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免费网络电话在线拨打,济南seo网站建设,网站 用什么数据库,西安seo外包公司除尘系统设计 摘 要#xff1a;作为一种高效气固分离设备#xff0c;旋风除尘器在工业除尘系统中的应用非常广泛#xff0c;而随着环保要求越来越严格#xff0c;提高除尘设备效率#xff0c;降低能耗#xff0c;降低运行阻力成为研究的重点#xff0c;利用含尘气流在设…除尘系统设计摘 要作为一种高效气固分离设备旋风除尘器在工业除尘系统中的应用非常广泛而随着环保要求越来越严格提高除尘设备效率降低能耗降低运行阻力成为研究的重点利用含尘气流在设备内部形成旋转运动借助离心力分离粉尘颗粒并沉降到灰斗内是旋风除尘器的工作原理。本课题对旋风除尘器的控制系统进行了深入的研究旨在提高除尘系统的整体性能满足环保要求优化设计能显著提高除尘效率减少压力损失。本课题主要围绕旋风除尘器的控制系统进行研究通过系统需求分析和s7-200仿真演示提高除尘效率减少压损。在控制系统方面采用传感器对气流参数进行实时监测并结合自动调节系统实现风速优化和压力控制提高设备稳定性和智能化水平构建实验平台对不同工况下的除尘效果进行测试和分析以实验数据对模型进行修正和优化使系统更符合工业应用需求从而达到验证系统实际性能的目的。该除尘系统通过对除尘系统进行功能测试达到了预期设计目标实现了粉尘的高效分离气流速度的稳定控制压力损失的降低。实验结果显示优化后的旋风除尘器在不同工况下都能保持较高的除尘效率同时控制系统的智能调节功能有效提升了设备运行稳定性未来将结合人工智能技术进一步研究多级除尘结构的优化设计提升系统适应调节能力以满足更广泛的行业需求。关键词旋风除尘器优化气流智能操控s7-200仿真模拟。Dust removal system designAbstract : The cyclone dust collector is an efficient gas-solid separation device widely used in industrial dust removal systems. With increasingly stringent environmental regulations, improving the efficiency of dust removal equipment, reducing energy consumption, and minimizing operational resistance have become key research areas. The working principle of a cyclone dust collector involves utilizing the rotational motion of dust-laden airflow inside the device, where centrifugal force separates dust particles and deposits them into the dust hopper. Its performance is influenced by structural parameters, airflow characteristics, and control methods. Optimized design can significantly enhance dust removal efficiency and reduce pressure loss. To further improve the system’s performance, this study conducts an in-depth analysis of the mechanical structure and control system of the cyclone dust collector, aiming to enhance overall dust removal efficiency while meeting environmental requirements.This study focuses on the mechanical structure and control system of the cyclone dust