沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置的制造方法

沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及沼气技术领域，尤其涉及一种能实时监控沼气工程厌氧发酵状态的智能监控系统。
【背景技术】
[0002]沼气工程的核心是厌氧发酵，厌氧发酵过程是指有机物在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过厌氧微生物不断新陈代谢和生长繁殖产生可燃性气体一一沼气的过程，提高沼气产率的关键在于能否为厌氧微生物提供一个稳定的、良好的生存环境，其中对厌氧微生物的生存环境影响最重要的因素是沼液的温度和沼液的PH值。
[0003]在实际沼气工程厌氧发酵系统中，将由有机物和水混合形成的沼液放置于密闭的沼气发酵罐内进行厌氧发酵，位于沼气发酵罐中的沼液的温度随外界温度的变化而变化，一般情况下，当沼液的温度大于15°C时，厌氧发酵才能正常进行并产生沼气，而当沼液温度小于15°C时，沼气产率很低或根本就不会产生沼气。而且厌氧发酵过程中沼液的温度波动会影响到厌氧发酵的沼气产率，一般一小时内沼液的温度上下波动的范围不宜超过土(2?3) °C。若短时间内沼液的温度差达5°C以上，则沼气产率会显著下降，甚至会因沼液的温度波动幅度过大而造成厌氧发酵停止从而无法产生沼气。
[0004]一般情况下厌氧微生物中产甲烷菌适宜的生存环境的pH值介于6.5?8.0范围内，其最佳生存环境的pH值介于6.8?7.2之间。当沼液的pH值小于6.3或pH值大于7.8时，甲烷化速率显著降低。沼气发酵罐中的70%以上甲烷是由乙酸裂解形成，其余的大多源自氢气和二氧化碳的还原。其中，乙酸是沼气发酵罐中最重要的产甲烷的前体物，厌氧微生物中产酸菌适宜的生存环境的PH值介于4.0?7.0范围内，当沼气发酵罐中实际生存环境的PH值超过产甲烷菌的最佳生存环境的pH值范围时，酸性发酵可能会超过甲烷发酵，导致沼气发酵罐内沼液发生“酸化”，从而使产甲烷菌的活动受到抑制，这会使产酸和产甲烷的速度失衡，导致产生的气体中的二氧化碳浓度显著升高，致使厌氧发酵无法正常运行。二氧化碳浓度突然显著升高或PH值持续下降都是酸化发生的预警，在实际厌氧发酵过程中可通过投加石灰水或碳酸钠等碱性溶液或降低有机物的进料量以控制酸化的发生。
[0005]因此，沼气工程厌氧发酵系统运行时需要时刻注意沼液的温度和沼液的PH值，不仅要保证沼液温度的恒定，而且还要保证沼液的PH值能一直维持酸性发酵和甲烷发酵的均衡性。目前对沼气工程厌氧发酵系统运行状况的监控设备还不完善，在运行过程中仍然需要管理者在工程现场监控掌握沼气发酵罐的运行状况并作适当调整，设备运行的人力成本比较高。

【发明内容】

[0006]本发明所需解决的技术问题是:提供一种能实时监控沼气发酵罐中沼液的温度、沼液的PH值及二氧化碳浓度的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置。
[0007]为解决上述问题，本发明采用的技术方案是:所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，包括:参数采集系统、执行系统、单片机控制系统、HMI触摸屏和远程通信控制系统；所述的参数采集系统包括设置于沼气发酵罐中的传感器组；所述的单片机控制系统包括单片机、第一运算放大器、第二运算放大器、继电器组和能与网络基站进行通信的第一GPRS模块，传感器组的信号输出端通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接，将传感器组监测到的模拟信号发送给单片机，单片机的控制信号输出端与执行系统相连接，单片机的二个串行通信口分别与HMI触摸屏和第一 GPRS模块相连接，HMI触摸屏能与单片机进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行；所述的执行系统包括:进料装置、温度调控装置和加碱装置，温度调控装置通过第二运算放大器与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号，进料装置和加碱装置分别通过继电器组与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号；所述的远程通信控制系统带GPRS模块组，远程通信控制系统能通过GPRS模块组、网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行。
[0008]进一步地，前述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其中，所述的传感器组包括分别设置于沼气发酵罐中的温度传感器、PH值传感器和CO2浓度传感器，温度传感器、PH值传感器和0)2浓度传感器的信号输出端均通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接。
[0009]进一步地，前述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其中，在单片机中设置有警报模块，警报模块能通过单片机将警报发送给HMI触摸屏和远程通信控制系统。
[0010]进一步地，前述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其中，远程通信控制系统包括GSM手机和远程计算机组，所述的GSM手机自带内置GPRS模块，GSM手机能通过内置GPRS模块及网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输；所述的远程计算机组与第二 GPRS模块相连接，远程计算机组能通过第二GPRS及网络基站与第一GPRS模块进行信号传输；内置GPRS模块和第二 GPRS模块构成完整的GPRS模块组。
