智能化油水分離罐除油系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能化油水分離罐除油系統(tǒng)及控制方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在生產(chǎn)國(guó)際化、全球化的趨勢(shì)下，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的安全問(wèn)題日益成為各行各業(yè) 重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。在鋼鐵、煉油、焦化、石化等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含油污水若處理不當(dāng)， 油污長(zhǎng)時(shí)間滯留在油水分離罐內(nèi)，揮發(fā)出的油氣積聚形成的油相空間極易遇明火而發(fā)生爆 炸。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通常采用人工定期監(jiān)控的傳統(tǒng)方法，由于工作條件的限制，不能實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)生突發(fā)情況時(shí)無(wú)法高效處理，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程和工人的人身安全問(wèn)題造成 了嚴(yán)重影響。
[0003] 目前，油水分離罐的處理方式多采用重力沉降法和旋流分離法。前者利用油水兩 相的密度差異在重力作用下分層，并通過(guò)沉降和過(guò)濾技術(shù)對(duì)罐內(nèi)油污進(jìn)行抽取，但此方式 自動(dòng)化程度低，流程較復(fù)雜；后者則通過(guò)離心分離技術(shù)將油水兩相分離，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，但分離效率較低，且不能分離液體中的固體懸浮物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有油水分離罐除油方式存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種智能化油 水分離罐除油系統(tǒng)及控制方法，能夠智能識(shí)別油水分離罐中的油水氣界面，高效排除油污， 并對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障生產(chǎn)的安全性。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -、一種智能化油水分離罐除油系統(tǒng)：
[0007] 本發(fā)明包括油水識(shí)別模塊、油水分離模塊和油氣界面檢測(cè)模塊，油水分離罐的罐 頂和罐底之間安裝有包含步進(jìn)電機(jī)、齒輪、齒帶、滑塊和導(dǎo)軌的液面檢測(cè)機(jī)構(gòu)，液面檢測(cè)機(jī) 構(gòu)與油水識(shí)別模塊電連接，并與油水分離模塊管路連接，油水分離罐頂部安裝有油氣界面 檢測(cè)模塊，油面上方的油相空間的油水分離罐罐壁安裝有溫度傳感器和氣壓傳感器;油水 識(shí)別模塊、油氣界面檢測(cè)模塊、液面檢測(cè)機(jī)構(gòu)、溫度傳感器和氣壓傳感器均連接到單片機(jī)， 油水分離模塊經(jīng)繼電器連接到單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)無(wú)線通信模塊與上位機(jī)連接通信。
[0008] 所述的液面檢測(cè)機(jī)構(gòu)具體包括步進(jìn)電機(jī)、齒輪、齒帶、滑塊以及豎直安裝在油水分 離罐罐頂和罐底之間的導(dǎo)軌，齒輪包括分別固定安裝在油水分離罐罐頂?shù)牡谝积X輪和油水 分離罐罐底的第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪之間連接有齒帶，第一齒輪與步進(jìn)電機(jī)同軸 連接，滑塊一端與齒帶固定連接，滑塊另一端套在導(dǎo)軌中，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒帶運(yùn)動(dòng)進(jìn)而 帶動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌上下移動(dòng);步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)電連接；
[0009] 滑塊中部開有一道貫穿的水平通孔，滑塊底面設(shè)有與水平通孔相通的倒錐形孔， 倒錐形孔與油水分離模塊連接，滑塊水平通孔的側(cè)方設(shè)有金屬探頭，金屬探頭固定連接到 滑塊上，金屬探頭經(jīng)螺旋電纜與油水識(shí)別模塊連接。
[0010] 所述的油水識(shí)別模塊包括電阻R2、電容C1、燈LED1、三極管Q1和三極管Q2,三極管 Q1的基極依次經(jīng)電阻R5和電阻R1接地，三極管Q1的集電極依次經(jīng)電阻R2和燈LED1接電源正 極，三極管Q1的發(fā)射極接地，電阻R5和電阻R1之間引出作為金屬探頭的一端，金屬探頭的另 一端連接到電源正極;三極管Q2的基極經(jīng)電阻R4連接到三極管Q1的集電極，三極管Q2的發(fā) 射極接地，三極管Q2的集電極依次經(jīng)電阻R3和燈LED2接電源正極，電容C1兩端分別連接到 三極管Q2的集電極和發(fā)射極并作為輸出端。
[0011] 所述的金屬探頭、滑塊水平通孔下緣和倒錐形孔的上緣在同一水平面上。
[0012] 所述的油水分離模塊包括吸油口、吸油軟管、排油口、排油閥、排油管道和吸油栗； 吸油口的入口與滑塊的倒錐形孔相連，吸油口經(jīng)吸油軟管和排油口連接，排油口依次經(jīng)排 油閥、排油管道后和吸油栗連接。
[0013] 所述的油氣界面檢測(cè)模塊采用分別檢測(cè)其相對(duì)油面距離的第一測(cè)距傳感器和油 水分離罐內(nèi)徑的第二測(cè)距傳感器，第一測(cè)距傳感器安置于油水分離罐罐頂內(nèi)壁并水平放 置;第二測(cè)距傳感器安置于油水分離罐罐壁上部并豎直放置。
[0014] 所述的無(wú)線通信模塊包括主控端和受控端，主控端采用第一 NRF24L01芯片及USB 轉(zhuǎn)NRF24L01模塊，與上位機(jī)的USB接口連接;受控端采用第二NRF24L01芯片，與單片機(jī)的10 口相連。
