SU1630632A1 - Control system for mixing manure effluents - Google Patents

Abstract

Изобретение от носитс  к сельскому хоз йству-к области промышленного животInvention from agriculture to agriculture — to the field of industrial belly

Description

новодства и может быть использовано в очистных сооружени х животноводческих ферм и комплексов. Цель изобретени  - повышение экономичности процесса перемешивани  навозных стоков за счет снижени  потреблени  электроэнергии. Система дл  управлени  процессом перемешивани  навозных стоков содержит блоки 21-28усилени , блоки 32-38 сравнени , задатчик 31, блок 29 вычитани , регулирующий блок 30 скорости электродвигател  19 центробежного перемешивающего насоса 17, датчики 1-8 плотности стоков, а также ультразвуковые датчики, расположенные в вертикальной плоскости по высоте резервуара 9 с одинаковым шагом между собой,and can be used in wastewater treatment plants of livestock farms and complexes. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the manure mixing process by reducing electricity consumption. The system for controlling the manure mixing process contains amplification units 21-28, comparison units 32-38, setting unit 31, subtraction unit 29, speed regulating unit 30 of electric motor 19 of centrifugal mixing pump 17, effluent density sensors 1-8, as well as ultrasonic sensors located in the vertical plane along the height of the tank 9 with the same pitch between them,

и аналоговый коммутатор 39. Система позвол ет устанавливать требуемую интенсивность перемешивани  навозных стоков в приемном резервуаре 9 в зависимости отand analog switch 39. The system allows you to set the required mixing rate of manure drains in the receiving tank 9 depending on

уровн  стоков и разности плотностей стоков в зонах входа в отвод щий трубопровод и на уровне верхнего погруженного в стоки ультразвукового датчика плотности. Система обеспечивает сокращение энергозатрат наthe level of effluent and the density difference of effluent in the zones of entry into the discharge pipeline and at the level of the upper ultrasonic density sensor immersed in the drains. The system provides reduced energy consumption for

поддержание твердых частиц стоков во взвешенном состо нии и на предотвращение выпадени  их в осадок при наличии неравномерности в процессе поступлени  навозных стоков в приемный резервуар 9 очистного сооружени . 1 з.п.ф-лы, 3 ил.,1 табл.maintaining the solid particles of the effluent in a suspended state and preventing their precipitation if there is unevenness in the process of entering the manure to the receiving tank 9 of the sewage treatment plant. 1 hp ff, 3 ill., 1 tab.

Изобретение относитс  к сельскому хоз йству , в частности к промышленному животноводству , и может быть использовано в очистных сооружени х животноводческих ферм и комплексов.The invention relates to agriculture, in particular to industrial livestock farming, and can be used in the treatment facilities of livestock farms and complexes.

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности процесса перемешивани  навозных стоков путем снижени  потреблени  электроэнергии.The aim of the invention is to increase the economics of the manure mixing process by reducing power consumption.

На фиг. 1 показана функциональна  схема предлагаемой системы; на фиг.2 - схема расположени  перемешивающего трубопровода в приемном резервуаре очистного сооружени ; на фиг.З - пример выполнени  аналогового коммутатора.FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed system; Fig. 2 shows the layout of the mixing pipeline in the receiving tank of the sewage treatment plant; FIG. 3 shows an example of an analog switch.

