Устройство для управления процессом перемешивания навозных стоков

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству на промышленной основе, и может быть использовано в системе очистных сооружений животноводческих комплексов. Цель изобретения - повышение эффективности процесса перемешивания. Устройство для управления процессами перемешивания навозных стоков включает перемешивающие устройства с электродвигателями, выполненные в виде погружных насосов 1-4 с трубопроводами, которые заканчиваются соплами 5-8. Датчик уровня 17 связан через блок измерения уровня 21 с блоком сравнения уровней 22. Операционный блок 19 подключен к входу блока управления 20 работой насосов. В состав устройства входят два таймера 24,26. Ультразвуковые датчики контроля осадка 11-14 установлены в донной части резервуара 9 и связаны с блоком сравнения плотности 18. Блок памяти 23 фиксирует значение предыдущего измеренного уровня стоков. Функциональный преобразователь 25 ведет обработку информации. Датчики 11-14 контролируют состояние осадков и при их уплотнении выше заданного значения подают сигнал на схему обработки. Блок сравнения уровней 22 сравнивает значение предыдущего и текущего значений уровня стоков в резервуаре 9 и, выделяя больший из них, записывает его в блоке памяти 26. Текущее значение уровня определяется блоком измерения уровня 21, а предыдущее - хранится в блоке памяти 23. Операционный блок 19, обрабатывая информацию об уровне стоков и плотности осадков, вырабатывает сигнал управления, осуществляющий требуемые переключения в блоке управления 20 работой фекальных насосов. Включение соответствующего насоса позволяет поднять и перемешать осадки в месте их сильного уплотнения. 6 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4408751/31-15 (22) 11.04.88 (46) 23.04.90. Бюл. 11- 15 (71) Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П. Горячкина (72) А.П. Якименко, В.В. Головинов, А.А. Паткин и В.В. Маклаков (53) 66.012.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1286259, кл. G 05 D 27/00, 1985.

„„SU„, 1558885 (у) g G 05 D 27/00, А 01 С 3/00 А 01 К 5/00

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЕРЕМЕНИВАНИЯ НАВОЗНЫХ СТОКОВ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству на промышленной основе, и может быть использовано в системе очистных сооружений животноводческих комплексов. Цель изобретения — 1IoBblшение эффективности процесса перемешивания. Устройство для управления

1558885 процессами перемешивания навозных. стоков включает перемешивающие устройства с электродвигателями, выполненные в виде погружных насосов 1-4

5 с трубопроводами, которые заканчиваются соплами 5-8. Датчик уровня 17 связан через блок измерения уровня

21 с блоком сравнения уровней 22.

Операционный блок 19 подключен к входу блока управления 20 работой насосов. В состав устройства входят два таймера 24, 26. Ультразвуковые датчики контроля осадка 11-14 установлены в донной части резервуара 9 и связаны с блоком сравнения плотности 18. Блок памяти 23 фиксирует значение предыдущего измеренного уровня стоков. Функциональный преобразователь 25 ведет обработку информации. Датчики 11-14 контролируют

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству на промышленной основе, и может быть использовано для эксплуатации в системе очистных соору- 30 жений сельскохозяйственных комплексов.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса перемешивания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2— структурная схема блоков устройства; на фиг, 3 — структурная схема операционного блока; на фиг. 4 - схема функционального преобразователя; на 40 фиг. 5 — структурная схема блока сравнения плотности; на фиг, 6— структурная схема блока управления работой фекальных насосов.

Устройство для управления процес- 45 сом перемешивания навозных стоков содержит погружные фекальные насосы

1-4 с перемешивающими трубопроводами, заканчивающимися соплами 5-8.

При этом фекальные насосы установле- 0 ны на дне резервуара 9, навозные стоки в который поступают по нагнетательному трубопроводу 10. С противоположной стороны от выхода сопла каждого перемешивающего трубопровода на дне резервуара 9 установлены ультразвуковые датчики 11-14 контроля осадка в каждом иэ четырех секторов резервуара, образованных соответственно состояние осадков и при их уплотнении выше заданного значения подают сигнал на схему обработки. Блок сравнения уровней 22 сравнивает значение предыдущего и текущего значений уровня стоков в резервуаре 9 и, выделяя больший их них, записывает его в блоке памяти 26. Текущее значение уровня определяется блоком измерения уровня

21, а предыдущее — хранится в блоке памяти 23..Операционный блок 19, обрабатывая информацию об уровне стоков и плотности осадков, вырабатывает сигнал управления, осуществляющий требуемые переключения в блоке управления 20 работой фекальньгх насосов.

