沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及沼氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控沼氣工程厭氧發(fā)酵狀態(tài)的智能監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]沼氣工程的核心是厭氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵過(guò)程是指有機(jī)物在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過(guò)厭氧微生物不斷新陳代謝和生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生可燃性氣體一一沼氣的過(guò)程，提高沼氣產(chǎn)率的關(guān)鍵在于能否為厭氧微生物提供一個(gè)穩(wěn)定的、良好的生存環(huán)境，其中對(duì)厭氧微生物的生存環(huán)境影響最重要的因素是沼液的溫度和沼液的PH值。
[0003]在實(shí)際沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，將由有機(jī)物和水混合形成的沼液放置于密閉的沼氣發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，位于沼氣發(fā)酵罐中的沼液的溫度隨外界溫度的變化而變化，一般情況下，當(dāng)沼液的溫度大于15°C時(shí)，厭氧發(fā)酵才能正常進(jìn)行并產(chǎn)生沼氣，而當(dāng)沼液溫度小于15°C時(shí)，沼氣產(chǎn)率很低或根本就不會(huì)產(chǎn)生沼氣。而且厭氧發(fā)酵過(guò)程中沼液的溫度波動(dòng)會(huì)影響到厭氧發(fā)酵的沼氣產(chǎn)率，一般一小時(shí)內(nèi)沼液的溫度上下波動(dòng)的范圍不宜超過(guò)土(2?3) °C。若短時(shí)間內(nèi)沼液的溫度差達(dá)5°C以上，則沼氣產(chǎn)率會(huì)顯著下降，甚至?xí)蛘右旱臏囟炔▌?dòng)幅度過(guò)大而造成厭氧發(fā)酵停止從而無(wú)法產(chǎn)生沼氣。
[0004]一般情況下厭氧微生物中產(chǎn)甲烷菌適宜的生存環(huán)境的pH值介于6.5?8.0范圍內(nèi)，其最佳生存環(huán)境的pH值介于6.8?7.2之間。當(dāng)沼液的pH值小于6.3或pH值大于7.8時(shí)，甲烷化速率顯著降低。沼氣發(fā)酵罐中的70%以上甲烷是由乙酸裂解形成，其余的大多源自氫氣和二氧化碳的還原。其中，乙酸是沼氣發(fā)酵罐中最重要的產(chǎn)甲烷的前體物，厭氧微生物中產(chǎn)酸菌適宜的生存環(huán)境的PH值介于4.0?7.0范圍內(nèi)，當(dāng)沼氣發(fā)酵罐中實(shí)際生存環(huán)境的PH值超過(guò)產(chǎn)甲烷菌的最佳生存環(huán)境的pH值范圍時(shí)，酸性發(fā)酵可能會(huì)超過(guò)甲烷發(fā)酵，導(dǎo)致沼氣發(fā)酵罐內(nèi)沼液發(fā)生“酸化”，從而使產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)受到抑制，這會(huì)使產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷的速度失衡，導(dǎo)致產(chǎn)生的氣體中的二氧化碳濃度顯著升高，致使厭氧發(fā)酵無(wú)法正常運(yùn)行。二氧化碳濃度突然顯著升高或PH值持續(xù)下降都是酸化發(fā)生的預(yù)警，在實(shí)際厭氧發(fā)酵過(guò)程中可通過(guò)投加石灰水或碳酸鈉等堿性溶液或降低有機(jī)物的進(jìn)料量以控制酸化的發(fā)生。
[0005]因此，沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要時(shí)刻注意沼液的溫度和沼液的PH值，不僅要保證沼液溫度的恒定，而且還要保證沼液的PH值能一直維持酸性發(fā)酵和甲烷發(fā)酵的均衡性。目前對(duì)沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控設(shè)備還不完善，在運(yùn)行過(guò)程中仍然需要管理者在工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控掌握沼氣發(fā)酵罐的運(yùn)行狀況并作適當(dāng)調(diào)整，設(shè)備運(yùn)行的人力成本比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所需解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控沼氣發(fā)酵罐中沼液的溫度、沼液的PH值及二氧化碳濃度的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置。
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置，包括:參數(shù)采集系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、HMI觸摸屏和遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)；所述的參數(shù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置于沼氣發(fā)酵罐中的傳感器組；所述的單片機(jī)控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、繼電器組和能與網(wǎng)絡(luò)基站進(jìn)行通信的第一GPRS模塊，傳感器組的信號(hào)輸出端通過(guò)第一運(yùn)算放大器與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，將傳感器組監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端與執(zhí)行系統(tǒng)相連接，單片機(jī)的二個(gè)串行通信口分別與HMI觸摸屏和第一 GPRS模塊相連接，HMI觸摸屏能與單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)傳輸，調(diào)用、存儲(chǔ)單片機(jī)中的數(shù)據(jù)，以及給單片機(jī)發(fā)送控制信號(hào)以控制執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)行；所述的執(zhí)行系統(tǒng)包括:進(jìn)料裝置、溫度調(diào)控裝置和加堿裝置，溫度調(diào)控裝置通過(guò)第二運(yùn)算放大器與單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端相連接，接收并執(zhí)行從單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端輸出的控制信號(hào)，進(jìn)料裝置和加堿裝置分別通過(guò)繼電器組與單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端相連接，接收并執(zhí)行從單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端輸出的控制信號(hào)；所述的遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)帶GPRS模塊組，遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)能通過(guò)GPRS模塊組、網(wǎng)絡(luò)基站與第一 GPRS模塊進(jìn)行信號(hào)傳輸，調(diào)用、存儲(chǔ)單片機(jī)中的數(shù)據(jù)，以及給單片機(jī)發(fā)送控制信號(hào)以控制執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0008]進(jìn)一步地，前述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置，其中，所述的傳感器組包括分別設(shè)置于沼氣發(fā)酵罐中的溫度傳感器、PH值傳感器和CO2濃度傳感器，溫度傳感器、PH值傳感器和0)2濃度傳感器的信號(hào)輸出端均通過(guò)第一運(yùn)算放大器與單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連接。
