馬瑛超 張?chǎng)窝? 熊露露 高照普

摘? ? 要：首先在Fluence軟件支持下的對(duì)UASB全反應(yīng)器進(jìn)行全套的流體設(shè)計(jì)，優(yōu)化反應(yīng)器的布水運(yùn)行條件與流體控制方式，隨后在現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)主體設(shè)備的設(shè)計(jì)與拼接方式上，基于3Dmax軟件實(shí)現(xiàn)核心組件的模型建立及反應(yīng)器主體的立體模型構(gòu)架，并進(jìn)一步在BIM模擬軟件上進(jìn)行相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)及優(yōu)化。其次， 根據(jù)優(yōu)化后的反應(yīng)器核心星輪布水裝置和反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)，對(duì)關(guān)鍵位置的控制儀表和電器儀表進(jìn)行配套和選型，構(gòu)筑可用于PLC編程的電器邏輯架構(gòu)圖，最后，開(kāi)發(fā)手機(jī)APP程序，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制端和手機(jī)移動(dòng)端的實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控能力。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程操控;UASB厭氧反應(yīng)器

1? 引言

本項(xiàng)目的執(zhí)行，將環(huán)保高濃化工污水的厭氧處理技術(shù)、設(shè)備定向開(kāi)發(fā)技術(shù)、自控設(shè)計(jì)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)融為一體，通過(guò)流體設(shè)計(jì)，BIM設(shè)計(jì)，自控設(shè)計(jì)和遙控設(shè)計(jì)多種設(shè)計(jì)思路有效貫通，實(shí)現(xiàn)環(huán)保工程專(zhuān)用設(shè)備在“互聯(lián)網(wǎng)+”的顛覆性創(chuàng)新。

2? 研制背景及意義

目前UASB的布水器均存在布水不均勻、可操控性差、自控能力低等問(wèn)題，從而導(dǎo)致了污水厭氧處理效果低，出水水質(zhì)難以保證的現(xiàn)狀[1] [2]。為了解決這些問(wèn)題我們創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程操控型配置星輪式布水?dāng)嚢柩b置的UASB厭氧反應(yīng)器[3]，通過(guò)對(duì)布水裝置的二次設(shè)計(jì)杜絕了布水盲區(qū)從而提升了布水效果，有效實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)，節(jié)省運(yùn)行能源成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。通過(guò)自控儀表和電氣儀表的有機(jī)搭配實(shí)現(xiàn)了自控程度的升級(jí)采用自行開(kāi)發(fā)的手機(jī)APP能夠?qū)崿F(xiàn)將反應(yīng)器運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器的方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程顯示和動(dòng)力控制，提升了技術(shù)人員對(duì)反應(yīng)器的控制能力和信息傳輸速率，突破了空間和時(shí)間對(duì)人機(jī)交互的限制。如圖1所示。

3? 設(shè)計(jì)方案

3.1? 流體部分

首先在Fluence軟件支持下的對(duì)UASB全反應(yīng)器進(jìn)行全套的流體設(shè)計(jì)，優(yōu)化反應(yīng)器的布水運(yùn)行條件與流體控制方式，開(kāi)展基于Fluence軟件支持下的流體設(shè)計(jì)，提出反應(yīng)器的運(yùn)行條件與操作條件。通過(guò)自定義函數(shù)改進(jìn)優(yōu)化模型，利用豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法和強(qiáng)大的后處理功能，個(gè)性化處理得到星輪式布水?dāng)嚢柩b置、UASB厭氧反應(yīng)器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。如圖2所示。

3.2? 機(jī)械部分

對(duì)于處理高濃度廢水，對(duì)布水裝置進(jìn)行優(yōu)化，使布水器每轉(zhuǎn)動(dòng)一次可實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的布水和攪拌過(guò)程，既杜絕了布水盲點(diǎn)和反應(yīng)盲區(qū)的產(chǎn)生，又保證了污水和厭氧污泥均勻的混合，達(dá)到一舉兩得的作用。裝置的二次設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)，提高了運(yùn)行效率，節(jié)省運(yùn)行能源成本。

4? 電器與自控設(shè)計(jì)

4.1? 攪拌電機(jī)

本設(shè)計(jì)采用s7—200PLC為核心的對(duì)液體流量進(jìn)行控制以及根據(jù)流量對(duì)攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制設(shè)計(jì)出了一款自動(dòng)化程度高、布水設(shè)計(jì)合理的一種攪拌裝置。

