遠程操控型配置星輪式布水攪拌裝置的UASB厭氧反應器

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全反應器進行全套的流體設計，優化反應器的布水運行條件與流體控制方式，隨后在現有鋼結構主體設備的設計與拼接方式上，基于3Dmax軟件實現核心組件的模型建立及反應器主體的立體模型構架，并進一步在BIM模擬軟件上進行相應機械結構的設計、改進及優化。其次， 根據優化后的反應器核心星輪布水裝置和反應器主體結構，對關鍵位置的控制儀表和電器儀表進行配套和選型，構筑可用于PLC編程的電器邏輯架構圖，最后，開發手機APP程序，通過物聯網模塊實現現場PLC控制端和手機移動端的實時信號傳輸，實現遠程操控能力。

關鍵詞：遠程操控;UASB厭氧反應器

1? 引言

本項目的執行，將環保高濃化工污水的厭氧處理技術、設備定向開發技術、自控設計技術和物聯網技術等多種技術融為一體，通過流體設計，BIM設計，自控設計和遙控設計多種設計思路有效貫通，實現環保工程專用設備在“互聯網+”的顛覆性創新。

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，從而導致了污水厭氧處理效果低，出水水質難以保證的現狀[1] [2]。為了解決這些問題我們創新性的設計了一套遠程操控型配置星輪式布水攪拌裝置的UASB厭氧反應器[3]，通過對布水裝置的二次設計杜絕了布水盲區從而提升了布水效果，有效實現綠色節能的目標，節省運行能源成本，實現經濟效益和環境效益的雙贏。通過自控儀表和電氣儀表的有機搭配實現了自控程度的升級采用自行開發的手機APP能夠實現將反應器運行數據上傳至服務器的方式實現了數據的實時遠程顯示和動力控制，提升了技術人員對反應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? 設計方案

3.1? 流體部分

首先在Fluence軟件支持下的對UASB全反應器進行全套的流體設計，優化反應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計，提出反應器的運行條件與操作條件。通過自定義函數改進優化模型，利用豐富的物理模型、先進的數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攪拌裝置、UASB厭氧反應器的各項數據。如圖2所示。

3.2? 機械部分

對于處理高濃度廢水，對布水裝置進行優化，使布水器每轉動一次可實現一個完整的布水和攪拌過程，既杜絕了布水盲點和反應盲區的產生，又保證了污水和厭氧污泥均勻的混合，達到一舉兩得的作用。裝置的二次設計有效實現綠色節能的目標，提高了運行效率，節省運行能源成本。

4? 電器與自控設計

4.1? 攪拌電機

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

4.2? 布水器自控設計

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轉換 轉換成數字量 通過程序濾波數據處理，然后得到相應的數據然后處理，分別給兩個電機pwm控制。對ad值的處理函數，并且對計算左右電機的占空比并進行控制。采用電機位置式pid控制方法進行電機閉環控制并且采用了變積分法的pid算法能迅速達到想要的速度值。

然后通過串行通信程序來進行遠程的數據傳輸，有利于遠程操作。

可以利用MATLAB仿真電機速度變化曲線，可以調至輸出速度穩定在設定速度上，同時也可以用MATLAB進行繪圖觀測數據變化，能夠更好的進行數據處理。

4.3? 遠程操控設計

此套設備基于安卓8.0系統開發具有觸控調節功能的顯示操控軟件，并具備分塊顯示和數據累計顯示的功能; 面向攪拌裝置設計、研發云應用軟件與平臺，進行基于云計算的數據中心建設，為工業遠程智能控制與服務奠定裝備與工具基礎;通過物聯網模塊實現與PLC的架構，將數據上傳至服務器同時與手機APP的同步顯示和動力控制。通過藍牙遠程控制污泥處理裝置，使其能精準的控制實現想要的操作。

5? 結束語

（1）從基于FLUENCE軟件模擬結果可以看出，如果進口流速和攪拌轉速合適，污水和污泥接觸的很完全，無布水盲區的產生，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、調速性能好、啟動力矩大、可以均勻而經濟的實現轉速調節、且帶負載能力相對于直流電機較為穩定。使用紅外傳感器adc采集，利用MATLAB仿真電機速度變化曲線，能夠更好的進行數據處理;（3）數據上傳至服務器同時與手機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? 創新點及應用前景

（1）具有高度的靈活性，可轉換不同的模式來應對不同的情況，從而保證污水的高處理率。當進水主管內只有高濃度污水而無回流水進入時，通過調節變頻調速電機帶動的主動齒輪的轉速可實現強化攪拌的作用。（2）項目應用面廣，可分別有針對性的滿足淀粉生產企業，石化企業，抗生素制藥企業，造紙企業等一系列企業高濃度污水處理的需求。（3）可進行遠程操控。設置電控閥門以實現對流量的控制， 采用變頻電極實現轉速的控制等等。通過物聯網模塊實現與PLC的架構，將數據上傳至服務器同時與手機APP的同步顯示和動力控制。

參考文獻：

[1] 白楊青，郭亞兵，胡蓓蓓. UASB布水器的改進設計[D].太原科技大學，2010.

[2] 張康.常溫下UASB反應器處理城市生活污水實驗的研究[D].廣東工業大學，2018.

[3] 齊元峰.一種星輪式布水攪拌裝置.UASB厭氧反應器及其應用方法.2018.05.21：專利號CN108609732A.

作者簡介：

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