collector. Through theoretical analysis and simulation, key structural parameters such as inlet size and exhaust pipe diameter were optimized to improve dust removal efficiency and reduce pressure loss. In terms of the control system, sensors were employed to monitor airflow parameters in real-time, and an automatic adjustment system was integrated to optimize wind speed and pressure control, thereby improving the stability and intelligence of the equipment. To verify the actual performance of the system, an experimental platform was established to test and analyze the dust removal effect under different working conditions. The experimental data were used to refine the optimization model.Through functional testing of the dust removal system, the system achieved efficient dust separation, stable airflow control, and reduced pressure loss, meeting the expected design objectives. The experimental results demonstrated that the optimized cyclone dust collector maintained high dust removal efficiency under various working conditions, while the intelligent regulation function of the control system effectively improved operational stability. Future research will focus on optimizing multi-stage dust removal structures and integrating artificial intelligence technology to enhance the system’s adaptive regulation capabilities, meeting a wider range of industrial demands.Keywords: Cyclone dust collector; Airflow optimization; Intelligent control; s7-200 simulation.目 录1 绪论 71.1 课题研究的背景及其意义 71.1.1 课题研究背景 71.1.2 课题研究意义 71.2 国内外研究现状 81.2.1 国内研究现状 81.2.2 国外研究现状 91.3 课题主要研究内容 102 系统需求 112.1 行业需求分析 112.2 功能需求分析 112.3 性能需求分析 123 除尘控制系统总体设计 143.1 系统需求分析 143.2 PLC的选型与配置方案 143.3 控制系统整体方案设计 143.3.1 控制系统架构 143.3.2 程序设计思路与流程 164 除尘系统子程序流程图设计 184.1 粉尘检测子程序 184.2 液晶显示子程序 194.3 按键服务子程序 204.4 本章小结 215 仿真及调试 225.1 仿真软件介绍 225.2 软件调试 235.3 本章小结 246 结论与展望 256.1 结论 256.2 展望 25附录 291 绪论1.1课题研究的背景及其意义1.1.1课题研究背景工业化进程的加快促进了各类生产制造行业的发展但随之而来的粉尘污染问题也越来越严重如果不加以有效处理大量的粉尘颗粒会对大气环境和人体健康造成严重影响如冶金、化工、水泥、矿山、电力等行业在生产过程中都会产生粉尘颗粒[1]。