生化池自動測控儀的製作方法
2023-06-10 17:44:46 1
專利名稱:生化池自動測控儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種生化池自動測控儀，包括PLC控制器、採集器和由PLC控制器控制的風機，所述採集器包括甲烷傳感器和檢測生化池沉積物厚度的液位傳感器，甲烷傳感器、液位傳感器均與PLC控制器電信號連接，液位傳感器位於生化池內，風機位於生化池內上方，風機用於稀釋生化池甲烷和排除甲烷爆炸危險，還包括與PLC控制器電信號連接的報警器。本實用新型集成化程度高，安全實用。
【專利說明】生化池自動測控儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種實時監測生化池中可燃氣體濃度的數據的生化池自動測控儀。
【背景技術】
[0002]生化池是一種利用沉澱和厭氧發酵的原理，去除生活汙水中懸浮性有機物的處理設施，屬於初級的過渡性生活處理構築物。生活汙水中含有大量糞便、紙肩、病原蟲等懸浮物固體，濃度一般為100~350mg/L，有機物濃度BOD5在100~400mg/L之間，其中懸浮性的有機物濃度BOD5為50~200mg/L。汙水進入生化池經過12~24h的沉澱，可去除50%~60%的懸浮物。沉澱下來的汙泥經過3個月以上的厭氧發酵分解，使汙泥中的有機物分解成穩定的無機物，易腐敗的生汙泥轉化為穩定的熟汙泥，改變了汙泥的結構，降低了汙泥的含水率，定期將汙泥清掏外運，填埋或用作肥料。
[0003]但是汙泥厭氧發酵分解時，也產生了可燃氣體(主要是甲烷氣體)。
[0004]近年來，我國大中型城市時常出現生化池爆炸事故，例如重慶最近也發生了多起，渝中區南區路147號先後在2002、2003年發生過3次生化池爆炸，2004年8月觀音橋農貿市場發生生化池爆炸，死I人；2004年12月沙坪垻燕渝園生化池爆炸，死I人；2005年I月高新區人和康居還建房生化池爆炸，傷I兒童；2005年4月菜園壩生化池爆炸傷數人……這些爆炸事故的發生大都是由於生化池可燃氣體(主要是甲烷氣體)濃度過高而引起的。由於生化池爆炸事故多發生在人口密集的住宅區，農貿市場等，對人民的生命財產安全造成了很大的危害，嚴重影響社會穩定和居民生命財產安全。其中重要的原因就是傳統的人工監控管理手段落後，致使生化池內可燃氣體濃度過高從而弓I發爆炸事件。
[0005]目前，城市生化池擔負著生活汙水、工業廢水的接納和輸送功能，但由於其相對封閉，環境特殊，汙水中的有機和無機物質在密閉的管道中，在厭氧條件下受微生物作用，會分解產生可燃氣體(主要是甲烷氣體)。如若管理不善，容易造成氣體蓄積，當達到一定濃度後，如遇明火則極易產生爆炸，造成傷亡事故，對人民群眾的人身和財產安全造成危害。近年來重慶、南京、武漢等地先後發生過嚴重的下水道爆炸事故。
[0006]長期以來，由於對生化池、下水道氣體的監測大多採用人工檢查作業模式，工作人員的工作繁重並且信息滯後，無法應對突發狀況引起的生化池、下水道氣體濃度變化；此外工作人員的疏忽粗心也容易導致事故發生。為預防生化池爆炸事件發生，保護環境質量及人民的聲明財產安全，實時監測生化池中可燃氣體(主要是甲烷氣體)的數據已經迫在眉睫。
實用新型內容
[0007]本實用新型意在提供一種生化池自動測控儀，以實時監測生化池中可燃氣體(主要是甲烷氣體)的數據並降低可燃氣體(主要是甲烷氣體)濃度。
[0008]專利方案:本方案中的生化池自動測控儀，包括PLC控制器、採集器和由PLC控制器控制的用於稀釋生化池甲烷和排除甲烷爆炸危險的風機，所述採集器包括甲烷傳感器和檢測生化池沉積物厚度的液位傳感器，甲烷傳感器、液位傳感器均與PLC控制器電信號連接，液位傳感器位於生化池內，風機位於生化池內上方，還包括與PLC控制器電信號連接的報警器。
