示燈顯示;在工作一段時間后，該濃度還沒有降到閥值一下，則風機開始大功率工作，并用指示燈顯示;直到濃度低于閥值一段時間后，風機開始低功率工作;若粉塵濃度低于調控的范圍，則風機停止工作[4]。

2.2PID算法

PID控制器傳遞函數的一般表達形式為：

其中kp為比例增益;ki為積分增益;kd為微分增益。

調整PID參數，以滿足系統要求，從而使被控對象有更優良的動態響應和靜態響應。

比例環節：根據偏差量成比例的調節系統控制量，以此產生控制作用，減少偏差。比例系數的作用是增加系統響應的速度，比例系數越大，系統響應越快，但系統容易產生超調，比例系數過小，會影響系統調節的精度，系統響應時間變長，系統的動態響應變差。

積分環節：用于消除靜差，提高系統的無差度，積分時間常數決定著積分環節作用的強度，但是積分作用過強的話會影響系統的穩定性。

微分環節：根據偏差量的變化趨勢來調節系統控制量，在偏差信號發生較大變化之前，提早引入一個校正信號，起到加快系統動作速度，減少調節時間的作用，調節微分參數需要注意微分作用太強可能會引起系統振蕩。

一個典型工業過程通常可以等效為二階系統加上一個非線性環節（如純滯后），給出如下經典控制對象傳遞函數的一般形式：

其中模糊控制規則是模糊控制器的核心，是設計控制系統的主要內容。

一個基本模糊控制器主要有三個功能：

（1）模糊化：把精確量（如偏差e和偏差變化ec）轉化為相應的模糊量（E、EC）;

（2）模糊推理：按總結的語言規則（模糊控制規劃表）進行模糊推理;

（3）模糊判決：把推理結果（U）從模糊量轉化為可以用于實際控制的精確量（u）。

3具體操作過程

當石雕工人準備工作的時候，開啟裝置的電源，打開白熾燈和可移動臺燈的開關，將可移動臺燈調到適合的角度，在手動模式下，可以選擇低功率運行或者高功率運行，也可以切換成自動狀態;在自動狀態下，粉塵含量測試傳感器的值低于設定值則低功率運行，若高于設定值賊高功率運行，同時將濃度顯示在開關按鈕旁邊。石雕雕刻工具的水管接到到桌前擋板上的水龍頭孔里的水龍頭，需要時在開啟它[6]。

一開始對一塊石頭進行粗雕步驟，因為要根據設計進行大的粗雕，雕制過程中需要進一步把握石材的質地、色彩、裂紋等，及時調整、修正設計方案，這些工作使用的工具會照常比較大、多的粉塵，而這時候這個低功率的電機就已經不足將所有的粉塵吸走，就需要轉換成高功率的電機。

接下來對石頭進行精雕和細雕的話，是在粗雕的基礎進行總體雕刻的深入，使作品基本成型，雕刻作品的細部，使作品潤色出彩。這些步驟用的工具產生的粉塵會相對比較小，所以只需要開啟低功率的電機就可以了。

單獨的粉塵會在上通風口被吸入，經過通風管道和通風管道，再被粉塵過濾網過濾后到達降塵裝置，通過水霧降塵把粉塵降到了沉淀池;一些單獨的粉塵沒有被上通風口吸收，通過粉塵過濾網下去，在從下通風口被吸入，經過通風管道和通風管道，被粉塵過濾網過濾后到達降塵裝置，通過水霧降塵把粉塵降到了沉淀池。

當工人在雕刻的時候有時要加一些水用來幫助雕刻，使得雕刻更加順滑，那么這時就會產生水和粉塵的混合物，混合物就會通過引水斜坡從粉塵過濾網中流下去，接下來大部分通過引水斜坡2繼續往下流，少部分被吸氣風機吸引，然后被防水擋板擋住后，通過引水斜坡繼續往下流，最后通過引水斜坡和引水斜坡流到桌子排水口，通過排水管道流到沉淀池。

所有的粉塵和水的混合物最終都會流到沉淀池，粉塵主要是二氧化硅，加入一些聚合劑是粉塵進行沉淀，然后就粉塵沉淀完的水排出到特地的地方進行凈化，就消除了石雕造成的粉塵污染和水污染。

4 總結

本設計提出一種粉塵清理處理裝置，在石雕工人開始工作時，會產生一些粉塵飄散和一些水和粉塵的混合物該裝置通過吸氣風機從上通風口和下通風口將粉塵吸走，經過過濾網和降塵裝置的處理到達沉淀池，而水和混合物通過粉塵過濾網在經過多個引水斜坡到達桌子排水口，經過排水管道流入沉淀池，在沉淀池中加入聚合劑使粉塵沉淀，將沉淀完的水排出后在進行凈化，這樣就可以消除粉塵污染和水污染的問題，當粉塵含量測試傳感器超過設定值會加快吸氣電機工作效率。

參考文獻

[1]湯學成， 龔高峰， 閆汝舉，等.一種防水卷材生產線進料端粉塵處理裝置： CN210229461U[P].2020.

[2]羅貽文.直縫埋弧焊管氧化鐵及粉塵的吸附處理裝置[J].辦公自動化：辦公設備與耗材， 2005， 000（009）：P18-19.

[3]王景民， 姜孝國.連續噴霧式消塵封閉裝置處理選煤粉塵[J].煤炭加工與綜合利用， 1997， 000（001）：40-41.

[4][1]董仕宏.濕式粉塵處理裝置：， CN103566688A[P].2014.

[5]申屠新強， 廖藝嘉.一種噴淋式硅酮膠生產粉塵處理裝置： CN211025666U[P].2020.

[6]楊建鋒， 盧源明， 李丹楓，等.噴淋式煙氣粉塵處理裝置： CN209967980U[P].2020.福建省中青年教師教育科研項目（科技類），項目編號：JAT191839

作者簡介：

柯澤陽（1999），男，已發表論文4篇。

基金項目：

福建省中青年教師教育科研項目（科技類），項目編號：JAT191839