[0009]進(jìn)一步地，前述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置，其中，在單片機(jī)中設(shè)置有警報(bào)模塊，警報(bào)模塊能通過(guò)單片機(jī)將警報(bào)發(fā)送給HMI觸摸屏和遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)。
[0010]進(jìn)一步地，前述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置，其中，遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)包括GSM手機(jī)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)組，所述的GSM手機(jī)自帶內(nèi)置GPRS模塊，GSM手機(jī)能通過(guò)內(nèi)置GPRS模塊及網(wǎng)絡(luò)基站與第一 GPRS模塊進(jìn)行信號(hào)傳輸；所述的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)組與第二 GPRS模塊相連接，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)組能通過(guò)第二GPRS及網(wǎng)絡(luò)基站與第一GPRS模塊進(jìn)行信號(hào)傳輸；內(nèi)置GPRS模塊和第二 GPRS模塊構(gòu)成完整的GPRS模塊組。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:在覆蓋有網(wǎng)絡(luò)基站信號(hào)的地方均能對(duì)沼氣發(fā)酵罐進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這樣，即便管理者不在沼氣工程厭氧發(fā)酵現(xiàn)場(chǎng)，也能及時(shí)了解沼氣發(fā)酵罐的運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)采取措施調(diào)整、控制沼氣發(fā)酵罐的運(yùn)行狀態(tài)，從而確保沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明所述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，本實(shí)施例所述的沼氣工程厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的智能監(jiān)控裝置，包括:參數(shù)采集系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)3、HMI觸摸屏4和遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)5，所述的參數(shù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置于沼氣發(fā)酵罐I中的傳感器組；所述的單片機(jī)控制系統(tǒng)3包括單片機(jī)31、第一運(yùn)算放大器35、第二運(yùn)算放大器33、繼電器組34和能與網(wǎng)絡(luò)基站進(jìn)行通信的第一 GPRS模塊32，所述的傳感器組包括分別設(shè)置于沼氣發(fā)酵罐I中的溫度傳感器12、PH值傳感器11和CO2濃度傳感器13，溫度傳感器12、PH值傳感器11和CO 2濃度傳感器13的信號(hào)輸出端均通過(guò)第一運(yùn)算放大器35與單片機(jī)31的信號(hào)輸入端相連接，從而將傳感器組監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)31。單片機(jī)31的控制信號(hào)輸出端與執(zhí)行系統(tǒng)相連接，單片機(jī)的二個(gè)串行通信口分別與HMI觸摸屏4和第一 GPRS模塊32相連接，HMI觸摸屏4能與單片機(jī)31進(jìn)行信號(hào)傳輸，調(diào)用、存儲(chǔ)單片機(jī)31中的數(shù)據(jù)，以及給單片機(jī)31發(fā)送控制信號(hào)以控制執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)行；所述的執(zhí)行系統(tǒng)包括:進(jìn)料裝置22、溫度調(diào)控裝置21和加堿裝置23，溫度調(diào)控裝置21通過(guò)第二運(yùn)算放大器33與單片機(jī)31的控制信號(hào)輸出端相連接，接收并執(zhí)行從單片機(jī)31的控制信號(hào)輸出端輸出的控制信號(hào)，進(jìn)料裝置22和加堿裝置23分別通過(guò)繼電器組34與單片機(jī)31的控制信號(hào)輸出端相連接，接收并執(zhí)行從單片機(jī)31的控制信號(hào)輸出端輸出的控制信號(hào)；所述的遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)5帶GPRS模塊組，遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)5能通過(guò)GPRS模塊組及網(wǎng)絡(luò)基站與第一 GPRS模塊32進(jìn)行信號(hào)傳輸，調(diào)用、存儲(chǔ)單片機(jī)31中的數(shù)據(jù)，以及給單片機(jī)31發(fā)送控制信號(hào)以控制執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)行。所述的單片機(jī)31內(nèi)部設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，傳感器組監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)經(jīng)第一運(yùn)算放大器35放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為供單片機(jī)31處理的數(shù)字信號(hào)，HMI觸摸屏4和遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)5發(fā)送給單片機(jī)31的控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為執(zhí)行系統(tǒng)能識(shí)別的模擬信號(hào)。本實(shí)施例中，在單片機(jī)31中設(shè)置有警報(bào)模塊，警報(bào)模塊能通過(guò)單片機(jī)31將警報(bào)發(fā)送給HMI觸摸屏4和遠(yuǎn)程通信控制系統(tǒng)5，在實(shí)際使用過(guò)程中需要定義警報(bào)發(fā)出的條件，即設(shè)定沼液的溫度、沼液的PH值及沼氣的CO2濃度參數(shù)的臨