[0009]與現有技術相比，本實用新型的優點是:甲烷傳感器位於生化池內液面上方，用於檢測生化池內甲烷的濃度，當甲烷傳感器檢測到生化池內的甲烷濃度達到PLC控制器中設定的預警值或者警戒值時，PLC控制器會發出指令控制風機工作，同時控制報警器報警，風機轉動將生化池中的甲烷從生化池的出口排出，從而避免甲烷濃度過高引發爆炸事故，當生化池內的甲烷氣體降到安全值時，PLC控制器會發出指令控制風機停止運轉；當風機因甲烷濃度超高自動啟動運行一段時間後，甲烷氣體沒有下降到最低設定值時，設備自動發出報警信號，以告知值班人員；而液位傳感器則位於生化池底部，用於檢測生化池內液面位置，當液位傳感器檢測到生化池內液面高度達到PLC控制器中設定的預警值或者警戒值時，PLC控制器會發出指令控制報警器報警，現場管理者就可以聯繫人員進行汙泥清掏外運，液面下降也會稀釋甲烷，降低甲烷濃度。
[0010]進一步，所述甲烷傳感器為催化燃燒式傳感器，輸出信號線形好、指數可靠、價格便宜。
[0011 ] 進一步，所述PLC控制器還連接有觸控螢幕和工控機，所述觸控螢幕通過RS232接口與工控機連接，還通過RS485接口與PLC控制器連接，所述工控機通過乙太網接口連接PLC控制器，既可以自動根據濃度、液位控制風機、報警燈，也可以人為根據觸控螢幕上顯示的數據，採取開風機或者聯繫人員進行汙泥清掏外運；此外，管理者可以開啟風機並根據觸控螢幕上顯示的甲烷濃度是否如正常速度下降來判斷通氣管道等的暢通狀況，觸控螢幕、PLC控制器等可以設置在一個箱體中，觸控螢幕位於箱體表面，集成化程度高，安裝拆卸方便；為方便管理，設備設有進入密碼，以防止設定的數據被惡意的更改；本實用新型由於具有豐富的人機界面，不僅可以用來測試各種攪拌站控制軟體，還可進行職工教學，仿真演示，監測站操作員培訓等。測試系統運行效率高，系統安裝，調試周期短；保證了用戶使用方便，操作簡單，達到了易學易用的效果。
[0012]進一步，風機設有多個，可以增強甲烷氣體的排出，從而驅散甲烷，防止因甲烷濃度過高引發爆炸。
[0013]進一步，風機設有四個，其中一個風機朝向出氣口，另外三個風機朝向生化池的液面，所述三個風機呈錐狀分布，三個風機的工作面軸線的交點位於生化池液面下，三個風機從三個角度吹風，可絞繞為一股吹向液面的風，從而攪動液面乃至汙泥，破壞汙泥厭氧發酵分解的環境，減少甲烷的產生，給工作人員爭取應對時間。
[0014]進一步，三個風機的工作面軸線相互之間夾角均為60度，結構穩定，風力均勻。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型實施例的邏輯框圖；
[0016]圖2為本實用新型實施例的結構示意圖；
[0017]圖3為圖2中A部分的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明:
[0019]實施例基本如圖2所示:本方案中的生化池自動測控儀，包括PLC控制器5、繼電器、TH765觸控螢幕6、採集器、指示燈、與PLC控制器5電信號連接的報警器、由PLC控制器5控制的風機3及電源，PLC控制器5包括I/O接口、RS232接口和電源接口，所述採集器包括催化燃燒式傳感器I和檢測生化池4沉積物厚度的PY201液位壓力傳感器2，催化燃燒式傳感器1、PY201液位壓力傳感器2均通過I/O接口與所述的PLC控制器5相連，PY201液位壓力傳感器2位於生化池4內，風機3位於生化池4內上方，所述TH765觸控螢幕6通過RS232接口與所述的PLC控制器5相連；風機3、指示燈和報警器通過所述繼電器經I/O接口與所述的PLC控制器5相連，電源通過電源接口與所述PLC控制器5相連；
