Устройство для управления процессом перемешивания навозных стоков Советский патент 1990 года по МПК G05D27/00 A01C3/00 A01K5/00 

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 функцио- нальная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блоков устройства; на фиг. 3 - структурная схема операционного блока; на фиг. 4 - схема функционального преобразователя; на 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 установле- 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 из четырех секторов резервуара, образованных соответственно

,. п

п

5

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 относительно 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 ,5-КН с рабочей частотой 2,5 МГц и толщиной прозву- чиваемого слоя 40-100 мм.

Блок 20 управления работой фекаль- ных насосов состоит из буферных инверторов Ш19-Ш22 и реле KV1-KV4, которые непосредственно управляют работой соответственно насосов 1-4. Включение реле KV1-KV4 происходит от подачи низких логических уровней с выходов операционного блока 19 в соответствии с табл. 1, в которой представлен алгоритм включения реле KV1- KV4 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 ультраг- звуковых датчиков 11-14 и состоит из схем 27-30 усиления амплитуд этих сигналов и схемы 31 сравнения амплитуд этих сигналов, включающей компараторы К1-К6, D-триггеры с защелкой данных DD1-DD6 и мультиплексоры MUX1-MUX4. Компараторы К1-К6 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-К6 устанавливаются логические уровни, представленные в табл. 2. Передача логических уровней с входов DD1-DD6 на их выходы происходит при подаче разрешающего сигнала от управляемого таймера 26. Входы мультиплексора MUX1 соединены через DD1, DD4 и DD5 с выходами компараторов К1, К4 и К5 входы MUX2 соединены через DD1, DD2 и DD6 с выходами К1, К2 и Кб, входы MUX3 связаны через DD2, DD3 и DD5 с выходами К2, КЗ и К5, входы MUX4 - через DD3, DD4 и DD6

,-

ю

5 20 5

с выходами КЗ, К4 и Кб. Такое соединение компараторов К1-К6 и входов мультиплексоров MUX1-MUX4 обеспечивает появление высокого логического уровня только на одном из выходов MUX1, MUX2, MUX3 или MUX4 при-определении наиболее уплотненного осад - ка 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 К1- Кб используют микросхемы К554САЗ, в качестве DD1-DD6 - К155ТМ5, MUX1- MUX4 - 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 DD15-DD18 и компараторов уровня стоков в резервуаре К7 и К8. Причем напряжение равно уровню напряжения, поступающего с блока 21 измерения уровня при подъеме уровня стоков в резервуаре 9 до отметки h, a 5 напряжение - до отметки h. При подъеме уровня выше пг на выходе компаратора К7 устанавливается высокий логический уровень, а при подъеме уровня стоков выше 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 резервуаре h , , hz и h ).

Операционный блок 19 реализует алгоритм, представленный в табл. 1. Этот алгоритм выполняется по следующим логическим уравнениям:

вП АИ + Нг-Л13 + Н3-А12;

. д 1 т . 3 л -3

Н,-А14;

0

0

5

0

5

В12 А12 + t A14 + Н

В13 Л13 + Hz. A11 + ВТ4 Л14 + U..-A12 +

Н3 -АИ,

где В11, В12, В13 и В14

АИ, А12, А13 и А14

логические уровни на выходе операционного блока 19;

на

- логические уровни

входе блока 19;

Н2 и Н3 - логические уровни на выходах компараторов К7 и К8.

В качестве элементов DD7-DD14 используют микросхемы К155ЛИ1, DD15- DD18 - К155ЛЕ4, К7 и К8 - К554САЗ. Назначение функционального преобразователя 25 - обеспечение зависимости минимального допустимого времени пребывания 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 К554САЗ), цифроаналоговый преобразователь, программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) DROMt (KP556PT5), одновибраторы DD32 (К155АКГЗ), многоразрядньй счетчик DD33 (К155ИЕ7), одновибратор ЮЗО (К155АГ1)9 генератор импульсов Ш37 (КР1006ВИ1)„ При этом в микросхему DROM1 предварительно записана информация о зависимости допустимого времени пребывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре, т.е. зависимость:

(-T),

Навозные стоки, поступающие в приемный резервуар 9, имеют влажность 96-98% и более.Процесс уплотнения осадка при различных уровнях стоков в резервуаре практически малоизучен. 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

0

5

0

5

0

5

0

5

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 DD33 с частотой ff m/t, где m - коэффициент, характеризующий необхо- димую точность работы функционального преобразователя и разрядность счетчика DD33. На выходах DD33 устанавливается двоичный код, который

I

далее преобразуется в DROM1, и на выходе получается другой многоразрядный двоичный код, отражающий зависимость допустимого времени пребывания осадка в покое от уровня стоков в резервуаре. ЦАП DD31 преобразует выходной код с DROM1 в уровень напряжения, соответствующий уровню стоков в резервуаре, для которого произведен отсчет счетчиком DD33. Через время tC| , отсчитываемое DD33, 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 DD30 производит сброс счетчика DD33 и генератора DD37, 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 DD26 предыдущего измеренного уровня и сброс счетчика DD29 в таймере 24. Таким образом, таймер 26 управляет работой таймера 24, устанавливая в последнем счетчик DD29 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 цифро- аналоговый преобразователь DD24.