[0011]本发明的有益效果是:在覆盖有网络基站信号的地方均能对沼气发酵罐进行远程监控，这样，即便管理者不在沼气工程厌氧发酵现场，也能及时了解沼气发酵罐的运行状态，并及时采取措施调整、控制沼气发酵罐的运行状态，从而确保沼气工程厌氧发酵系统能够长期、高效、稳定地运行。
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。
[0014]如图1所示，本实施例所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，包括:参数采集系统、执行系统、单片机控制系统3、HMI触摸屏4和远程通信控制系统5，所述的参数采集系统包括设置于沼气发酵罐I中的传感器组；所述的单片机控制系统3包括单片机31、第一运算放大器35、第二运算放大器33、继电器组34和能与网络基站进行通信的第一 GPRS模块32，所述的传感器组包括分别设置于沼气发酵罐I中的温度传感器12、PH值传感器11和CO2浓度传感器13，温度传感器12、PH值传感器11和CO 2浓度传感器13的信号输出端均通过第一运算放大器35与单片机31的信号输入端相连接，从而将传感器组监测到的模拟信号发送给单片机31。单片机31的控制信号输出端与执行系统相连接，单片机的二个串行通信口分别与HMI触摸屏4和第一 GPRS模块32相连接，HMI触摸屏4能与单片机31进行信号传输，调用、存储单片机31中的数据，以及给单片机31发送控制信号以控制执行系统的运行；所述的执行系统包括:进料装置22、温度调控装置21和加碱装置23，温度调控装置21通过第二运算放大器33与单片机31的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机31的控制信号输出端输出的控制信号，进料装置22和加碱装置23分别通过继电器组34与单片机31的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机31的控制信号输出端输出的控制信号；所述的远程通信控制系统5带GPRS模块组，远程通信控制系统5能通过GPRS模块组及网络基站与第一 GPRS模块32进行信号传输，调用、存储单片机31中的数据，以及给单片机31发送控制信号以控制执行系统的运行。所述的单片机31内部设有A/D转换器和D/A转换器，传感器组监测到的模拟信号经第一运算放大器35放大后，经A/D转换器转换为供单片机31处理的数字信号，HMI触摸屏4和远程通信控制系统5发送给单片机31的控制信号经D/A转换器转换为执行系统能识别的模拟信号。本实施例中，在单片机31中设置有警报模块，警报模块能通过单片机31将警报发送给HMI触摸屏4和远程通信控制系统5，在实际使用过程中需要定义警报发出的条件，即设定沼液的温度、沼液的PH值及沼气的CO2浓度参数的临 界值，当单片机31接收到的相关参数超过设定的临界值就会发出警报，从而使管理者能够及时发现沼气发酵罐I运行状态并及时处理。本实施例中，远程通信控制系统5包括GSM手机51和远程计算机组53，所述的GSM手机51自带内置GPRS模块，GSM手机51能通过内置GPRS模块及网络基站与第一 GPRS模块32进行信号传输；所述的远程计算机组53与第二 GPRS模块52相连接，远程计算机组53能通过第二 GPRS模块52及网络基站与第一 GPRS模块32进行信号传输，内置GPRS模块和第二 GPRS模块52构成完整的远程通信控制系统5中的GPRS模块组。这样就能够通过HMI触摸屏4、GSM手机51及远程计算机组53实现对沼气工程厌氧发酵系统的精确化、智能化、自动化监控。
[0015]所述的HMI触摸屏4又称为人机界面触摸屏，它是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，为带液晶触摸屏的一体化扁平电脑或工控计算机，通过HMI触摸屏4上的RS232通讯口与单片机31的串行通行口进行数据传输，HMI触摸屏4能把从单片机31中读取的数字信号立即显示在屏幕上，以实时显示检测的沼液温度、沼液的PH值及沼气发酵罐中的CO2浓度，同时还能将从单片机31中读取的数字信号存储，以便于日后查看。除此之夕卜，操作者还能通过HMI触摸屏4控制沼气发酵罐I的运行，发送控制信号给单片机31，对沼气发酵罐I进行加热、进料或加碱动作。
[0016]上述沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置的运行原理如下:温度传感器12、PH值传感器11和CO2浓度传感器13监测到的信号经第一运算放大器35放大后输送至单片机31内，并经单片机31中的A/D转换器转化为数字信号，单片机31将该数字信号存储于单片机31的数据库中，HMI触摸屏4和远程通信控制系统5均能与单片机31进行信号传输，管理者能通过HMI触摸屏4、GSM手机51或远程计算机组53随时掌握沼气工程厌氧发酵系统的运行状态，调用、存储单片机31中的数据，以及给单片机31发送控制信号以控制执行系统的运行，对沼气发酵罐I进行加热、进料或加碱动作。使用前需要先预设沼液的温度、沼液的PH值及沼气的0)2浓度参数的临界值范围，若沼气发酵罐I在运行过程中，沼液的温度超出设定的临界值，则报警模块会向HMI触摸屏4、GSM手机51和远程计算机组53发出警报，管理者可以通过HMI触摸屏4或GSM手机51或远程计算机组53发出控制信号给单片机31，从而控制温度调控装置21动作，对沼液进行加热或降温，从而使沼液的温度调整到正常工作温度。若沼气发酵罐I在运行过程中，沼气中的0)2浓度突然变大且沼液的PH值持续下降，此时沼液有酸化趋势，报警装置会向HMI触摸屏4、GSM手机51和远程计算机组53发出警报，管理者可以通过HMI触摸屏4或GSM手机51或远程计算机组53查阅沼气发酵罐I运行的参数，若需要处理的有机物量小，则通过HMI触摸屏4或GSM手机51或远程计算机组53发出控制信号给单片机31，从而控制进料装置22动作，降低有机物进料速度，从而减少进料量；反之若需要处理的有机物量大，则通过HMI触摸屏4或GSM手机51或远程计算机组53发出控制信号给单片机31，从而控制加碱装置23动作，向沼气发酵罐I中投入碱液以中和沼液，若碱液输入量较大时沼气工程厌氧发酵系统仍有酸化风险，则要同时控制进料装置22动作，降低有机物进料速度，直至沼气发酵罐中的CO2浓度和沼液的PH值恢复到正常工作参数。