[0020]還包括可以實現人機互動的TH765觸控螢幕6，TH765觸控螢幕6與PLC控制器5電信號連接，既可以由PLC自動根據濃度、液位控制風機3、報警燈，也可以人為根據TH765觸控螢幕6上顯示的數據，採取開風機3或者聯繫人員進行汙泥清掏外運；此外，管理者可以開啟風機3並根據TH765觸控螢幕6上顯示的甲烷濃度是否如正常速度下降來判斷通氣管道等的暢通狀況；
[0021]所述PLC控制器5連接觸控螢幕6和工控機7，所述觸控螢幕6通過RS232接口與工控機7連接，還通過RS485接口與PLC控制器5連接，所述工控機7通過乙太網接口連接PLC控制器5。接觸屏6、工控機7和PLC控制器位於櫃體8中。
[0022]如圖2所示，風機3設有四個，其中一個風機3朝向出氣口，如圖3所示，另外三個風機3朝向生化池4的液面，所述三個風機3的中軸線交匯於一點並呈錐狀分布，三個風機3的工作面軸線的交點位於生化池4液面下，三個風機3的工作面軸線相互之間夾角均為60度，三個風機3從三個角度吹風，可絞繞為一股吹向液面的風，從而攪動液面乃至汙泥，破壞汙泥厭氧發酵分解的環境，減少甲烷的產生，給工作人員爭取應對時間；風機3包括殼體、葉片31和位於殼體背面固定風機3的支架32 ;
[0023]催化燃燒式傳感器I位於生化池4內液面上方，用於檢測生化池4內甲烷的濃度，當催化燃燒式傳感器I檢測到生化池4內的甲烷濃度達到PLC控制器5中設定的預警值或者警戒值時，PLC控制器5會發出指令控制風機3工作，風機3轉動將生化池4中的甲烷從生化池4的出口排出，從而避免甲烷濃度過高引發爆炸事故；而PY201液位壓力傳感器2則位於生化池4底部，用於檢測生化池4內液面位置，當PY201液位壓力傳感器2檢測到生化池4內液面高度達到PLC控制器5中設定的預警值或者警戒值時，PLC控制器5會發出指令控制報警器報警，現場管理者就可以聯繫人員進行汙泥清掏外運。
[0024]所述RS232接口，是當前通信工業中應用最廣泛的一種串行標準接口。它採取單端傳送方式，RS232c傳送線上的總負載電容量不褥超過2500pF，若電纜電容為150pF/m(或125pF/m)時，則傳送線的最大長度不應超過15m (或20m)。傳送線長時，電容量增大，數據傳送速率高時，電容的充放電電流增加，以致使接收端(負載端)的信號減弱，嚴重時甚至信號無法辨認，因此最大數據傳送速率(波特率)限制在20KBi怕(20K波特)以下，所以RS232僅適用於本地設備之間的低速通信；所述RS485接口，除了實現「點對多」通信之外，RS485還可以實現「多對多」通信，無論是「點對多」通信還是「多對多」通信，RS485可同時接32個發送器和32個接收器。RS485需要兩個終接電阻接在傳送總線的兩端(在傳送距離小於300米時也可不接)，其阻值要求等於傳送電纜的特性阻抗。
[0025]所述工控機7採用IPC--610型工控機7。IPC--610工控機7:工業控制計算機比普通PC機具有性能穩定、抗震性強，運行可靠(它能夠長時間、不間斷地穩定工作)。本系統所選用的是研華IPC — 610工控機7，此類機型工作可靠性高且帶有14個擴充插槽，具有一定的擴充能力，有利於系統功能的進一步擴充。
[0026]所述PLC控制器5採用德國西門子公司的300系列的PLC控制器5。它控制系統的啟動順序、甲烷濃度信號和生化池4的實時採樣、固態繼電器觸發信號的輸出、保溫時間記時累加及異常情況報警和處理等。系統將實際採樣值與設定值進行比較，根據比較誤差按照一定的控制算法給執行元件(調功櫃)發出控制信號，通過控制固態繼電器觸發信號的有無，來控制風機3的開關，實現對生化池4的監控，維護生化池4的安全運行。
