CN202771228U - 一种城市生活污泥堆肥处理控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，属于环保技术领域，该系统主要包括：混合器、输送器、翻堆器和设置在翻堆器进出口的进气/排气风机，可编程逻辑控制器、报警装置、温湿度控制器，以及温/湿度探头、温度传感器、氧气浓度传感器和多个控制按钮；可编程逻辑控制器通过控制按钮分别与混合器、输送器、翻堆器的驱动电机、进气风机，以及进/出口的氧浓度传感器、报警装置，以及温度传感器相连；温湿度控制器分别与设置在翻堆器上的温/湿度探头、排气风机相连。本实用新型可以有效地控制污泥堆肥的发酵过程，达到加快发酵时间，提高发酵质量，改善发酵效率，简化操作过程，并且能够实时的对发酵过程进行监控以满足用户的各种要求。

Description

一种城市生活污泥堆肥处理控制系统

技术领域

本实用新型属于环保技术领域，特别涉及生活污水等废弃物的处理设备。

背景技术

随着城市建设的快速发展，与之相应的生活污水等废弃物的处理也逐年加大。但是以前可以仅仅选用填埋处理的污水处理产物之一——污泥的处理也成为城市环保领域发展的掣肘。污泥由于其含水率高（大部分高于80%），粘性大，有害物多，恶臭等特性，十分难于处理。目前处理的方式多样，相对而言环境较为友好的处理方式为生物处理方式。其中好氧处理方式多选用堆肥方式。由于堆肥手段还仅仅停留在过去对农用废弃物处理的方式，加上污泥与农用废弃物存在一定的理化差异，所以，开发高效的污泥好氧生物处理方式，成为许多相关单位研究的重点。

污泥好氧方式处理的难点主要是污泥粘度大，含水率高，导致通风曝气效果不佳。故如何提高好氧处理过程中通风曝气效率，是污泥是否能成功快速好氧发酵的关键。而且污泥在发酵过程中，传统形式一般选用条垛式或槽式堆肥形式，选用自然通风曝气或底部曝气方式进行好氧堆肥，曝气方式一般为经验式、单纯氧含量控制或单纯温度控制；堆肥过程中翻堆进程一般为人工经验控制，翻堆形式为铲车或移动式翻堆设备。整体工艺上控制系统上设计都比较粗放简单，往往容易造成堆肥失败，或厌氧过度臭气产量过大等问题。本实用新型正是为了解决这些问题而进行了多因素联合控制系统设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，可以有效地控制污泥堆肥的发酵过程，达到加快发酵时间，提高发酵质量，改善发酵效率，简化操作过程，并且能够实时的对发酵过程进行监控以满足用户的各种要求。

本实用新型设计的一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，该系统主要包括：主要由依次相连的混合器、输送器、翻堆器和设置在翻堆器进出口的进气/排气风机组成的堆肥处理装置，和主要由可编程逻辑控制器、报警装置、温湿度控制器，以及温/湿度探头、温度传感器、氧气浓度传感器和多个控制按钮组成的控制装置；所述可编程逻辑控制器通过控制按钮分别与堆肥处理装置的混合器、输送器、翻堆器的驱动电机、进气风机，以及设置在翻堆器进/出口的氧浓度传感器相连；所述可编程逻辑控制器还与设置在翻堆器上的温度传感器相连；所述的温湿度控制器分别与设置在翻堆器上的温/湿度探头、排气风机相连。

所述系统还可包括一控制柜，所述可编程逻辑控制器、温湿度控制器安装在该控制柜中，所述多个控制按钮安装在控制柜的面板上，该面板还设置可编程逻辑控制器的控制操作屏。

所述多个控制按钮可包括曝气进程停止按钮、曝气进程启动按钮、翻堆进程停止按钮、翻堆进程启动按钮、排气进程停止按钮、排气进程启动按钮、曝气进程手动-自动旋钮、翻堆进程手动-自动旋钮、排气进程手动-自动旋钮、混合进程停止按钮、混合进程启动按钮、输送进程停止按钮、输送进程启动按钮；其中，可编程逻辑控制器通过曝气进程停止按钮、曝气进程启动按钮、和曝气进程手动-自动旋钮与进气风机相连；可编程逻辑控制器通过翻堆进程停止按钮、翻堆进程启动按钮和翻堆进程手动-自动旋钮与翻堆器相连；可编程逻辑控制器还与设置在翻堆器上的温度探头、湿度探头相连；温度控制器通过排气进程停止按钮、排气进程启动按钮和排气进程手动-自动旋钮与排气风机相连；混合进程停止按钮、混合进程启动按钮与输送器驱动电机机相连；输送进程停止按钮、输送进程启动按钮与混合器驱动电机相连。

