Устройство для управления процессом перемешивания навозных стоков

/00 А 01 К 5/О НИЕ ИЗОБРЕТЕН г ЬСТВУ иг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СОИ(71) Московский институт инженеровсельскохозяйственного производстваим, В.П. Горячкина(5 б) Авторское свидетельство СССРР 128 б 259, кл. С 05 0 27/00, 1985.(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 животноводческихкомплексов. Цель изобретения - повышение эфФективности процесса перемешивания, Устройство для управления1558885 процессами перемешивания навозных. стоков включает перемешивающие устройства с электродвигателями, выполненные в виде погружных насосов 1-45 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 измеренногоуровня 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 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 сом перемешивания навозных стоков содержит погружные фекальные насосы 1-4 с перемешивающими трубопроводами, заканчивающимися соплами 5-8. При этом фекальные насосы установлены на дне резервуара 9, навозные стоки в который поступают по нагнетательному трубопроводу 10. С противоположной стороны от выхода сопла каждогоперемешивающего трубопровода на дне резервуара 9 установлены ультразвуковые датчики 11-14 контроля осадка в каждом иэ четырех секторов резервуара, образованных соответственно е 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 фекальньгс 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 отно 1558885 630 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 П 111-2,5-КН с рабочей частотой 2,5 МГц и толщиной прозвучиваемого слоя 40-100 мм.Блок 20 управления работой фекальных насосов состоит из буферных инверторов 0019-0022 и реле КЧ 1-КЧ 4, которые непосредственно управляют работой соответственно насосов 1"4. Включение реле КЧ 1-КЧ 4 происходит от подачи низких логических уровней с выходов операционного блока 19 в соответствии с табл. 1, в которой представлен алгоритм включения реле КЧ 1- КЧ 4 в зависимости от текущего уровня стоков в резервуаре и от местонахож,дения сектора с наибольшей плотностью выпавшего осадка. В качестве инверторов 0019-0022 используют элементы микросхемы К 155 ЛН 5, а в качестве реле КЧ 1-КЧ 4 - реле РЭС 6. Блок 18 сравнения плотности сравнивает сигналы от ультра-. звуковых датчиков 11-14 и состоит из схем 27-30 усиления амплитуд этих т 7сигналов и схемы 31 сравнения амплитуд этих сигналов, включающей компараторы К 1-К 6, П-триггеры с защелкой данных 001-006 и мультиплексоры М 1 ЗХ 1-М 1 ЗХ 4. Компараторы К 1-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 К 1-Кб устанавливаются логические уровни, представленные в табл. 2. Передача логических уровней с входов 001-006 на их выходы происходит при подаче разрешающего сигнала от управляемого таймера 26. Входы мультиплексора МУХ 1 соединены через 001, 004 и 005 с выходами компараторов К 1, К 4 и К 5, входы КЗХ 2 соединены через ПП 1, П 02 и 006 с выходами К 1, К 2 и Кб, входы М 1 ЗХЗ связаны через 002, 003 и ПП 5 с выходами К 2, КЗ и К 5, входы МЦХ 4 - через 003, 004 и 006 5 10 15 20 25 35 40 45 50 с выходами КЗ, К 4 и Кб. Такое соединение компараторов К 1-Кб и входов мультиплексоров М 1 ЗХ 1-1 ПЗХ 4 обеспечивает появление высокого логического уровня только на одном из выходов КЗХ 1, М 1 ЗХ 2, МОХЗ или М 1 ЗХ 4 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 001-П 06. В качестве компараторов К 1- Кб используют микросхемы К 554 САЗ, в качестве 001-006 - К 155 ТМ 5, М 1 ЗХ 1- М 1 ЗХ 4 - К 155 КП 7.Выходы мультиплексоров М 1 ЗХ 1-МЮХ 4 соединены непосредственно с входами операционного блока 19, который имеет также вход от блока 21 измерения уровня. Операционный блок 19 состоит из восьми логических элементов 2 И 007-0014, четырех элементов ЗИЛИ-НЕ 0015-0018 и компараторов уровня стоков в резервуаре К 7 и К 8. Причем напряжение Уов равно уровню напряжения, поступающего с блока 21 измерения уровня при подъеме уровня стоков в резервуаре 9 до отметки Ь, а напряжение 1 Зсо - до отметки Ь. При подъеме уровня вьппе Ь на выходе компаратора К 7 устанавливается высокий логический уровень, а при подъеме уровня стоков вьппе Ь в .