粉尘浓度过高还可能引发爆炸事故威胁生产安全如何高效稳定地清除空气中的粉尘颗粒降低环境污染和职业健康风险长期接触高浓度粉尘环境将会增加工人患尘肺病、慢性支气管炎等呼吸系统疾病的风险[2]。由于结构简单、运行稳定、维护成本低等优点传统除尘设备种类繁多有布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器等在工业生产中得到广泛应用。其工作原理主要是依靠含尘气流在设备内部形成旋转运动通过设备几何结构、气流速度、微粒直径、运行参数等多种因素将粉尘颗粒从气流中分离并通过离心力收集而成。过高的进风速度可能会引起二次扬尘降低除尘效率而过低的进风速度可能会影响粉尘的沉降效果如何降低设备的压损提高能效同时又能保证除尘效率高这也是目前研究的重点之一 [3] 。智能制造及自动化技术发展迅速传统除尘系统逐步向智能化、数字化演进利用传感器及智能控制技术可通过自动调节对系统内部气流参数、粉尘浓度、运行状态等进行实时监测对除尘效果进行优化。本课题将以上述背景为基础围绕除尘系统的优化设计和智能化控制以提高工业除尘设备的整体性能满足环保和安全生产的需要通过这种智能化的控制方式不仅可以提高除尘设备的稳定性还可以有效降低能耗实现高效、绿色的工业除尘。[4]1.1.2课题研究意义该课题的研究对于大气污染的主要来源之一工业粉尘、排放过多会导致空气质量下降进而影响生态环境和人体健康、能够减少粉尘排放、改善空气质量、减少污染物对生态环境的影响等都具有十分重要的环保意义。该课题的研究不仅能为企业的可持续发展提供技术支持还能促进绿色制造和清洁生产的发展为生态环境保护贡献力量特别是在国家对碳达峰、碳中和目标的推动下企业需要采用更环保、更高效的除尘技术来满足日益严格的排放标准。高浓度的粉尘环境不仅对劳动者的身体健康造成影响而且使机器设备磨损加快、维护费用增加、设备损耗增加、除尘系统的优化可以使设备寿命延长、企业维护费用降低、生产效率提高。通过高效除尘系统回收粉尘降低原料浪费提高资源利用率引进智能控制技术还能优化能耗减少除尘系统运行时的电力损耗从而降低企业运行成本提高经济效益某些粉尘颗粒本身就具有回收利用的价值如水泥粉尘、金属粉尘等。粉尘爆炸遇明火或静电放电易引发爆炸事故粉尘爆炸是工业生产中常见的安全隐患特别是在粉尘浓度达到一定水平的煤矿、面粉加工、木材加工等行业。高效除尘系统可有效控制空气中粉尘浓度降低粉尘爆炸风险提高生产安全性智能监控控制系统可在浓度接近危险值时对粉尘浓度进行实时检测、及时报警或对设备运行参数进行自动调节避免安全事故的发生为企业提供更加安全的生产环境。本课题的研究还能促进智能制造和工业自动化的发展传统除尘设备通常依赖固定参数运行无法根据实际工况进行调整导致运行效率受到限制智能控制系统的引入可实现动态优化调节使除尘设备能够根据气流变化、粉尘浓度等因素自动调整运行参数提高设备的适应性和智能化水平因此除尘设备的运行效率和运行效率结合大数据分析和人工智能算法还能为智能制造的发展提供技术支持使除尘系统的运行策略得到进一步优化故障预测能力得到提高设备故障率得到降低。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状随着国家对环保要求的提高工业企业对粉尘治理的重视程度不断提高除尘设备的技术水平也逐步提高工业除尘系统在我国的应用日益广泛尤其是在钢铁、化工、电力、水泥、矿山等行业粉尘污染问题较为严重。工业生产中普遍采用旋风除尘器、布袋除尘器、电除尘器等设备由于结构简单、维护成本低、适用范围广在部分粉尘颗粒较大的工况下旋风除尘器仍占据着重要的位置但由于颗粒粒径的原因其除尘效率受到了很大的影响。布袋除尘器具有较高的除尘效率适用于微尘的收集在水泥、冶金等行业应用较多电除尘器依靠高压静电吸附粉尘适用于烟气处理广泛应用于燃煤电厂等领域虽然目前国内除尘设备种类较为齐全但在智能化控制、节能优化、运行稳定性等方面仍有改进空间但由于布袋除尘器具有良好的除尘效率目前研究的重点方向是一些企业仍采用传统除尘技术导致企业能耗更高、维护成本更高从而使除尘系统自动化、智能化程度更高使之与复杂工况相适应除尘效率更高。张启明等人对旋风除尘器结构优化问题进行了研究认为锥角适当加大能有效降低二次扬尘提高除尘效率。