温度传感器可包括检测堆体中心温度的温度传感器和检测堆体边缘温度的温度传感器。

该系统还可包括安装在控制柜面板上且与可编程逻辑控制器相连的报警装置、打印机、电压表、电流表和电压转换开关。

本实用新型的特点及有益效果：

本实用新型的污泥堆肥处理控制系统，为多因素整合性控制系统，由于选用了PLC(可编程逻辑控制器)对各因素进行数值转换和控制，人工操作上反而十分简便；为了方便实际应用，在本系统工作也设计了手动、自动切换模式，以适应用户的各种要求。本实用新型操作简便、自动化程度高、可通过多参数测量自动对曝气时间频率进行调节，可以有效地控制污泥堆肥的发酵过程，达到加快发酵时间，提高发酵质量，改善发酵效率，简化操作过程，能有效的节省人力，提高工作效率，还能利用PLC(可编程逻辑控制器)上的触摸屏配合打印机对实时数值进行打印以供查询及备案。并且能够实时的对发酵过程进行监控以满足用户的各种要求。

附图说明

图1为本实用新型结构图。

具体实施方式

本实用新型设计的一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型设计的一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，该系统主要包括：主要由依次相连的混合器、输送器、翻堆器和设置在翻堆器进出口的进气/排气风机组成的堆肥处理装置，和主要由可编程逻辑控制器、报警装置、温湿度控制器，以及温/湿度探头、温度传感器、氧气浓度传感器和多个控制按钮组成的控制装置；所述可编程逻辑控制器通过控制按钮分别与堆肥处理装置的混合器、输送器、翻堆器的驱动电机、进气风机，以及设置在翻堆器进/出口的氧浓度传感器相连；所述可编程逻辑控制器还与报警装置，以及设置在翻堆器上的温度传感器相连；所述的温湿度控制器分别与设置在堆肥器上的温/湿度探头、排气风机相连。

本实用新型的处理控制系统实施例结构如图1所示，该系统由电压表1、电流表2、电压转换开关3、报警装置4、温湿度控制器5、PLC(可编程逻辑控制器)6、打印机7、曝气进程停止按钮8、曝气进程启动按钮9、翻堆进程停止按钮10、翻堆进程启动按钮11、排气进程停止按钮12、排气进程启动按钮13、曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16、混合进程停止按钮17、混合进程启动按钮18、输送进程停止按钮19、输送进程启动按钮20、控制柜21、混合器减速机22、混合器23、输送器减速机24、输送器25、排气风机26、出气口氧浓度传感器27、堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29、温度探头30、湿度探头31、翻堆器减速机32、翻堆器33、进气口氧浓度传感器34、进气风机35组成。

所述实用新型控制装置中出气口氧浓度传感器27、堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29、进气口氧浓度传感器34与PLC(可编程逻辑控制器)6相连；PLC(可编程逻辑控制器)6与报警装置4、曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16相连；温度探头30、湿度探头31与温湿度控制器5相连；PLC(可编程逻辑控制器)6、曝气进程停止按钮8、曝气进程启动按钮9、进气风机35与曝气进程手动-自动旋钮14相连；PLC(可编程逻辑控制器)6、翻堆进程停止按钮10、翻堆进程启动按钮11、翻堆器减速机32与翻堆进程手动-自动旋钮15相连；温湿度控制器5、排气进程停止按钮12、排气进程启动按钮13、排气风机26与排气进程手动-自动旋钮16相连；混合器减速机22与混合进程停止按钮17、混合进程启动按钮18相连；输送器减速机24与输送进程停止按钮19、输送进程启动按钮20相连。