Включение соответствующего насоса позволяет поднять и перемешать осадки в месте их сильного уплотнения. 6 нл ., 2 табл. перемешивающими трубопроводами насосов 1-4. Навозные стоки из резервуара 9 откачиваются на дальнейшую переработку насосом 15 по трубопроводу

16. Уровень стоков в резервуаре контролируется датчиком 17 уровня. Выход блока 18 сравнения плотности сравнивает сигналы от ультразвуковых датчиков и связан с входом операционного блока 19, выход которого соединен с входом блока 20 управления работой фекальных насосов 1-4. Информация об уровне стоков в резервуаре поступает от датчика 17 уровня на вход блока 21 измерения уровня, выходной сигнал с которого поступает на второй вход операционного блока 19 и на вход блока 22 сравнения уровней, который соединен с входом и выходом блока 23 памяти предыдущего измеренного значения уровня. Блок 22 сравнения уровней также электрически связан с выходом таймера 24 и с входом функционального преобразователя 25. Второй вход последнего соединен с выходом таймера

24. Преобразователь 25 имеет выход на управляемый таймер 26, выходы которого соединены с блоком 18 сравнения, таймером 24 и блоком 23 памяти.

С помощью ультразвуковых датчиков

11-14 контролируется прежде всего концентрация взвешенных веществ в навозных стоках. Наибольшей концентрации взвешенных веществ (при отноI

1558885 6

55 сительно большой плотности. стоков в резервуаре) соответствует наименьшая амплитуда принимаемого датчиками 11"

14 ультразвукового сигнала, который далее преобразуется в электрический сигнал в электронных схемах усиления блока 18 сравнения плотности.

В устройстве используют датчик от, ультразвукового сигнализатора уровня осадка и активного ила с преобразователем П111-2,5-KH с рабочей частотой 2 5 МГц и толщиной прозвучиваемого слоя 40-100 мм.

Блок 20 управления работой фекальных насосов состоит из буферных инверторов Л019-DD22 и реле KVI ÊV4, которые непосредственно управляют работой соответственно насосов 1"4.

Включение реле КЧ1-KV4 происходит от подачи низких логических уровней с выходов операционного блока 19 в соответствии с табл. 1, в которой представлен алгоритм включения реле KV1KV4 в зависимости от текущего уровня стоков в резервуаре и от местонахож,дения сектора с наибольшей плотностью выпавшего осадка.

В качестве инверторов DD19- DD22 используют элементы микросхемы

К155ЛН5, а в качестве реле KV1-KV4— реле РЭС 6. Блок 18 сравнения плотности сравнивает сигналы от ультра-. звуковых датчиков 11-14 и состоит из схем 27-30 усиления амплитуд этих ъ 7 сигналов и схемы 31 сравнения амплитуд этих сигналов, включающей компараторы К1-K6, D-триггеры с защелкой данных DDi-DD6 и мультиплексоры

NUX1 NUX4. Компараторы К1-Кб сравнивают между собой уровни электрических сигналов от усилителей 27-30. При этом, в зависимости от того, какой из этих сигналов имеет минимальный уровень, на выходах компараторов

К1-Кб устанавливаются логические уровни, представленные в табл. 2.

Передача логических уровней с входов Р01-DD6 на их выходы происходит при подаче разрешающего сигнала от управляемого таймера 26. Входы мультиплексора МЦХ1 соединены через DDI

Ш)4 и DD5 с выходами компараторов

К1, К4 и К5, входы NUX2 соединены через ВП1, DD2 и DD6 с выходами К1, К2 и Кб, входы МНХЗ связаны через

DD2, DD3 и DD5 с выходами К2, KÇ и

К5, входы MUX4 DDÇ DD4 DD6

50 с выходами KÇ, К4 и Кб. Такое соединение компараторов К1-Кб и входов мультиплексоров MUX1-MUX4 обеспечивает появление высокого логического уровня только на одном из выходов

MUX1, MUX2, МУЗ или MUX4 при определении наиболее уплотненного осадка соответственно ультразвуковыми датчиками 11, 12, 13 или 14.