针对布袋除尘器的研究李春峰等人针对不同滤料对除尘效率的影响进行了分析提出了在进气口增加导流叶片使气流更均匀减少湍流提高粉尘沉降效果的改进型旋风除尘器结构发现与传统滤料相比纳米纤维滤料的过滤效果更好耐用性更强能有效降低滤袋阻力。系统稳定性将得到提升。在电除尘技术上许建国等通过采用双极放电技术优化电极结构提高捕集超细颗粒物能力显著提高了PM2.5的去除率。孙志浩等人通过实时监测粉尘浓度和气流速度动态调整风机功率实现能耗优化和高效除尘研究了基于模糊控制的智能除尘系统开发了基于物联网的远程监控系统实现了远程监控和智能调控除尘设备运行状态提高了设备运行效率和维护便捷性。陈广瑞等人提出除尘系统优化算法以机器学习为基础对设备的运行状态进行大数据分析和预测对可能发生的故障进行提前预警使设备故障率降低维护费用降低。这些研究表明在未来除尘技术发展的重要趋势中智能控制技术在提高除尘效率、降低能耗、增强设备稳定性等方面扮演着重要角色。国内除尘系统研究涉及结构优化、滤料改进、电除尘技术升级、智能控制系统应用等多个方向虽然目前研究取得了较多进展但仍存在复杂工况下除尘设备的适应性、智能调控系统的稳定性、节能优化策略的进一步完善等方面的挑战国内除尘系统研究涉及结构优化、滤料改进、电除尘技术升级、智能控制系统应用等多个方向。未来研究可进一步结合人工智能、大数据分析、物联网等技术提升除尘系统自动化水平推动中国工业除尘技术朝着更高效、更环保、更智能的方向发展目前我国除尘系统的自动化水平正在不断提升。1.2.2国外研究现状从国际范围来看工业除尘技术的研究和应用已经发展得比较成熟欧美国家对工业排放标准要求比较严格企业在粉尘治理方面也投入了大量的资金致力于除尘设备的性能和智能化水平的提升欧美国家对除尘设备的排放标准要求也是非常高的。日本在半导体、精密制造等行业对粉尘控制要求极高的美国和德国制造业广泛采用高效布袋除尘器和电除尘器并结合智能控制系统在降低能耗的同时提高除尘效率开发出超微粒过滤技术使纳米级粉尘捕集能力显著提升。为了减少碳排放实现绿色环保的粉尘治理方案欧洲多个国家都在研究如何使用可再生能源来驱动除尘设备。国外研究机构和企业随着工业4.0和智能制造的发展为了优化除尘系统的运行状态提高设备的稳定性和自动化程度逐步引入人工智能、物联网和大数据分析等技术。Andersson对旋风除尘器内部气流的湍流特性进行了研究结果发现可调节的导流装置加入进风孔能有效降低湍流提高除尘效率。Martínez提出新型双级旋风除尘器设计可有效捕捉较小的粉尘粒子增强整体过滤效果减少压损减少约15%的能耗。在布袋除尘器的研究方面亨得森开发出了一种纳米纤维复合滤料在有效延长滤袋使用寿命的同时其透气性更高阻力更低。基木拉研究了不同电极间距对超细颗粒物捕捉效率的影响提出了PM2.5去除率提高20%的自适应电场强度调节方法。Schneider提出了一种新的等离子辅助电除尘技术利用等离子产生的高能电子促进粉尘颗粒荷电在降低设备能耗的同时提高了粉尘在电场中的沉降率从而使该技术在高温和高湿环境下仍能保持除尘性能的稳定同时也使粉尘颗粒荷电得到了提高。应用前景广阔的火电厂和钢铁冶炼板块。综合来看国外不仅在设备结构优化、新材料开发等方面有所突破而且在智能化控制、能耗优化等方面积累了丰富的经验除尘系统的研究和应用也取得了长足的进步。未来的发展方向主要围绕进一步提升除尘系统智能化水平、优化能耗管理、为满足日益严格的工业生产扬尘治理要求探索更加环保的除尘技术等方面展开。1.3课题主要研究内容本课题研究了以某机件加工车间为研究对象的除尘系统通过设计集气罩、通风管道、选用风机等方式根据对象车间的实际情况合理设计目标车间的除尘系统如污染源尺寸、车间面积、污染物扩散速度等条件从而达到绿色生产的要求以PLC为主控在车间粉尘含量超过设定阈值的情况下结合粉尘感应器及通风风扇驱动模块自动开启通风风扇从而达到除尘控制系统的目的。本课题研究了以某机件加工车间为研究对象的除尘系统根据对象车间的实际情况合理设计目标车间的除尘系统如污染源尺寸、车间面积、污染物扩散速度等条件从而达到绿色生产的要求以PLC为主控在车间粉尘含量超过设定阈值的情况下结合粉尘感应器及通风风扇驱动模块自动开启通风风扇从而达到设计除尘控制系统的目的。2 系统需求2.1行业需求分析在现代工业生产体系中不同行业因生产工艺与加工材料的差异对除尘系统的需求呈现出显著的多样化特征。以机械加工行业为例金属切削、打磨等工序会产生金属粉尘这类粉尘不仅会加速机械设备的磨损缩短设备使用寿命还可能在空气中积累形成粉尘云一旦遇到明火或静电极易引发爆炸事故。