所述电压表1、电流表2、电压转换开关3、报警装置4、温湿度控制器5、PLC(可编程逻辑控制器)6、打印机7、曝气进程停止按钮8、曝气进程启动按钮9、翻堆进程停止按钮10、翻堆进程启动按钮11、排气进程停止按钮12、排气进程启动按钮13、曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16、混合进程停止按钮17、混合进程启动按钮18、输送进程停止按钮19、输送进程启动按钮20安装在控制柜21上，其安装位置如图1所示。

所述混合器减速机22安装在混合器23上。

所述输送器减速机24安装在输送器25上。

所述电压表1、电流表2与电压转换开关3均采用常规产品，三者组合使用负责转换测量接入控制柜的三相电压电流。

所述排气风机26、出气口氧浓度传感器27、堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29、温度探头30、湿度探头31、翻堆器减速机32、进气口氧浓度传感器34、进气风机35安装在翻堆器33上，其安装位置如图1所示。

所述实用新型的控制装置都安装在控制柜21中，通过控制柜21对混合器23、输送器25、翻堆器33进行控制。混合器23进口为待处理物料的进口；翻堆器33出口为处理后的物料出口；由输送器25将混合器23中预混后的物料输送至翻堆器33中。

所述实用新型对混合器23为纯手动开关控制，由混合进程启动按钮18、混合进程停止按钮17对混合器减速机22进行停启控制。

所述实用新型对输送器25为纯手动开关控制，由输送进程启动按钮20、输送进程停止按钮19对输送机减速机24进行停启控制。

所述实用新型控制装置对翻堆器33的曝气、翻堆、排气三个进程进行控制，三个进程皆为手动-自动转换控制，其中曝气、翻堆二个进程由PLC(可编程逻辑控制器)6负责自动控制，排气进程由温湿度控制器5负责自动控制。

所述实用新型控制装置对曝气进程的控制，由曝气进程手动-自动旋钮14负责进行手动-自动控制的切换。手动控制时由曝气进程启动按钮9、曝气进程停止按钮8控制进气风机35的停启；自动控制时为温度控制与氧浓度时间控制联合控制PLC(可编程逻辑控制器)6负责曝气进程的自动控制。温度控制由堆体中心温度传感器28采集温度数值，而后将数值发送至PLC(可编程逻辑控制器)6，通过PLC(可编程逻辑控制器)6中设定的数值来判断是否进行氧浓度时间控制。当PLC(可编程逻辑控制器)6接收到的数值高于设定值时，进气风机35就常开。当PLC(可编程逻辑控制器)6接收到的数值低于设定值时，根据氧浓度时间控制的方式控制进气风机35运行和停止。氧浓度时间控制由出气口氧浓度传感器27、进气口氧浓度传感器34采集出气口与进气口的氧浓度数值，而后将数值发送至PLC(可编程逻辑控制器)6，通过PLC(可编程逻辑控制器)6中设定的公式：

$\frac{d\left(O_2\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{Q\·(O_{2\left(\mathrm{in}\right)}-O_{2\left(\mathrm{out}\right)})-\mathrm{Cox}\·\frac{d\left(\mathrm{BVS}\right)}{\mathrm{dt}}}{V_r\·e}$

式中：O₂(in)——进气口的有效氧气量（kgO₂／m³）；

O₂(out)——出气口的有效氧气量（kgO₂／m³）；

Ｑ——空气的单位体积流动速度(m³／h)

Cox—单位氧气产率（kgO₂／kg氧化的BVS）

BVS—可降解有机物

由此公式计算出曝气的时间频率数值，通过此数值对PLC(可编程逻辑控制器)6内置时间继电器进行设定来控制进气风机35的间断启停。

所述实用新型控制装置对翻堆进程的控制，由翻堆进程手动-自动旋钮15负责进行手动-自动控制的切换。手动控制时由翻堆进程启动按钮11、翻堆进程停止按钮10控制翻堆器减速机32的启停；自动控制时由堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29采集堆体中心与堆体边缘的温度数值，而后将数值发送至PLC(可编程逻辑控制器)6，通过PLC(可编程逻辑控制器)6中设定的程序计算出温度差值，用温度差值与设定的数值比较来判断是否进行间断启停控制。当程序计算出的温度差值高于PLC(可编程逻辑控制器)6中的设定值，且曝气进程在有效时间范围内不能有效减少温度差值时，翻堆器减速机32就常开进行翻堆以减少温度差值；当程序计算出的温度差值低于PLC(可编程逻辑控制器)6中的设定值时，通过PLC(可编程逻辑控制器)6内置时间继电器上的设定对翻堆器减速机32进行间断启停控制。