[0015] 本發(fā)明的油水識(shí)別模塊利用油水導(dǎo)電特性差異可自動(dòng)識(shí)別油水分布，其金屬探頭 固定于滑塊;位于罐頂和罐壁上部的油氣界面檢測(cè)模塊利用聲波的全反射現(xiàn)象用以檢測(cè)油 面高度；油水分離模塊主要由吸油口、吸油軟管、排油口、排油閥、排油管道和吸油栗組成， 其中吸油口固定于滑塊正下方;滑塊可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)和齒帶沿導(dǎo)軌垂直移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到吸 油口位于油中，單片機(jī)通過(guò)繼電器打開排油閥和吸油栗；當(dāng)檢測(cè)到吸油口位于油相空間或 水中，單片機(jī)通過(guò)繼電器關(guān)閉排油閥和吸油栗。
[0016] 二、一種智能化油水分離罐除油系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0017] 步驟1)將油水分離罐靜置使得罐內(nèi)分層，從上往下依次為油相空間、油和水；
[0018] 步驟2)初始化以下參數(shù)為零:111 = 111=112 = 0，1]1表示吸油栗工作參數(shù)，111、112分別表 示滑塊下移參數(shù)和滑塊上移參數(shù)；
[0019] 步驟3)通過(guò)油氣界面檢測(cè)模塊檢測(cè)計(jì)算獲得油面相對(duì)油水分離罐罐底的實(shí)際高 度AH;
[0020] 步驟4)根據(jù)步驟3)所測(cè)得的實(shí)際高度ΔΗ，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒帶將滑塊沿導(dǎo)軌 移動(dòng)到油面附近，使得金屬探頭浸沒于液體中；
[0021] 步驟5)判斷油水識(shí)別模塊檢測(cè)反饋的是高電平還是低電平：
[0022]若油水識(shí)別模塊檢測(cè)反饋的是高電平，則繼續(xù)下一步驟；
[0023]若油水識(shí)別模塊檢測(cè)反饋的是低電平，則跳轉(zhuǎn)到步驟11);
[0024] 步驟6)判斷吸油栗工作參數(shù)m是否滿足m=0:若吸油栗工作參數(shù)m = 0,則繼續(xù)下一 步驟;若吸油栗工作參數(shù)m不等于0,則通過(guò)繼電器打開排油閥和吸油栗，利用油水分離模塊 進(jìn)行排油操作，跳轉(zhuǎn)到步驟8);
[0025]步驟7)將滑塊下移參數(shù)nl賦值+1;
[0026]步驟8)通過(guò)單片機(jī)控制滑塊繼續(xù)向下移動(dòng)間隔距離S;
[0027]步驟9)判斷當(dāng)前的滑塊下移參數(shù)nl是否滿足nl=滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，
[0028] 若當(dāng)前的滑塊下移參數(shù)nl=滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，則進(jìn)入下一步驟；
[0029] 若當(dāng)前的滑塊下移參數(shù)nl不等于滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，則跳回到步驟5);
[0030] 步驟10)將吸油栗工作參數(shù)m置為1，并跳回步驟5);
[0031] 步驟11)通過(guò)繼電器關(guān)閉排油閥和吸油栗，并控制滑塊向上移動(dòng)間隔距離S，將滑 塊上移參數(shù)n2賦值+1;
[0032]步驟12)判斷當(dāng)前的滑塊上移參數(shù)n2是否滿足n2 =滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，
[0033] 若當(dāng)前的滑塊上移參數(shù)n2 =滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，則進(jìn)入下一步驟；
[0034] 若當(dāng)前的滑塊上移參數(shù)n2不等于滑塊移動(dòng)次數(shù)閾值N，則將吸油栗工作參數(shù)m置為 〇,并跳回到步驟5);
[0035]步驟13)停止排油操作。
[0036] 所述步驟3)中油面相對(duì)油水分離罐罐底的實(shí)際高度ΔΗ采用以下公式計(jì)算：
[0037] A Ff^Fin
[0038]
[0039] 其中，Di為油水分離罐罐壁的測(cè)量?jī)?nèi)徑，Hi表示油面相對(duì)油水分離罐罐底的測(cè)量高 度，油水分離罐罐頂相對(duì)油面的測(cè)量高度Hi通過(guò)第一測(cè)距傳感器測(cè)量獲得，油水分離罐罐 壁的測(cè)量?jī)?nèi)徑Di通過(guò)第二測(cè)距傳感器測(cè)量獲得;Ho表示油水分離罐罐頂相對(duì)油面的實(shí)際高 度，Do為油水分離罐的實(shí)際內(nèi)徑;H2為油水分離罐罐頂相對(duì)油水分離罐罐底的實(shí)際高度。
[0040] 本發(fā)明的有益效果是：
[0041] 本發(fā)明利用油水導(dǎo)電特性的差異和聲波全反射現(xiàn)象，有效識(shí)別油水氣界面，判斷 吸油口在油水中的分布位置，從而自動(dòng)控制排油閥通斷及吸油栗工作狀態(tài)；同時(shí)利用高精 度的溫度、氣壓傳感器對(duì)油水分離罐內(nèi)溫度和氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)高性能的無(wú)線通 信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0042] 本發(fā)明智能化程度高，油水分離高效，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控油水分離罐的運(yùn)行狀態(tài)，保障 生產(chǎn)安全。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明電氣連接和機(jī)械連接的框圖；
[0045] 圖3是滑塊的剖視圖和俯視圖；
[0046] 圖4是油水識(shí)別模塊的電路圖；
[0047]圖5是本發(fā)明控制方法的流程圖。
[0048]圖中：油水識(shí)別模塊100，金屬探頭200，油氣界