Ультразвуковые датчики 1-8 расположены в вертикальной плоскости с равным шагом между собой в приемном резервуаре 9, в который по подающему трубопроводу 10 навозные стоки поступают из здани  животноводческого комплекса или фермы. В приемном резервуаре 9 размещен тупиковый перемешивающий трубопровод 11 с соплами 12-15, который установлен на опорную стойку 16. Напор в трубопроводе 11 создаетс  центробежным перемешивающим насосом 17, имеющим всасывающий патрубок 18 и приводимым во вращение электродвигателем 19. Из резервуара 9 навозные стоки откачиваютс  по отвод щему трубопроводу 20 на дальнейшую переработку. Каждый из датчиков 1-8 подключен соответственно к входам элементов 21-28 усилени  ультразвуковых сигналов. Выход первого элемента 21 усилени  соединен с первым входом блока 29 вычитани , а выход последнего св зан с регулирующим блоком 30 скорости электродвигател  19.Ultrasonic sensors 1-8 are located in a vertical plane with an equal step between them in the receiving tank 9, into which the manure drains come from the building of the animal-breeding complex or farm via the supply pipeline 10. In the receiving tank 9 there is a dead-end mixing pipeline 11 with nozzles 12-15, which is installed on the support post 16. The pressure in the pipe 11 is created by a centrifugal mixing pump 17 having an inlet motor 18 and driven by rotation of the electric motor 19. From the tank 9, manure drains are pumped out discharge pipe 20 for further processing. Each of the sensors 1-8 is connected to the inputs of the ultrasonic amplification elements 21-28, respectively. The output of the first reinforcing element 21 is connected to the first input of the subtracting unit 29, and the output of the latter is connected to the regulating unit 30 of the speed of the electric motor 19.

Задатчик 31 соединен с вторыми входами блоков 32-38 сравнени , первые входыThe setting device 31 is connected to the second inputs of the comparison units 32-38, the first inputs

которых св заны соответственно с выходами элементов 22-28 усилени . На выходе за- датчика 31 выставл етс  уровень напр жени , который равен по величине коэффициенту затухани  ультразвуковых волн при плотности взвешенных частиц, превышающей максимально возможную плотность взвешенных веществ в навозных стоках на дне приемного резервуара 9. Входы аналогового коммутатора 39 соединены с выходами блоков 32-38 сравнени . Коммутатор 39 управл ет включением контактов, св зывающих выходы элементов 22-28 усилени  с вторым входом блока 29 вычитани . Датчик 1 расположен вwhich are associated respectively with the outputs of the gain members 22-28. At the output of the sensor 31, a voltage level is set that is equal to the attenuation coefficient of ultrasonic waves at a density of suspended particles exceeding the maximum possible density of suspended substances in manure drains at the bottom of the receiving tank 9. The inputs of the analog switch 39 are connected to the outputs of the blocks 32- 38 comparisons. The switch 39 controls the switching of the contacts connecting the outputs of the gain elements 22 to 28 to the second input of the subtracting unit 29. Sensor 1 is located at

зоне входного отверсти  отвод щего трубопровода 20.the area of the inlet of the discharge pipe 20.

Система может быть реализована с помощью известных технических средств. В качестве датчиков 1-8 используют датчикиThe system can be implemented using well-known technical means. As sensors 1-8 use sensors

ультразвукового сигнализатора уровн  осадка и активного ила с преобразователем П111-2.5 КН с рабочей частотой 2,5 МГц. Элементы 21-28 усилени  выполнены на основе электронного блока к датчику разделаsludge level ultrasonic signaling device and activated sludge with converter P111-2.5 KN with an operating frequency of 2.5 MHz. Gain elements 21-28 are made on the basis of an electronic unit to a section sensor.

двух сред в гравитационных отстойниках и пикового детектора с вентильной схемой.two media in gravity settling tanks and a peak detector with a valve circuit.

В качестве задатчика 31 использован источник опорного напр жени  на полевом транзисторе, в качестве блоков 32-38 - схемы на основе интегральных компараторов напр жени . Аналоговый коммутатор 39 может , например, состо ть из шифратора DD1 (выполнен на микросхеме КМ 555ИВ1), преобразовател  цифровых сигналов от ТТЛуровней к МОП-уровн м DD2 (К564ПУ6), демультиплексо ра DD3 (К561КП2). Входы шифратора 11-17 соединены с выходами блоков 32-38 сравнени . Выходы АО, А1 и А2 DD1 через DD2 св заны с цифровыми входами А, В и С демультиплексора DD3.A source of a reference voltage across a field-effect transistor is used as a setting device 31, and circuits based on integrated voltage comparators are used as blocks 32-38. Analog switch 39 may, for example, consist of a DD1 encoder (made on a KM 555IV1 chip), a digital signal converter from TTL levels to MOS levels DD2 (K564PU6), a demultiplexer DD3 (K561KP2). The inputs of the encoder 11-17 are connected to the outputs of the comparison units 32-38. The outputs AO, A1 and A2 DD1 are connected via DD2 to the digital inputs A, B and C of the demultiplexer DD3.