[0027]所述觸控螢幕6採用TH765觸控螢幕6。該觸控螢幕6具有功能強大、控制項外觀設計美觀、使用方便、組態軟體簡單易學等特點，非常適合現代工業自動化的要求。一般的人機界面具有的主要功能有:①指示燈(PLC I，O顯示、內部節點顯示、多段指示燈等)；②開關(位狀態型開關、多段開關、切換窗口開關等)各種動態圖表(棒圖、儀表、移動元件、趨勢圖等)；④數據顯示(數據顯示、ASCII顯示、文字顯示等)；⑤異常報警(報警顯示、跑馬燈顯示、事件顯示等)；⑦靜態顯示(直線、圓、矩形、文字等。)
[0028]工作原理:該測控儀採用PLC控制器5與工控機7 (帶觸控螢幕6)組成兩級計算機甲烷濃度控制系統。PLC控制調功櫃的固態繼電器觸發信號，通過控制固態繼電器觸發信號的有無，來控制風機3的開關，實現生化池4的自動控制。工控機7對生化池4進行實時監控、記錄、查詢和列印等。測控儀控制過程中觸控螢幕6、工控機7和PLC三者之間要進行實時通訊，一方面觸控螢幕6和工控機7要實時獲得PLC採集的數據，並將其顯示出來，同時工控機7或觸控螢幕6也要實時對PLC發出控制命令。PLC控制器5還連接有觸控螢幕6和工控機7，所述觸控螢幕6通過RS232接口與工控機7連接，還通過RS485接口與PLC控制器5連接，形成串行通訊的工作方式，所謂「串行通訊」是指設備間使用兩根數據信號線(可能還需要控制線)一位一位地進行傳輸，每一個數據都佔據一個固定的時間長度，這種通訊方式使用的數據線少、成本低；功率調功櫃採用固態繼電器，對電熱元件實現通斷比控制，消除了移相觸發控制產生諧波對電網的汙染；由於固態繼電器將晶閘管元件和過零檢測、時間比例調節、過電流脈衝封鎖、三相脈衝觸發控制集成一體，集成度高，安裝調試方便，工作可靠，使調功櫃結構大大簡化；觸控螢幕6實現生化池4運行參數設定，在工控機7出現故障的情況下，仍然可以通過觸控螢幕6對生化池4運行參數進行設定，對生化池4內實際情況進行監視，保證甲烷濃度始終保持在安全濃度下。
[0029]以上所述的僅是本實用新型的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本實用新型的保護範圍，這些都不會影響本實用新型實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護範圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的【具體實施方式】等記載可以用於解釋權利要求的內容。
【權利要求】
1.生化池自動測控儀，其特徵在於，包括PLC控制器、採集器和由PLC控制器控制的用於稀釋生化池甲烷和排除甲烷爆炸危險的風機，所述採集器包括甲烷傳感器和檢測生化池沉積物厚度的液位傳感器，甲烷傳感器、液位傳感器均與PLC控制器電信號連接，液位傳感器位於生化池內，風機位於生化池內上方，還包括與PLC控制器電信號連接的報警器，所述PLC控制器還連接有觸控螢幕和工控機，所述觸控螢幕通過RS232接口與工控機連接，還通過RS485接口與PLC控制器連接，所述工控機通過乙太網接口連接PLC控制器，風機設有四個，其中一個風機朝向出氣口，另外三個風機朝向生化池的液面，所述三個風機呈錐狀分布，三個風機的工作面軸線的交點位於生化池液面下。2.根據權利要求1所述的生化池自動測控儀，其特徵在於，三個風機的工作面軸線相互之間夾角均為60度。
【文檔編號】G05D11-13GK204287993SQ201420480917
【發明者】胥洪凱 [申請人]胥洪凱