Таким образом, блок 18 сравнения плотности сравнивает амплитуды ультразвуковых сигналов от ультразвуковых датчиков 11-14, выделяет координату сектора резервуара 2 с наибольшей плотностью осадка и фиксирует ее благодаря общей защелке элементов

DD1-DD6. В качестве компараторов К1Кб используют микросхемы К554САЗ, в качестве DD1-DD6 — К155ТМ5, МПХ1MUX4 — К155КП7.

Выходы мультиплексоров MUX1-MUX4 соединены непосредственно с входами операционного блока 19 который имеет также вход от блока 21 измерения уровня. Операционный блок 19 состоит из восьми логических элементов 2И

DD7-DD14, четырех элементов ЗИЛИ-НЕ

ПИ 5-DDIS и компараторов уровня стоков в резервуаре К7 и К8. Причем напряжение U „, равно уровню напряжения, поступающего с блока 21 измерения уровня при подъеме уровня стоков в резервуаре 9 до отметки h< а напряжение Нео — до отметки h .

При подъеме уровня вьппе h< на выходе компаратора К7 устанавливается высокий логический уровень, а при подъеме уровня стоков вьппе h> †.на выходе К8.

Назначение операционного блока 19 (фиг. 3) — включение перемешивающих погружных насосов 1-4, которые обеспечивают перемешивание навозных стоков в том секторе резервуара 9, в котором образовался осадок с наибольшей плотностью, а количество этих насосов определится уровнем стоков в pesepвуаре 1>,, h< и Ну.

Операционньп блок 19 реализует ал- горитм, представленный в табл. 1.

Этот алгоритм выполняется по следующим логическим уравнениям:

811 = А11 + Н . А13 + Нз-А12;

В12 А12 + Нг А14 + Нз А13;

В13 = A13 + Н А11 + Н .A14q

814 = А14 + ll . А12 + Н .А11, 1558885

А11, А121 А13 и А14

Навозные стоки, поступающие в приемный резервуар 9, имеют влажность

96-987. и более. Процесс уплотнения осадка при различных уровнях стоков в резервуаре практически малоиэучен.

Кроме того, уровень стоков в резервуаре в течение суток изменяется значительно, его снижение вызывает необходимость уменьшения числа работающих перемешивающих насрсов и увеличение допустимого времени пребывания осадка в покое. Последнее объясняется тем, что уменьшается давление на донную часть резервуара 9 от столба жидкости, вследствие чего увеличивается напор потока из сопла-насадки погружного насоса и облегчается взмучивание и перемешивание осадка и концентрация взвешенных частиц в поступающих стоках. где В11, В12, В13 и В14 — логические уровни Ha I выходе операционного блока 19; — логические уровни на входе блока 19;

Н и Н вЂ” логические уровни на выходах компараторов

К7 и К8.

В качестве элементов DD7-DD14 используют микросхемы К155ЛИ1, DD15DD18 — К155ЛЕ4, К7 и К8 — K554CA3.

Назначение функционального преобразователя 25 — обеспечение зависимости минимального допустимого времени пре" бывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре 9 и подача электрического сигнала на управляемый таймер 26. На фиг. 4 представлена схема блока 25. В его состав входят: компаратор К10 (использована микросхема K554CA3), цифроаналоговый преобразователь, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)

DR0NI (KP556PT5), одновибраторы DD32 (К155АКГЗ), многоразрядный счетчик

0033 (К155ИЕ7), одновибратор 0030 (К155АГ1), генератор импульсов DD37 (КР1006ВИ1). При этом в микросхему

DRON1 предварительно записана информация о зависимости допустимого времени пребывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре, т.е. зависимость:

В функциональный преобразователь

25 с блока 22 сравнения уровней поступает информация о текущем уровне стоков в резервуаре в том случае, если вновь измеряемый уровень через интервалы t больше предыдущего. Если повышения уровня нет, то остается на входе компаратора К10 уровень сигнала, соответствующий меньшему уровню стоков. Генератор DD37 посылает счетные импульсы на счетчик

0033 с частотой йr = m/t, где m— коэффициент, характеризующий необхо- димую точность работы функционального преобразователя и разрядность счетчика DDÇÇ. На выходах DDÇÇ устанавливается двоичный код, который