который управл ет работой своих аналоговых каналов 2-8, выходы которых соединены в одну общую точку (узел),  вл ющуюс  аналоговым выходом DD3 и св занную с вторым входом блока 29. Входы каналов 2-8  вл ютс  аналоговыми входами коммутатора 39 и соединены соответственно с выходами элементов 22-28 усилени .which controls the operation of its analog channels 2-8, the outputs of which are connected to one common point (node), which is the analog output DD3 and connected to the second input of block 29. The inputs of channels 2-8 are analog inputs of the switch 39 and are connected respectively with outputs 22-28 amplification.

Блок 29 вычитани  выполнен на основе операционного усилител  К153УД6, включенного по схеме дифференциального усилител . Регулирующий блок 30 скорости электродвигател  выполнен по известной схеме.Block 29 subtraction is made on the basis of the operational amplifier K153UD6 included in the scheme of the differential amplifier. The control unit 30 of the motor speed is made according to a known scheme.

Система управлени  процессом перемешивани  навозных стоков работает следующим образом.The process control system for mixing manure works as follows.

Сигналы с датчиков 1-8 поступают соответственно в элементы 21-28 усилени . Затем усиленные сигналы с этих блоков поступают соответственно в блоки 32-38 сравнени , где происходит сравнение усиленных сигналов от ультразвуковых датчиков с установленным задатчиком 31 уровнем напр жени . В случае максимального заполнени  резервуара 9 навозными стоками, то есть датчик 8 погружен, на выходах блоков 32-38 сравнени  устанавливаютс  низкие логические уровни сигнала. При этом аналоговый коммутатор 39 включает тот управл емый контакт, который подает сигнал, соответствующий величине измеренной датчиком 8 плотности, на второй вход блока 29 вычитани , на первый вход которого подаетс  сигнал, соответствующий величине плотности, измеренной датчиком 1, установленным в зоне размещени  входного отверсти  отвод щего трубопровода из приемного резервуара 9. Разностный сигнал на выходе блока 29 вычитани  определ ет величину задающего напр жени  на входе регулирующего блока 30 скорости электродвигател  19 перемещающего насоса 17. Чем выше разность плотностей, тем выше скорость вращени  вала центробежного насоса 17 и тем выше интенсивность перемешивани  навозных стоков в резервуаре 9. Стечением времени разность плотностей между верхней и нижней част ми приемного резервуара 9 уменьшаетс  и происходит снижение интенсивности перемешивани  за счет уменьшени  скорости вращени  электродвигател  насоса 17.The signals from sensors 1-8 are fed to gain elements 21-28, respectively. Then, the amplified signals from these blocks are received, respectively, in the comparison blocks 32-38, where the amplified signals from the ultrasonic sensors are compared with the voltage level set by the unit 31. In the case of maximum filling of the tank 9 with manure drains, i.e. the sensor 8 is immersed, low logic levels of the signal are set at the outputs of the comparison units 32-38. In this case, the analog switch 39 includes the controlled contact, which supplies a signal corresponding to the value measured by density sensor 8 to the second input of subtraction unit 29, to the first input of which a signal is sent corresponding to the density value measured by sensor 1 installed in the area of the inlet opening the discharge pipe from the receiving tank 9. The differential signal at the output of the subtraction unit 29 determines the magnitude of the driving voltage at the input of the regulating unit 30 of the speed of the electric motor 19 17. The higher the density difference, the higher the speed of rotation of the shaft of the centrifugal pump 17 and the higher the intensity of manure mixing in the tank 9. Over time, the density difference between the upper and lower parts of the receiving tank 9 decreases and the mixing intensity decreases by reducing rotation speed of the motor 17.