所述实用新型控制装置对排气进程的控制，由排气进程手动-自动旋钮16负责进行手动-自动控制的切换。手动控制时由排气进程启动按钮13、排气进程停止按钮12控制排气风机26的停启；自动控制时由温度探头30、湿度探头31采集翻堆器内的温度、湿度数值，而后将数值发送至温湿度控制器5通过温湿度控制器5设定的数值与采集的数值比较进行启停控制。当温湿度控制器5接收到的数值大于设定值时排气风机26启动，低于设定值时排气风机26停止。

所述实用新型控制装置还设有报警功能的报警装置。

所述报警功能随曝气、翻堆二个进程启动而启动，由堆体中心温度传感器28采集堆体中心的温度数值发送至PLC(可编程逻辑控制器)6中，PLC(可编程逻辑控制器)6将从堆体中心温度传感器28处收到的数值和PLC(可编程逻辑控制器)6通过设定值生成曲线进行比较，当收到的数值超出了设定的曲线变化范围时，开启报警装置4进行报警。

本实施例中各器件的具体选用的产品说明如下：

所述电压表1选用正泰的电压表6L2-V450V，所述电流表2选用正泰的电流表6L2-A50/5A，所述电压转换开关3选用正泰的转换开关LW5/16YH3-3。所述报警装置4选用上海二工的蜂鸣器AD16-22SM。所述温湿度控制器5选用北京北方大河的温湿度控制器HT10-1MN，所述温度探头30、湿度探头31为温湿度控制器HT10-1MN自带。所述PLC(可编程逻辑控制器)6选用西门子S7-200系列，配有触摸屏、模拟量输入模块、温度输入模块。所述打印机7选用天津顾铭的嵌进式微型热敏打印机GMP-I6。所述曝气进程停止按钮8、翻堆进程停止按钮10、排气进程停止按钮12选用施耐德按钮XB2EA14红，所述曝气进程启动按钮9、翻堆进程启动按钮11、排气进程启动按钮13选用施耐德按钮XB2EA135绿。所述曝气进程手动-自动旋钮14，翻堆进程手动-自动旋钮15，排气进程手动-自动旋钮16选用施耐德旋钮XB2ED21C。所述混合进程停止按钮17、输送进程停止按钮19选用施耐德的带灯按钮XB2EW33M1C绿，所述混合进程启动按钮18、输送进程启动按钮20选用施耐德的带灯按钮XB2EW34M1C红。所述控制柜21为自制采用不锈钢制作。所述混合器减速机22选用杰牌传动的JRTFAF87D112M4/56.75/4KW减速机。所述混合器23为自制已申请专利，专利号为201120519095.X。所述输送器减速机24选用杰牌传动的JRTFAF57D80N4/0.75/68.22减速机。所述输送器25为自制采用U型槽单螺旋结构。所述排气风机26选用卡固电设的KA1238HA3-2(IP55)Mg风机。所述堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29选用杭州热电偶厂的铂电阻WZP3-330。所述出气口氧浓度传感器27、进气口氧浓度传感器34选用科力恒氧浓度探测仪SP-4101。所述翻堆器减速机32选用杰牌传动的JRTFAF107/132M4/7.5kw减速机。所述翻堆器33为自制已申请专利，专利号为ZL201120011045.0。所述进气风机35选用上海应达风机厂的9-19型离心风机。

所述打印机7嵌进式微型热敏打印机GMP-I6与西门子S7-200系列PLC配备的触摸屏相连，可对西门子S7-200系列PLC的数据进行打印。

所述PLC(可编程逻辑控制器)6西门子S7-200系列，通过触摸屏进行参数设定。

本实用新型的工作过程为：将污泥物料放入混合器23的进口，按下混合进程启动按钮18对物料进行预混并送入输送器25中，当物料进入输送器25后按下输送进程启动按钮20将预混后的物料输送至翻堆器33中。当全部物料预混完成后按下混合进程停止按钮17停止混合器23运行；当全部物料输送至翻堆器33后按下输送进程停止按钮19停止输送器25运行，当全部物料进入翻堆器33后操作曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16三个旋钮，选择手动或自动控制。