Блок 23 памяти предыдущего измеренного уровня состоит из аналого- цифрового преобразователя DD25, регистра памяти DD26 с входом разрешения и двух логических элементов DD27, DD28. Таймер 24 реализован на мультивибраторе 32 и счетчике DD29 со сбросом и обеспечивает на входе получение сигнала через промежутки времени t Т /(п-1). Управляемый

if

таймер 26 состоит из одновибратора DD34, двух логических элементов ИЛИ- НЕ , 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 деляется сигнал, соответствующий наибольшей плотности осадка в одном из секторов донной части резе 9 Информация о месте нахождения наиболее уплотненного осадка навозных стоков поступает в операционный блок 19, куда также поступает информация об уровне стоков с блока 21 и: уровня. Блок 19 осуществляет i чения в блоке 20 управления работой насосов 1-4 таким образом, что в работу включаются те насосы, которые обеспечивают поднятие и перемешивани осадка в месте (секторе), откуда поступил сигнал о наиболее (относительно) уплотненном осадке.

Подача разрешающего сигнала на включение блока 18 сравнения плотности производится управляемым таймером 26 следующим образом. Таймер 2 через определенные промежутки времени включает блок 22 сравнения уровней и функциональный преобразователь 25. Эти промежутки времени следует определять из формулы

Примечание. hf,h и h - уровни

стоков,при которых перемешивание на- возных стоков в резервуаре обеспечивается соответственно двумя,тремя, четырьмя насосами.

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

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.

де Т

MCW

2аин. п-1

минимальное допустимое . время пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происходит его уплотнения) при максимальном уровне стоков мякс в резервуаре 9|

п количествоустройств.

п ер ем вшивающих

Промежутки времени t, через которые происходит включение блока 22 i сравнения уровней,устанавливаются соответствующей настройкой мультивибратора 32 и выбором счетчика DD29.

45

50

Примечание,

X - не имеет зна- чение при дальнейших преобразованиях.

1115

В блоке 22 сравнения уровней происходит сравнение текущего уровня стоков в резервуаре, информация о котором 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 зафиксирована в блоке 23, то подачи сигнала на функциональный преобразователь 25 не происходит. В случае если измеряемый уровень больше уровня, 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

t - tci

Jj, n--1

где Тг - минимально допустимое время пребывания осадка навозных стоков в покое (при котором не происходит его уплотнения) при данном уровне стоков в резервуаре 9. Если в течение времени tc/ уровен стоков в резервуаре не поднимался, т.е. не подавался сигнал на преобразователь 25, то по прошествии этого времени управляемый таймер 26 выполняет следующие операции: посылает 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 c произошло выпадение осадка с наибольшей пдотностью 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 t блок 22 сравнения уровней фиксирует дальнейшее повышение уровня стоков, то происходит фиксация этого уровня

5

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-т 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

-С1

Т-А.

п-1

K-t

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

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

Формула изобретения

5

0

5

Устройство для управления процессом перемешивания навозных стоков, содержащее перемешивающие устройства с электродвигателями, датчик уровня, соединенный с входом блока измерения уровня, выход которого связан с первым входом блока сравнения уровней, операционный блок и таймер, о т- личающееся тем, что, с целью повышения эффективности процесса перемешивания, оно снабжено ультразвуковыми датчиками контроля осадка, блоком сравнения плотности, блоком памяти предыдущего значения уровня, функциональным преобразователем, управляемым таймером и блоком управления электродвигателями переме- 0 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 плбтности, а выход - с блоком управления электродвигателями перемешивающих устройств, входы блока сравнения плотности подключены к датчикам

131

контроля осадка, причем выход таймера соединен с первым входом функционального преобразователя и вторым входом блока сравнения уровней, первый выход которого связан с вторым входом функционального преобразователя, а второй выход и третий вход подключены соответственно к первому входу и выходу блока памяти предыдуК блоку 19

Ј ,, f Ерif |25 да ms

W«PWB| -f%

5888514

щего 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 функцио- д нального преобразователя.

К йлоку W

25

С Sflota.

гч

фн&4

Редактор Н. Яцола

Составитель Л, Пантелеева

Техред А.КравчукКорректор А. Обручар

Заказ 815

Тираж 671

ВНИКЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

+Vnum

Ш ОТ

«

I

I

то т

0Zn

mi m

S

вщ

тг w

фие.5

V:

От Клока 2В Фие.6

Подписное