同时长期暴露在金属粉尘环境中的工人面临着尘肺病等职业健康风险 。因此机械加工车间的除尘系统需具备高效捕捉金属颗粒的能力并且能够适应车间内频繁启停设备导致的气流波动工况。化工行业的粉尘治理需求则更为复杂。化工生产过程中产生的粉尘除了具有一般粉尘的污染特性外部分还可能具有毒性、腐蚀性或易燃易爆性。例如在农药生产车间农药粉尘可能含有有害化学成分一旦扩散到空气中不仅会污染环境还会对操作人员的身体健康造成严重危害在煤化工领域煤尘的爆炸危险性更是不容忽视。所以化工行业的除尘系统不仅要实现高效除尘还需满足防爆、防腐蚀、防泄漏等特殊安全要求并且要能够对不同化学性质的粉尘进行针对性处理。水泥生产行业同样面临严峻的粉尘污染问题。水泥生产从原料破碎、粉磨到成品包装等多个环节都会产生大量粉尘这些粉尘粒径分布广且具有一定的粘附性容易在除尘设备内部堆积影响设备正常运行。此外水泥生产通常是连续化、大规模的作业模式要求除尘系统具备高可靠性和长周期稳定运行的能力以保障生产的连续性同时还要满足日益严格的环保排放标准将粉尘排放浓度控制在较低水平。2.2功能需求分析为实现对车间粉尘浓度的有效控制除尘系统必须具备精准的检测功能。粉尘检测模块需采用高精度的粉尘传感器能够快速、准确地实时监测车间内不同区域的粉尘浓度。以 GP2Y1010AU 粉尘传感器为例它可以将检测到的粉尘浓度转换为与之成正比的模拟电压信号通过与 PLC 主控模块的 ADC 模块配合将模拟信号转换为数字信号实现对粉尘浓度的量化监测。同时系统应具备自动校准功能定期对传感器进行零点和量程校准以消除因传感器漂移、环境因素变化等导致的测量误差确保检测数据的准确性和可靠性为后续的控制决策提供可靠依据 。智能控制是本除尘系统的核心功能之一。以 S7 - 200 PLC 为主控单元系统能够根据粉尘检测模块反馈的实时数据结合预先设定的粉尘浓度阈值自动判断是否需要启动除尘设备。当粉尘浓度超过阈值时PLC 会立即发出指令启动除尘风扇调节风扇转速以适应不同的粉尘浓度情况实现高效除尘当粉尘浓度降至安全范围后PLC 自动控制风扇停止运行达到节能目的。此外系统还应具备自适应调节能力能够根据车间内生产设备的启停、人员流动等工况变化自动调整除尘策略如在设备集中运行、粉尘产生量较大时提高除尘设备的运行功率和效率确保车间空气质量始终处于良好状态。良好的人机交互功能能够提升系统的易用性和可操作性。按键模块为用户提供了便捷的手动操作界面用户可以通过按键轻松设置粉尘浓度阈值、选择风扇工作模式如手动模式、自动模式等系统工作参数。同时液晶显示模块以直观的图形或文字形式实时显示当前粉尘浓度、风扇运行状态、系统报警信息以及各项设置参数等内容使用户能够清晰了解除尘系统的运行情况。此外系统还可配备触摸屏为高级人机交互界面提供更丰富的操作选项和更友好的操作体验方便用户进行系统配置、运行状态监控和故障诊断等操作 。报警功能是保障车间生产安全和人员健康的重要环节。当粉尘浓度超过设定阈值时蜂鸣器报警模块立即发出声光报警信号及时提醒车间工作人员采取相应措施如加强通风、检查设备密封情况等防止粉尘污染进一步加剧。同时报警信息会在液晶显示屏上突出显示详细记录报警发生的时间、位置和原因等信息便于工作人员快速定位问题并进行处理。此外系统还可通过无线网络将报警信息实时发送至管理人员的手机或监控中心确保管理人员能够及时掌握车间内的异常情况做出快速响应 。2.3性能需求分析除尘效率是衡量除尘系统性能的关键指标。根据不同行业的环保要求和生产需求本除尘系统需确保在正常工况下对不同粒径粉尘的除尘效率达到较高水平。对于粒径较大的粉尘颗粒如大于 10μm除尘效率应不低于 95%对于粒径较小的细微粉尘如 PM2.5除尘效率也需达到 85% 以上使车间内粉尘排放浓度符合国家和地方相关环保标准有效改善车间空气质量保护工人身体健康和生态环境。系统的运行稳定性直接影响工业生产的连续性和可靠性。除尘系统的硬件设备需选用质量可靠、性能稳定的产品如 PLC 主控模块应具备较强的抗干扰能力和环境适应能力能够在高温、潮湿、电磁干扰等复杂工业环境下稳定运行粉尘传感器应具有良好的耐久性和稳定性减少因传感器故障导致的检测数据不准确或系统误动作。在软件设计方面采用模块化、结构化的编程方法提高程序的可读性和可维护性同时加入故障诊断和自恢复功能当系统出现异常时能够自动检测故障点并采取相应的恢复措施确保系统在最短时间内恢复正常运行 。