I далее преобразуется в DROH1, и на выходе получается другой многоразрядный двоичный код, отражающий зависимость допустимого времени пребывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре. ЦАП 0031 преобразует выходной код с DROM1 в уровень напряжения, соответствующий уровню стоков в резервуаре, для которого произведен отсчет счетчиком 0033. Через время t«, отсчитываемое DDÇÇ этот уровень превышает напряжение, поступающее с блока 22, компаратор К10 выдает на выходе логическую "1", и блок 25 посылает управляющий сигнал на таймер 26. При этом .одновибратор

0030 производит сброс счетчика DDÇÇ и генератора 0037., посылающего счетные импульсы на этот счетчик, а управляемый таймер 26 осуществляет сброс таймера 24.

Таймер 26, функционально являясь ждущим мультивибратором, запускаемым от сигнала с выхода преобразователя 25, обеспечивает переключения в блоке 18 сравнения плотности, сброс регистра памяти 0026 предыдущего измеренного уровня и сброс счетчика

DD29 в таймере 24 ° Таким образом, таймер 26 управляет работой таймера

24, устанавливая в последнем счетчик 0029 в начальное положение, т.е.. таймер 24 вторичен по отношению к таймеру 26. Блок 22 сравнения уровней (фиг. 2) включает в себя компаратор К9, одновибратор DD23 и цифроаналоговый преобразователь DD24.

Блок 23 памяти предыдущего измеренного уровня состоит иэ аналогоцифрового преобразователя 0025, регистра памяти 0026 с входом разреше10

Таблица 1

Уль тр аз в у ковой дат чик осадк показываю щий наибо лысую пло ность осад

Текущий уровень стоков одача коанд блоку

0 на вклюв резервуаре ение насоos

l ° ка

2

4

1+3

2+4

3+!

4+2

1+2+3

2+3+4

3+4+1

4+1+2

11

t2

13

14 !

12

13

14

11

12

13

h3 чивается соответТ а б л и ц а 2

Я Я

Т

h=! ь

Датчик, определяющий наиболе

ыходные логические уровни

К5 К6

К2 КЗ уплотненный осадок l1

12

13

9 155888 ния и двух логических элементов 2И-НЕ

DD27, DD28. Таймер 24 реализован на мультивибраторе 32 и счетчике DD29 со сбросом и обеспечивает на входе получение сигнала через промежутки времени t = Т„„ /(и-1). Управляемый миь таймер 26 состоит из одновибратора

DD34, двух логических элементов ИЛИНЕ DD35, DD36 и кнопки SB1 "Сброс" для запуска всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с ультразвуковых датчиков

11-14 контроля осадка поступают на блок 18 сравнения плотности, где выделяется сигнал, соответствующий наибольшей плотности осадка в одном из секторов донной части резервуара

9. Информация о месте нахождения наи- 2р более уплотненного осадка навозных стоков поступает в операционный блок

19, куда также поступает информация об уровне стоков с блока 21 измерения уровня, Блок 19 осуществляет переклю- 25 . чения в блоке 20 управления работой насосов 1-4 таким образом, что в работу включаются те насосы, которые обеспечивают поднятие и перемешивание осадка в месте (секторе), откуда по- 3р ступил сигнал о наиболее (относительно) уплотненном осадке.

Подача разрешающего сигнала на включение блока 18 сравнения плотности производится управляемым таймером 26 следующим образом. Таймер 24 через определенные промежутки времени включает блок 22 сравнения уровней и функциональный преобразователь

25. Эти промежутки времени следует 4О определять из формулы где Т„„ц — минимальное допустимое . время пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происходит его уплотнения) при максимальном уровне стоков 50

h „„ в резервуаре 9; и — количество перемешивающих устройств.

Промежутки времени t, через которые происходит включение блока 22 сравнения уровней, устанавливаются соответствующей настройкой мультивибратора 3? и выбором счетчика DD29.

Приме ча ни e. h,h> иЬ -уровни стоков,при которых перемешивание навозных стоков в резервуаре обеспественно двумя,тремя, четырьмя насосами.

Выходные состояния компараторов блока сравнения плотности в зависимости от величины уплотнения осадка в разных секторах резервуара 9 представлены в табл. 2.