4.2? 布水器自控設(shè)計(jì)

使用紅外傳感器adc采集，通過(guò)采集得到我們需要的模擬量，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 通過(guò)程序?yàn)V波數(shù)據(jù)處理，然后得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)然后處理，分別給兩個(gè)電機(jī)pwm控制。對(duì)ad值的處理函數(shù)，并且對(duì)計(jì)算左右電機(jī)的占空比并進(jìn)行控制。采用電機(jī)位置式pid控制方法進(jìn)行電機(jī)閉環(huán)控制并且采用了變積分法的pid算法能迅速達(dá)到想要的速度值。

然后通過(guò)串行通信程序來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸，有利于遠(yuǎn)程操作。

可以利用MATLAB仿真電機(jī)速度變化曲線，可以調(diào)至輸出速度穩(wěn)定在設(shè)定速度上，同時(shí)也可以用MATLAB進(jìn)行繪圖觀測(cè)數(shù)據(jù)變化，能夠更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4.3? 遠(yuǎn)程操控設(shè)計(jì)

此套設(shè)備基于安卓8.0系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有觸控調(diào)節(jié)功能的顯示操控軟件，并具備分塊顯示和數(shù)據(jù)累計(jì)顯示的功能; 面向攪拌裝置設(shè)計(jì)、研發(fā)云應(yīng)用軟件與平臺(tái)，進(jìn)行基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心建設(shè)，為工業(yè)遠(yuǎn)程智能控制與服務(wù)奠定裝備與工具基礎(chǔ);通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)與PLC的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器同時(shí)與手機(jī)APP的同步顯示和動(dòng)力控制。通過(guò)藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制污泥處理裝置，使其能精準(zhǔn)的控制實(shí)現(xiàn)想要的操作。

5? 結(jié)束語(yǔ)

（1）從基于FLUENCE軟件模擬結(jié)果可以看出，如果進(jìn)口流速和攪拌轉(zhuǎn)速合適，污水和污泥接觸的很完全，無(wú)布水盲區(qū)的產(chǎn)生，對(duì)比以往布水存在的缺陷，能夠個(gè)性高效的解決布水不均問(wèn)題;（2）通過(guò)對(duì)布水器各個(gè)動(dòng)作情況逐一進(jìn)行觀察、分析，綜合考慮了各方面的因素，確定三相交流電機(jī)、水泵的選型，使得布水器控制靈活、調(diào)速性能好、啟動(dòng)力矩大、可以均勻而經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、且?guī)ж?fù)載能力相對(duì)于直流電機(jī)較為穩(wěn)定。使用紅外傳感器adc采集，利用MATLAB仿真電機(jī)速度變化曲線，能夠更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;（3）數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器同時(shí)與手機(jī)APP的同步顯示和動(dòng)力控制，突破了空間和時(shí)間的限制，提升裝置的可操控性。

6? 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

（1）具有高度的靈活性，可轉(zhuǎn)換不同的模式來(lái)應(yīng)對(duì)不同的情況，從而保證污水的高處理率。當(dāng)進(jìn)水主管內(nèi)只有高濃度污水而無(wú)回流水進(jìn)入時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)的主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化攪拌的作用。（2）項(xiàng)目應(yīng)用面廣，可分別有針對(duì)性的滿(mǎn)足淀粉生產(chǎn)企業(yè)，石化企業(yè)，抗生素制藥企業(yè)，造紙企業(yè)等一系列企業(yè)高濃度污水處理的需求。（3）可進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。設(shè)置電控閥門(mén)以實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制， 采用變頻電極實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制等等。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)與PLC的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器同時(shí)與手機(jī)APP的同步顯示和動(dòng)力控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 白楊青，郭亞兵，胡蓓蓓. UASB布水器的改進(jìn)設(shè)計(jì)[D].太原科技大學(xué)，2010.

[2] 張康.常溫下UASB反應(yīng)器處理城市生活污水實(shí)驗(yàn)的研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[3] 齊元峰.一種星輪式布水?dāng)嚢柩b置.UASB厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用方法.2018.05.21：專(zhuān)利號(hào)CN108609732A.

作者簡(jiǎn)介：

馬瑛超（1998—）女，漢族，山東煙臺(tái)，青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院在讀本科生，青島266000。