在满足除尘效果的前提下降低系统能耗对于企业降低生产成本、实现绿色发展具有重要意义。通过优化系统设计如合理选择风机型号和功率、采用变频调速技术调节风扇转速使除尘设备能够根据实际粉尘浓度需求运行避免能源浪费。同时在智能控制算法中融入节能策略例如在粉尘浓度较低时自动降低风扇转速或进入间歇运行模式在保证除尘效果的同时有效降低系统的能耗。预计本除尘系统在正常运行情况下相比传统除尘系统能耗可降低 20% - 30% 。2.4旋风除尘器的工作原理及分析2.5除尘控制系统总体设计2.6硬件的选型与配置方案PLC型号和品牌选择S7 - 200 是西门子公司推出的一款可编程逻辑控制器在自动化控制领域应用广泛。我们选取s7-200 smart PLC作为我们本课题的主控。配置方案1、硬件配置电机与动力系统电压220V功率0.75KW。继电器SR1ML-D24。传感器粉尘浓度传感器用于实时检测粉尘浓度。风管系统采用镀锌钢板或高分子复合材料制成的管道通过科学计算的管径与走向设计确保含尘气流以最佳流速定向输送‌。PLC主机选择西门子S7-200 SMART。2、软件配置编程软件S7-200仿真软件。2.7控制系统整体方案设计2.7.1控制系统架构根据设计需求除尘系统的系统结构框图如3.1所示系统主要的模块包括主控模块粉尘检测模块按键模块液晶显示模块蜂鸣器报警模块除尘风扇控制模块以及电源模块。图3.1 除尘系统结构框图(1) PLC主控模块整个除尘系统的核心控制单元——PLC主控模块负责接收各模块发出的信号按照预先设定好的程序进行逻辑操作和决策它控制除尘风扇的启停实时监控系统状态并根据粉尘传感器检测到的粉尘浓度信息协调各模块之间的工作从而保证整个除尘系统的运行通畅。(2) 粉尘检测模块粉尘探测模块通过传感器对车间粉尘浓度进行实时监控并向PLC主控模块传输探测到的数值。该模块可根据设定的阈值精确识别空气中的粉尘微粒并判断是否需要启动除尘风扇从而确保车间空气质量得到有效控制从而为系统提供必要的反馈信息。(3) 按键模块按键模块为用户提供手动操作界面允许用户对粉尘浓度阈值、风扇工作方式等系统的工作参数进行设置和调整。使用者可透过按键操作将自动除尘功能启用或禁用。(4) 液晶显示模块LCD显示屏模块用于显示当前粉尘浓度、风扇状态、系统报警信息等除尘系统的实时工作状态用户可以通过LCD对车间空气质量状况进行直观的了解便于调节和维护系统。(5) 蜂鸣器报警模块当粉尘浓度超过设定阈值时蜂鸣器报警模块就会发出警报以避免空气质量变差提醒使用者及时采取应对措施。(6) 除尘风扇控制模块根据PLC主控模块的指令控制风扇开关操作的除尘风扇控制模块在粉尘浓度超标的情况下启动风扇净化空气将风扇关闭待粉尘浓度降到安全范围。2.7.2程序设计思路与流程根据本设计需求需要具备灰尘量测量、压力测量、控制开关阀门三个功能。除此之外我们还需要一个设置一个急停复位按钮用于紧急停止和故障处理。采用西门子S7-200 PLC进行编程。关于系统分配表如表3.1所示。表3. 1系统的输入/输出点的I/O地址分配表输入信号 输出信号序号 输入设备名称 PLC地址 序号 输出设备名称 PLC地址2 灰斗1灰尘量上限 I0.0 2 仓泵1的进料阀 Q0.03 灰斗1灰尘量下限 I0.1 3 仓泵1的排气阀 Q0.14 仓泵1灰尘量上限 I0.2 4 仓泵1的进气阀 Q0.25 仓泵1灰尘量下限 I0.3 5 仓泵1的出料阀 Q0.36 仓泵1压力开关 I0.4 6 仓泵2的进料阀 Q0.47 启动1号 I0.5 7 仓泵2的排气阀 Q0.58 启动2号 I0.6 8 仓泵2的进气阀 Q0.69 灰斗2灰尘量上限 I1.0 9 仓泵2的出料阀 Q0.710 灰斗2灰尘量下限 I1.1 10 一号运行指示 Q1.011 仓泵2灰尘量上限 I1.2 11 二号运行指示 Q1.112 仓泵2灰尘量下限 I1.3 12 气源泵体启动 Q1.313 仓泵2压力开关 I1.414 停止1号 I1.515 停止2号 I1.616 灰尘库管道压力开关 I1.7当机器接上电以后首先启动一号然后一号运行指示灯亮当灰斗灰尘量达到上限后打开排气阀和进料阀。接着仓泵灰尘量达到上限关闭排气阀和进料阀同是打开气源和进气阀检测到达到开泵的压力时打开出料阀缓解压力待到管道里的压力达标关闭出料阀进气阀和气源机器结束工作。二号原理同上所述。具体流程图如图3.3所示。图3. 3 系统流程图3 除尘系统子程序流程图设计3.1粉尘检测子程序除尘系统设计的粉尘检测子程序如图4.1所示。