[0017]本发明的优点是:在覆盖有网络基站信号的地方均能对沼气发酵罐I进行远程监控，这样，即便管理者不在沼气工程厌氧发酵现场，也能及时了解沼气发酵罐I的运行状态，并及时采取措施调整、控制沼气发酵罐I的运行状态，从而确保沼气工程厌氧发酵系统能够长期、高效、稳定地运行，大大降低了设备运行的人力成本。另外，调试沼气工程厌氧发酵系统的设备制造商或承建商也可以通过远程通信控制系统随时掌握沼气发酵罐I的运行状况，从而及时为客户提供关于设备的运行及管理的技术指导。
【主权项】
1.沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其特征在于:包括:参数采集系统、执行系统、单片机控制系统、HMI触摸屏和远程通信控制系统；所述的参数采集系统包括设置于沼气发酵罐中的传感器组；所述的单片机控制系统包括单片机、第一运算放大器、第二运算放大器、继电器组和能与网络基站进行通信的第一 GPRS模块，传感器组的信号输出端通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接，将传感器组监测到的模拟信号发送给单片机，单片机的控制信号输出端与执行系统相连接，单片机的二个串行通信口分别与HMI触摸屏和第一 GPRS模块相连接，HMI触摸屏能与单片机进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行；所述的执行系统包括:进料装置、温度调控装置和加碱装置，温度调控装置通过第二运算放大器与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号，进料装置和加碱装置分别通过继电器组与单片机的控制信号输出端相连接，接收并执行从单片机的控制信号输出端输出的控制信号；所述的远程通信控制系统带GPRS模块组，远程通信控制系统能通过GPRS模块组、网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输，调用、存储单片机中的数据，以及给单片机发送控制信号以控制执行系统的运行。2.按照权利要求1所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其特征在于:所述的传感器组包括分别设置于沼气发酵罐中的温度传感器、PH值传感器和C02浓度传感器，温度传感器、PH值传感器和C02浓度传感器的信号输出端均通过第一运算放大器与单片机的信号输入端相连接。3.按照权利要求1或2所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其特征在于:在单片机中设置有警报模块，警报模块能通过单片机将警报发送给HMI触摸屏和远程通信控制系统。4.按照权利要求1或2所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其特征在于:远程通信控制系统包括GSM手机和远程计算机组，所述的GSM手机自带内置GPRS模块，GSM手机能通过内置GPRS模块及网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输；所述的远程计算机组与第二 GPRS模块相连接，远程计算机组能通过第二 GPRS及网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输；内置GPRS模块和第二 GPRS模块构成完整的GPRS模块组。5.按照权利要求3所述的沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，其特征在于:远程通信控制系统包括GSM手机和远程计算机组，所述的GSM手机自带内置GPRS模块，GSM手机能通过内置GPRS模块及网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输；所述的远程计算机组与第二 GPRS模块相连接，远程计算机组能通过第二 GPRS及网络基站与第一 GPRS模块进行信号传输；内置GPRS模块和第二 GPRS模块构成完整的GPRS模块组。
【专利摘要】本发明公开了一种沼气工程厌氧发酵系统的智能监控装置，包括：参数采集系统、执行系统、单片机控制系统、HMI触摸屏和远程通信控制系统；所述的参数采集系统包括设置于沼气发酵罐中的传感器组；所述的单片机控制系统包括单片机、第一运算放大器、第二运算放大器、继电器组和能与网络基站进行通信的第一GPRS模块，单片机分别与参数采集系统、执行系统、HMI触摸屏和第一GPRS模块相连接；所述的执行系统包括：进料装置、温度调控装置和加碱装置；所述的远程通信控制系统带GPRS模块组，GPRS模块组能通过网络基站与第一GPRS模块进行信号传输。本发明的优点是：在覆盖有网络基站信号的地方均能实时监控厌氧发酵系统的运行，操作者无需在现场监控。
【IPC分类】C12M1/36, C12M1/34, C12M1/38, C12M1/107
【公开号】CN104893971
【申请号】CN201510287787
【发明人】吴代赦, 朱衷榜
【申请人】张家港市天源机械制造有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月1日