馬瑛超 張鑫洋 熊露露 高照普

摘? ? 要：首先在Fluence軟件支持下的對UASB全反應(yīng)器進(jìn)行全套的流體設(shè)計，優(yōu)化反應(yīng)器的布水運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)計與拼接方式上，基于3Dmax軟件實現(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)機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、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，開發(fā)手機APP程序，通過物聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)現(xiàn)場PLC控制端和手機移動端的實時信號傳輸，實現(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)備定向開發(fā)技術(shù)、自控設(shè)計技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)融為一體，通過流體設(shè)計，BIM設(shè)計，自控設(shè)計和遙控設(shè)計多種設(shè)計思路有效貫通，實現(xiàn)環(huán)保工程專用設(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]。為了解決這些問題我們創(chuàng)新性的設(shè)計了一套遠(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]，通過對布水裝置的二次設(shè)計杜絕了布水盲區(qū)從而提升了布水效果，有效實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)，節(jié)省運行能源成本，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。通過自控儀表和電氣儀表的有機搭配實現(xiàn)了自控程度的升級采用自行開發(fā)的手機APP能夠?qū)崿F(xiàn)將反應(yīng)器運行數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器的方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時遠(yuǎn)程顯示和動力控制，提升了技術(shù)人員對反應(yīng)器的控制能力和信息傳輸速率，突破了空間和時間對人機交互的限制。如圖1所示。

3? 設(shè)計方案

3.1? 流體部分

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

3.2? 機械部分

對于處理高濃度廢水，對布水裝置進(jìn)行優(yōu)化，使布水器每轉(zhuǎn)動一次可實現(xiàn)一個完整的布水和攪拌過程，既杜絕了布水盲點和反應(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)計有效實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)，提高了運行效率，節(jié)省運行能源成本。

4? 電器與自控設(shè)計

4.1? 攪拌電機

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

4.2? 布水器自控設(shè)計

使用紅外傳感器adc采集，通過采集得到我們需要的模擬量，然后通過A/D轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 通過程序濾波數(shù)據(jù)處理，然后得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)然后處理，分別給兩個電機pwm控制。對ad值的處理函數(shù)，并且對計算左右電機的占空比并進(jìn)行控制。采用電機位置式pid控制方法進(jìn)行電機閉環(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。

然后通過串行通信程序來進(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，同時也可以用MATLAB進(jìn)行繪圖觀測數(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

此套設(shè)備基于安卓8.0系統(tǒng)開發(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)累計顯示的功能; 面向攪拌裝置設(shè)計、研發(fā)云應(yīng)用軟件與平臺，進(jìn)行基于云計算的數(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);通過物聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)與PLC的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器同時與手機APP的同步顯示和動力控制。通過藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制污泥處理裝置，使其能精準(zhǔn)的控制實現(xiàn)想要的操作。

5? 結(jié)束語

（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，無布水盲區(qū)的產(chǎn)生，對比以往布水存在的缺陷，能夠個性高效的解決布水不均問題;（2）通過對布水器各個動作情況逐一進(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、水泵的選型，使得布水器控制靈活、調(diào)速性能好、啟動力矩大、可以均勻而經(jīng)濟(jì)的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、且?guī)ж?fù)載能力相對于直流電機較為穩(wěn)定。使用紅外傳感器adc采集，利用MATLAB仿真電機速度變化曲線，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)器同時與手機APP的同步顯示和動力控制，突破了空間和時間的限制，提升裝置的可操控性。

6? 創(chuàng)新點及應(yīng)用前景

（1）具有高度的靈活性，可轉(zhuǎn)換不同的模式來應(yīng)對不同的情況，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回流水進(jìn)入時，通過調(diào)節(jié)變頻調(diào)速電機帶動的主動齒輪的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)強化攪拌的作用。（2）項目應(yīng)用面廣，可分別有針對性的滿足淀粉生產(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)置電控閥門以實現(xiàn)對流量的控制， 采用變頻電極實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制等等。通過物聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)與PLC的架構(gòu)，將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器同時與手機APP的同步顯示和動力控制。

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[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驗的研究[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：專利號CN108609732A.

作者簡介：

馬瑛超（1998—）女，漢族，山東煙臺，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。