0 Х Х 1 0 X

1 1 Х, Х Х Х

Х 0 0 Х 1 Х

Х X 1 0 Х 1

П р и м е ч а н и е. Х вЂ” не имеет зна» чение при дальнейших преобразованиях.

В блоке 22 сравнения уровней происходит сравнение текущего уровня стоков в резервуаре, информация о котором поступает с блока 21 измерения

1 уровня, с уровнем стоков, который получен при предыдущем измерении и записан в блок 23 памяти, В случае, если вновь измеряемый уровень меньше, чем тот, величина которого за" фиксирована в блоке 23, то подачи сигнала на функциональный преобразователь 25 не происходит. В случае, если измеряемый уровень больше уров" ня, зафиксированного в блоке 23, то происходит запоминание величины большего уровня в блоке 23 и стирание меньшего. Причем величина этого большего уровня подается на первый вход функционального преобразователя, который устанавливает для управляемого таймера 26 время срабатывания, которое необходимо определять по формуле где Т вЂ” минимально допустимое вреh мя пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происходит его уплотнения) при данном уровне стоков в резервуаре 9.

Если в течение времени tq уровень стоков в резервуаре не поднимался, I т.е. не подавался сигнал на преобразователь 25, то IIQ прошествии этого времени управляемый тажчер 2б выполняет следующие операции: посыпает разрешающий сигнал на включение блока 18 сравнения сигналов от ультразвуковых датчиков 11-14; стирает информацию об уровне в блоке 23 памяти," посылает сигнал на внеочередной запуск таймера 24.

При этом, если за время t произошло выпадение осадка с наибольшей плотностью в другом секторе резервуара 9, то операционный блок 19 производит такие переключения в блоке 20 управления, при которых в работу включаются насосы тех перемешивающих устройств, которые обеспечивают поднятие и перемешивание осадка в резервуаре.

Если через промежутки времени блок 22 сравнения уровней фиксирует дальнейшее повышение уровня стоков, то происходит фиксация этого уровня

8885 . 12 в блоке 23 памяти и стирание предыдущего меньшего по величине уровня стоков

Благодаря наличию второго входа у функционального преобразователя 25 от таймера 24 производится суммирование промежутков времени t от мо мента подачи сигнала измеренного большого уровня из блока 22 сравнения уровней на первый вход функционального преобразователя 25. При этом время срабатывания управляемого таймера 26 определяется из выражения

20 где К вЂ” число изменений уровня стоков в сторону повышения, происходящие через промежутки времени t.

Применение предлагаемого устрой25 ства позволяет снизить энергозатраты при перемешивании навозных стоков в приемном резервуаре очистных сооружений свиноводческих ферм и комплексов на 30-50Х.

ЗО

Формула изобретения

Устройство для управления процессом перемешивания навозных стоков, 3 содержащее перемешивающие устройст ва с электродвигателями, датчик уровня, соединенный с входом блока измерения уровня, выход которого связан с первым входом блока сравнения уров40 ней, операционный блок и таймер, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса перемешивания, оно снабжено ультра-. звуковыми датчиками контроля осад45 ка, блоком сравнения плотности, блоком памяти предыдущего значения уровня, функциональным преобразователем, управляемым таймером и блоком управления электродвигателями переме50 шивающих устройств, выполненных в виде погружных фекальных насосов, при этом выход блока измерения уровня соединен с первым входом операционного блока,.второй вход которого связан с выходом блока сравнения плдтности, а выход — с блоком управления электродвигателями перемешивающих устройств, входы блока сравнения плотности подключены к датчикам

13 15588 контроля осадка, причем выход таймера соединен с первым входом функционального преобразователя и вторым входом блока сравнения уровней, пер5 вый выход которого связан с вторым входом функционального преобразователя, а второй выход и третий вход подключены соответственно к первому входу и выходу блока памяти предыду85 14 щего значения уровня, при этом вто рой вход последнего соединен с первым выходом управляемого таймера, второй выход которого связан с входом таймера, третий вход подключен к соответствующему входу блока сравнения плотности, а вход управляемого таймера соединен с выходом функциоl нального преобразователя. ку2Ю

1558885

Составитель Л. Пантелеева

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Тираж 671

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, И-35, Paymcêàÿ наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Н. Яцола

Заказ 815

Ф)

Ф

СЬ т

4с