Вследствие неравномерности поступлени  стоков в приемный резервуар 9, их уровень в течение суток значительно измен етс  и часть ультразвуковых датчиков плотности навозных стоков оказываетс  на воздухе выше уровн  стоков в резервуаре. Так как коэффициент поглощени  ультразвуковыхDue to the irregularity of the flow of effluent into the receiving tank 9, their level during the day varies considerably and some of the ultrasonic sensors of the density of manure drains are exposed to air above the level of effluent in the tank. Since the absorption coefficient of ultrasonic

волн в воздухе намного выше, чем в жидких средах, то на соответствующих выходах элементов 22-28 усилени  по вл ютс  сигналы с уровн ми напр жени , меньшими, чемthe waves in the air are much higher than in liquid media, then at the corresponding outputs of the amplification elements 22-28, signals appear with voltage levels lower than

5 установленные задатчиком 31, что приводит к по влению на выходах соответствующих блоков 32-38 сравнени  сигнала высокого логического уровн . Аналоговый коммутатор 39 включает контакт, соедин ющий вы0 ход соответствующего блока усилени  сигнала верхнего погруженного ультразвукового датчика плотности навозных стоков с вторым входом блока 29 вычитани . На выходе последнего по вл етс  сигнал, ве5 личина которого определ етс  значением разности между плотностью стоков на выходе из резервуара и плотности стоков на уровне верхнего погруженного ультразвукового датчика.5 set by the setting device 31, which leads to the appearance at the outputs of the corresponding blocks 32-38 of the high logic level signal comparison. The analog switch 39 includes a contact connecting the output of the corresponding signal amplification unit of the upper submerged ultrasonic slurry density sensor to the second input of the subtraction unit 29. At the output of the latter, a signal appears, the value of which is determined by the value of the difference between the density of the effluent at the outlet of the reservoir and the density of the effluent at the level of the upper submerged ultrasonic sensor.

0 Пор док работы коммутатора 39 представлен в таблице, В случае максимального заполнени  приемного резервуара ультразвуковые датчики 2-8 наход тс  в погруженном состо нии и на выходах блоков 32-38 сравнени , а0 The order of operation of the switch 39 is presented in the table. In the case of maximum filling of the receiving tank, the ultrasonic sensors 2-8 are in the submerged state and at the outputs of the comparison blocks 32-38, and

5 соответственно, и на входах И -Т7 DD1 имеетс  низкий уровень логического сигнала (перва  строка таблицы). При этом на выходах АО, А1, А2 DD1 и входах А, В и С DD3 имеет комбинацию из трех логических сиг0 налов разного уровн  - В, Н, Н,осуществл етс  замыкание контактов второго канала, соедин ющего только выход элемента 28 усилени  с вторым входом блока 29 вычитани . При понижении уровн  стоков в прием5 ном резервуаре 9 ниже датчика 8 на выходе блока 38 сравнени  по вл етс  высокий уровень логического сигнала (втора  строка таблицы) и происходит включение третьего канала и замыкание контактов, соедин щих только выход элемента 27 усилени  от дат0 чика 7 с блоком 29 вычитани . Таким же образом, в случае дальнейшего снижени  уровн  стоков в приемном резервуаре 9, осуществл етс  подключение только одного из элементов 22- 26 усилени  сигналом от5, respectively, and at the inputs of AND-T7 DD1 there is a low logic level (the first row of the table). At the same time, at the outputs AO, A1, A2 DD1 and inputs A, B and C, DD3 has a combination of three logical signals of different levels - B, H, H - closes the contacts of the second channel connecting only the output of the gain element 28 to the second input block 29 subtraction. When the drain level in the receiving tank 9 drops below the sensor 8, a high level of the logic signal appears at the output of the comparison unit 38 (the second row of the table) and the third channel turns on and closes the contacts connecting only the output of the gain element 27 from the sensor 7 subtraction unit 29. In the same way, in the event of a further decrease in the level of runoff in the receiving tank 9, only one of the amplification elements 22-26 is connected by a signal from

5 датчиков 2-6 к второму входу блока 29 вычитани  через коммутатор 39.5 sensors 2-6 to the second input of subtraction unit 29 via switch 39.

