時間:2018年04月26日 分類:科學技術論文 次數:
目前我國的沼氣工程已經形成了較大的規模,但是其中也存在很大的問題,日常管理沒有有效的服務機制,阻礙了沼氣工程的發展,沼氣工程智能化系統需要不斷的完善,下面文章就是重點介紹沼氣智能化生產控制系統,幫助沼氣工程持久健康的發展下去,將APP通訊與用戶端相聯系,提升太陽能加熱保溫效率,產生出更高效的沼氣。
關鍵詞:FX系列PLC,沼氣工程智能化,觸摸屏,APP通訊
1引言
經過多年的建設和發展,我國沼氣已經成為現代循環農業的核心和紐帶,形成了北方“四位一體”、南方“豬-沼-果”和西北“五配套”等經典循環農業模式。目前中小型沼氣工程基本都因地制宜建設在農村,由于投資等問題,大多采用對沼氣池簡單放大的辦法來完成建設任務,對沼氣工程系統缺乏整體精確設計,沒有配套“原料清雜調質、系統保溫增溫、發酵傳質攪拌、沼氣凈化貯存、沼肥貯存利用”等必不可少的設施和裝置。
同時農村通過燃燒來處理秸稈,浪費了資源,因為其中含有豐富的有機質,是沼氣發酵的寶貴資源。而且在我國水葫蘆已經成為了一種災害性植物,干擾了水生生態系統平衡,但水葫蘆并不是毫無作用,可以將其作為沼氣發酵原料。由于沼氣發酵是專業性很強的生物工程,其快速高效啟動和日常管理等都制約和影響著系統的正常運行,對于原料碳氮比、發酵液PH值、肥水比之間的配比都需要進行控制。針對上述問題,本文設計的沼氣工程智能控制系統可以實現不同原料的有效預處理,強回流攪拌,太陽能增溫的中常溫連續發酵等要求。
2智能控制系統整體方案
2.1智能控制系統設計原理
沼氣工程包括原料的收集和預處理,沼氣發酵裝置的啟動和日常運行管理,以及發酵殘渣的處理。基于上述環節,利用PLC控制電機對秸稈和水葫蘆等進行有效粉碎,通過對各傳感器進行數據采集,由FX3U系列ADDA模塊進行數據傳遞實現實時監控,便于控制原料配比進行發酵。再通過無動力自流進料到調節池中,實現對原料PH值和濃度的控制。在發酵罐環節采用的是液攪拌方式避免結殼和分層。
為了實現全年持續產氣用氣,還設計了太陽能增溫系統,利用太陽能熱水器吸收熱量提高水溫,通過水循環為系統主要環節供熱,有助于冬季沼氣池的防凍結等。同時使用螺旋出料機構和固液分離機構實現連續進出料,避免大進大出等問題,保證一定的池容產氣率、TS產氣率等。
2.2智能控制系統各模塊
2.2.1原料的收集和預處理
為保證沼氣池啟動和發酵有充足而穩定的發酵原料,使池內發酵原料不結殼,易進易出,達到管理方便,產氣率高的目的,需要認真選擇好發酵啟動的第一池原料。因此本系統的進料選擇有兩種模式:初啟動模式和連續進料模式。通過APP從用戶端收集每月沼氣訂購總量,沼氣站根據相關數據儲備一定量的原料。比如動物糞便可從養殖場收購,各種秸稈可從農戶手中收購。沼氣工程的長效運行不能依賴于政府的長期補助,因此可研究制定優惠政策,對使用APP購買沼氣時可提供原料的用戶,給予優惠,實現低價收購原料。系統會對各種秸稈和水葫蘆等進行預處理,包括粉碎、打漿和堆漚。
本系統模擬濕式發酵,由于實際工業過程中,優化的肥水比是,接種物:原料干物質含量﹕水﹕產氣量=1﹕2﹕5﹕1,本系統發酵罐總體積為45000cm3,則至少需要10000cm3接種物,可估算得到產氣量約占5000cm3。當預處理箱溫度恒定,進料間原料無動力自流進入調節池,進行PH的調控。
2.2.2太陽能增溫系統
溫度變化對沼氣產氣量的影響顯著,溫度波動往對產氣量造成嚴重的影響,甚至于停止產氣。冬季氣候條件下維持發酵罐內料液溫度在25℃~38℃左右,即可保證裝置發酵正常。
2.2.3沼氣發酵裝置的設計
由于本系統屬于連續發酵,發酵罐中排出的原料量可以和重新連續進料量相等,避免了大規模的換料帶來的問題。
2.2.4沼氣處理及應用
發酵罐生產的沼氣可用于糧食貯藏,供電等。但需要在出口處設計凈化的相關結構,比如水封罐和儲水罐。當罐內壓力過高時,通過水封排出一定的壓力防止超壓。當罐內壓力過低時可通過水封通入一定的空氣防止罐超負壓損壞。
3智能控制系統的實現
3.1數據的交互
本系統通過TCP協議、MC協議等實現APP和PLC的通信,通過PC端或APP端直接向PLC發送報文,借此寫入或讀出軟元件的值。適合操作人員在車間進行使用,通過Eclipse進行編譯。在FX3u-48M上安裝485模塊,通過485模塊連接FX3u-ENET-ADP以太網模塊,設置好參數后,與PLC相連,至此所有通訊的準備步驟便完成了。
4小結
本沼氣工程智能控制系統的重點在于利用三菱公司的PLC等設備實現有效利用秸稈和水葫蘆等植物,既能減少資源消耗與浪費,又能產生清潔能源。對于過程的實時監控,通過APP實現與用戶端的聯系,更加保證了沼氣產氣率,優化了過程參數,便于日常管理,體現了智能化的控制過程。
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《中國沼氣》雜志(2007年改為雙月刊)創刊于1983年,由農業部主管,中國沼氣學會和農業部成都沼氣科學研究所主辦,是我國唯一國內外公開發行的專業性沼氣技術刊物。