на выходе К 8.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 резервуаре 11 11. и 1,Операционньп блок 19 реализует ал- горитм, представленный в табл. 1. Этот алгоритм выполняется по следующим логическим уравнениям: В 11 = А 11 + Н А 13 + Нз А 12 фВ 12 = А 12+ Н А 14 + Н А 13; В 13 А 13 + Н 2 А 11 + НзА 14 ф В 14 = А 14 + НА 12 + Н А 11, 1558885А 11, А 12) А 13и А 14 где В 11, В 12,В 13 и В 14 - логические уровни навыходе операционногоблока 19;- логические уровни навходе блока 19;Н и Н - логические уровни навыходах компараторовК 7 и К 8. В качестве элементов 007-0014 используют микросхемы К 155 ЛИ 1, 0015- 0018 - К 155 ЛЕ 4, К 7 и К 8 - К 554 САЗ. 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 К 10 (использована микросхема К 554 САЗ), цифроаналоговый преобразователь, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) ПКОМ 1 (КР 556 РТ 5), одновибраторы 0032 (К 155 АКГЗ), многоразрядный счетчик 0033 (К 155 ИЕ 7), одновибратор 0030 (К 155 АГ 1), генератор импульсов 0037 (КР 1006 ВИ 1). При этом в микросхему ПКОМ 1 предварительно записана информация о зависимости допустимого времени пребывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре, т.е.зависимость: Навозные стоки, поступающие в при" емный 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 насосов 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,5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 С больше предыдущего. Если повышения уровня нет, то остается на входе компаратора К 10 уровень сигнала, соответствующий меньшему уровню стоков, Генератор 0037 посылает счетные импульсы на счетчик 0033 с частотой й = тп/, где в - коэффициент, характеризующий необхо" димую точность работы функционального преобразователя и разрядность счетчика 0033. На выходах 0033 устанавливается двоичный код, которыйдалее преобразуется в ПКОМ 1, 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 ПКОМ 1 в уровень напряжения, соответствующий уровню стоков в резервуаре, для которого произведен отсчет счетчиком 0033. Через время , отсчитываемое 0033, этот уровень превышает напряжение, поступающее с блока 22, компаратор К 10 выдает на выходе логическую "1", и блок 25 посылает управляющий сигнал на таймер 26. При этом .одновибратор 0030 производит сброс счетчика ППЗЗ 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 0029 в таймере 24Таким 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 К 9, одновибратор ПП 23 и цифроаналоговый преобразователь 0024.Блок 23 памяти предыдущего измеренного уровня состоит иэ аналогоцифрового преобразователя 0025, регистра памяти 0026 с входом разреше1 О Таблица 1 Ультраз ву ковой дат чик осадк показывающий наибо лысую пло Текущий уровень стоков одача коанд блоку0 на вклюв резервуаре ение насоов ность ос К азом 2 3 1+3 2+4 1+2+ 2+3+ 3+4+ 4+1+1,1 и 1 стоков,п перемеши возных с- уровни ри которых вание натоков в ре обеспе- соответчан езерву чиваетс ственно мя, чет двумя, трерьмя наами.комка Выходныеблока сравн то в ависиосадка9 предплотности в ия 1 упл мости от лт ервуара азнь екторах 2. ставлень т лица вшуТф Датч ыходные логическ уровни опреде 5 ляющийнаиболе уплотенныи садок Х 1 Х Х0 Х п Х Х 13 14 Х омежуроисхения Пе т знаальней"зоваиме ча ние е им срав отве ч ие при преоб х, т шин ора 32 и 9 1558885 ния и двух логических элементов 2 И-НЕ ПП 27, ПП 28. Таймер 24 реализован на мультивибраторе 32 и счетчике ПП 29 со сбросом и обеспечивает на входе получение сигнала через промежутки времени= Т /(и). Управляемыймицтаймер 26 состоит из одновибратора ПП 34, двух логических элементов ИЛИНЕ ПП 35, ППЗб и кнопки ЗВ 1 "Сброс" для запуска всего устройства.Устройство работает следующим обСигналы 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 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 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 поступил сигнал о наиболее (относительно) уплотненном осадке.