手动控制时将曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16三个旋钮转到手动位置，然后按照堆肥的要求对曝气进程停止按钮8、曝气进程启动按钮9、翻堆进程停止按钮10、翻堆进程启动按钮11、排气进程停止按钮12、排气进程启动按钮13进行操作控制翻堆器33运行直到堆肥完成。

自动控制时将曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15、排气进程手动-自动旋钮16三个旋钮转到自动位置，堆体中心温度传感器28、堆体边缘温度传感器29、出气口氧浓度传感器27、进气口氧浓度传感器34开始采集数值并发送至PLC(可编程逻辑控制器)6，然后通过PLC(可编程逻辑控制器)6上的设定对翻堆器33运行进行控制，而当堆肥中温度异常时PLC(可编程逻辑控制器)6接收到堆体中心温度传感器28采集的数值，通过PLC(可编程逻辑控制器)6上的设定开启报警装置4进行报警。同时温度探头30、湿度探头31也将采集数值发送至温湿度控制器5，通过温湿度控制器5上的设定对曝气、翻堆进程中的物料进行降温及抽湿。当翻堆器33工作时间达到PLC(可编程逻辑控制器)6内置时间继电器上设定的时间，翻堆器33工作停止进行出料。

本实用新型的手动-自动切换功能通过排气进程手动-自动旋钮16、曝气进程手动-自动旋钮14、翻堆进程手动-自动旋钮15三个旋钮来实现。PLC(可编程逻辑控制器)6上的触摸屏配合打印机7可对整个过程进行监控，记录，提供实时数值打印功能。本实用新型中的氧浓度时间控制方式可对曝气进程进行最优化的控制。

Claims (5)

1.一种城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，该系统主要包括：主要由依次相连的混合器、输送器、翻堆器和设置在翻堆器进出口的进气/排气风机组成的堆肥处理装置，和主要由可编程逻辑控制器、温湿度控制器，以及温/湿度探头、温度传感器、氧气浓度传感器和多个控制按钮组成的控制装置；所述可编程逻辑控制器通过控制按钮分别与堆肥处理装置的混合器、输送器、翻堆器的驱动电机、进气风机，以及设置在翻堆器进/出口的氧浓度传感器相连；所述可编程逻辑控制器还与报警装置，以及设置在翻堆器上的温度传感器相连；所述的温湿度控制器分别与设置在翻堆器上的温/湿度探头、排气风机相连。

2.如权利要求1所述的城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，所述系统还包括一控制柜，所述可编程逻辑控制器、温湿度控制器安装在该控制柜中，所述多个控制按钮安装在控制柜的面板上，该面板还设置可编程逻辑控制器的控制操作屏。

3.如权利要求1所述的城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，所述多个控制按钮包括曝气进程停止按钮、曝气进程启动按钮、翻堆进程停止按钮、翻堆进程启动按钮、排气进程停止按钮、排气进程启动按钮、曝气进程手动-自动旋钮、翻堆进程手动-自动旋钮、排气进程手动-自动旋钮、混合进程停止按钮、混合进程启动按钮、输送进程停止按钮、输送进程启动按钮；其中，可编程逻辑控制器通过曝气进程停止按钮、曝气进程启动按钮、和曝气进程手动-自动旋钮与进气风机相连；可编程逻辑控制器通过翻堆进程停止按钮、翻堆进程启动按钮和翻堆进程手动-自动旋钮与翻堆器相连；可编程逻辑控制器还与设置在翻堆器上的温度探头、湿度探头相连；温度控制器通过排气进程停止按钮、排气进程启动按钮和排气进程手动-自动旋钮与排气风机相连；混合进程停止按钮、混合进程启动按钮与输送器驱动电机机相连；输送进程停止按钮、输送进程启动按钮与混合器驱动电机相连。

4.如权利要求1所述的城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，温度传感器包括检测堆体中心温度的温度传感器和检测堆体边缘温度的温度传感器。

5.如权利要求2所述的城市生活污泥堆肥处理控制系统，其特征在于，该系统还包括安装在控制柜面板上且与可编程逻辑控制器相连的报警装置、打印机、电压表、电流表和电压转换开关。

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