Система позвол ет задавать интенсивность перемешивани  в зависимости от уровн  стоков в приемном резервуаре и отThe system allows you to set the intensity of mixing, depending on the level of effluent in the receiving tank and on

0 разности между плотностью стоков в зоне входа в откачивающий трубопровод и плотностью стоков на уровне погруженного в стоки ультразвукового датчика. Предлагае- ма  система позвол ет сократить энерго5 затраты на поддержание твердых частиц стоков во взвешенном состо нии и на предотвращение выпадени  их в осадок при существующей- неравномерности поступлени 0 the difference between the density of drains in the zone of entry into the pump-out pipeline and the density of drains at the level of the ultrasonic sensor immersed in the drains. The proposed system makes it possible to reduce the energy5 of the cost of maintaining the solid particles of the effluent in a suspended state and preventing them from precipitating at the existing irregularity of the flow.

навозных стоков в приемный резервуар очистных сооружений животноводческих комплексов .manure runoff into the receiving tank of the treatment facilities of livestock breeding complexes.

Claims (2)

Формула изобретени  1. Система управлени  процессом перемешивани  навозных стоков, содержаща  подающий и отвод щий трубопроводы навозных стоков, перемешивающее устройство , установленное в резервуаре навозных стоков и снабженное электродвигателем с регулирующим блоком, блоки измерени , выходами св занные с первыми входами блоков сравнени , вторые входы которых объединены и подключены к выходу задатчика, и блок вычитани , отличающа с  тем, что, с целью повышени  экономичности процесса перемешивани  навозных стоков путем снижени  потреблени  электроэнергии , она снабжена аналоговым коммутатором с управл емыми контактами, а каждый блок измерени  выполнен в виде последовательно соединенных датчика плотностиClaims 1. The manure mixing process control system containing the feed and discharge manure pipelines, the mixing device installed in the manure reservoir and equipped with an electric motor with a regulating unit, measuring units, outputs connected with the first inputs of the comparison units, the second inputs of which combined and connected to the output of the setter, and the subtraction unit, characterized in that, in order to increase the efficiency of the process of mixing manure drains by reducing the sweat electric power children, it is equipped with an analog switch with controlled contacts, and each measurement unit is designed as a series-connected density sensor Примечание. Н- низкий уровень логического сигнала, В- высокий уровень логического сигнала.Note. Н- low level of logic signal, В- high level of logic signal. навозных стоков и элемента усилени , выход которого  вл етс  выходом соответствующего блока измерени , при этом датчик плотности навозных стоков первого блокаslurry and reinforcement element, the output of which is the output of the corresponding measuring unit, while the slurry density sensor of the first block измерени  установлен в зоне входного отверсти  отвод щего трубопровода, а датчики плотности навозных стоков других блоков измерени  расположены в резервуаре навозных стоков в вертикальной плоскости с одинаковым шагом между собой, причем выход первого блока измерени  св зан с первым входом вычитающего блока , с вторым входом которого соединены через соответствующие управл емые контакты аналогового коммутатора выходы остальных блоков измерени , а выход вычитающего блока св зан с входом регулирующего блока.the measurement is installed in the zone of the inlet of the discharge pipeline, and the density sensors of manure from other measurement units are located in the tank of manure drains in a vertical plane with the same pitch, with the output of the first measurement unit connected to the first input of the subtracting unit, the second input of which is connected through the respective controlled contacts of the analog switch, the outputs of the remaining measurement units, and the output of the subtractive unit is connected to the input of the regulating unit. 2. Система по п.1,отличающа с 2. The system according to claim 1, characterized by тем, что датчики плотности навозных стоков выполнены ультразвуковыми.the fact that the sensors density of manure runoff made ultrasonic. //// /4/four К 6л оку 21K 6l oku 21 Фиг. 2FIG. 2 1 -),one -), Л«у29 L "y29