Подача разрешающего сигнала на включение блока 18 сравнения плотности производится управляемым тай 3 мером 2 б следующим образом. Таймер 24 через определенные промежутки времени включает блок 22 сравнения уровней и функциональный преобразователь 25. Эти промежутки времени следует 4 определять из Формулы ц - минимальное допустимое .время пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происход его уплотнения) при максимальном уровне стоков Ь, в резервуаре 9;количество перемешивающих устройств,ки времени , через котодит включение блока 22ровней, устанавливаются с ей настройкой мультивибрыбором счетчика ПП 29. 14 1 12 13 14 12 13 14155В блоке 22 сравнения уровней происходит сравнение текущего уровня стоков в резервуаре, информация о ко. тором поступает с блока 21 измерения 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- иТи 7 где Т - минимально допустимое время пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происходит его уплотнения) при данном уровнестоков в резервуаре 9.Если в течение времени 1 с уровеньстоков в резервуаре не поднимался,т,е. не подавался сигнал на преобразователь 25, то по прошествии этого времени управляемый тайчер 2 бвыполняет следующие операции: посыпает разрешающий сигнал на включение блока 18 сравнения сигналов отультразвуковых датчиков 11-14; стирает информацию об уровне в блоке 23памяти," посылает сигнал на внеочередной запуск таймера 24,При этом, если за время Спроизошло выпадение осадка с наибольшейпцотностью в другом секторе резервуара 9, то операционный блок 19 производит такие переключения в блоке 20управления, при которых в работувключаются насосы тех перемешивающих устройств, которые обеспечиваютподнятие и перемешивание осадка в резервуаре.Если через промежутки времениблок 22 сравнения уровней фиксируетдальнейшее повьппение уровня стоков,то происходит фиксация этого уровня 8885 . 12в блоке 23 памяти и стирание предыдущего меньшего по величине уровнястоков5Благодаря наличию второго входау функционального преобразователя 25от таймера 24 производится суммирование промежутков времени 1 от момента подачи сигнала измеренногобольшого уровня из блока 22 сравнения уровней на первый вход функционального преобразователя 25. Приэтом время срабатывания управляемого таймера 26 определяется из выра"жения20где К - число изменений уровня стоков в сторону повышения,происходящие через промежутки времени В.Применение предлагаемого устрой ства позволяет снизить энергозатраты при перемешивании навозных стоковв приемном резервуаре очистных сооружений свиноводческих ферм и комплексов на 30-503.ЗОформула изобретенияУстройство для управления процессом перемешивания навозных стоков, 35 содержащее перемешивающие устройства с электродвигателями, датчик уровня, соединенный свходом блока измерения уровня, выход которого связан с первым входом блока сравнения уров 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 осад ка, блоком сравнения плотности, блоком памяти предыдущего значения уровня, функциональным преобразователем, управляемым таймером и блоком управления электродвигателями переме шивающих устройств, выполненных ввиде 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 датчикам13 15588 контроля осадка, причем выход таймера соединен с первым входом функционального преобразователя и вторым входом блока сравнения уровней, пер 5 вый выход которого связан с вторым входом функционального преобразователя, а второй выход и третий вход подключены соответственно к первому входу и выходу блока памяти предыду 85 14щего значения уровня, при этом второй 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 функционального преобразователя.1558885 Л. Пантеле Составите Техред А,Редактор Н. Корректор А. Обр о авчу Заказ 815 Тираж 671 ПодписноеВЯИИПИ ГосУдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, И, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" Ужгород, ул. Гагарина,