一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，由气体测量及变送装置、信号传输与接收装置、数据处理装置、设置与显示装置组成；通过安装在沼气发酵罐上的气体测量及变送装置，实时检测发酵罐内发酵状态，经信号传输与接收装置，把信息发送到数据处理装置进行运算处理，并最终显示在设置与显示装置上。本发明通过在过滤集气装置上安装CH4变送器、CO2变送器、O2变送器、H2S变送器来检测沼气发酵过程中的气体成分变化情况，并通过PLC可编程控制器计算处理、实时在线显示与记录发酵过程参数，实现整个沼气发酵过程中气体成分变化的可视化，为发酵工艺及发酵装置的改进提供理论依据。此外，本发明结构简单，控制精度高，可移植性好。
【专利说明】一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统
【技术领域】
[0001]本发明属于沼气工程【技术领域】，尤其涉及一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统。
【背景技术】
[0002]沼气发酵过程，实质上是微生物的物质代谢和能量转换过程。在分解代谢过程中沼气微生物获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为甲烷和二氧化碳。科学测定分析表明:有机物约有90%被转化为沼气，10%被沼气微生物用于自身的消耗。发酵原料生成沼气是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的。几乎所有的有机物质都可以厌氧降解生成沼气。固形有机物变为沼气的整个过程，可划分为液化、产酸和产甲烷三个阶段。在沼气发酵过程中，三个阶段是相互依赖和连续进行的，同时也是相互衔接和相互制约的。在对农村沼气池的测定中，可以看出沼气发酵有这样一个过程:发酵初期大量产生挥发酸，在挥发酸浓度迅速增高的同时，氨态氮浓度急剧上升。氨态氮浓度达到高峰时，挥发酸浓度下降、氧化还原电位降低，产气量和气体中甲烷含量上升并达到高峰。这一连锁反应完成之后的一段时间内，PH值、氧化还原电位、产气量和甲烷含量等都基本稳定，而挥发酸浓度明显下降。这一情况说明:农村沼气发酵过程中，各个生化因子都有一个明显变化，它们彼此既相互依赖又相互约束，基质不断分解，沼气不断形成，使整个发酵处于动态平衡状态。
[0003]但沼气微生物对环境的变化也是很敏感的，某些环境因素的变化会使平衡受到影响甚至遭到破坏。如:一次进料过多、温度突然发生超过2°C的变化、料液中进入某种有毒物质等情况，就会造成酸碱度、产气量和产气成分发生变化，打破平衡影响产气。不过沼气微生物对环境同样也有一定的适应能力，只要环境因素的变化不超过一定的范围，即是平衡被打破也是暂时的，经过一定时间的自我调节又可达到新的平衡。这种情况一般不需人为调节，只有环境因素变化超过了微生物的承受能力，动态平衡被破坏的不能自行恢复时，才可采取必要的人为调节措施。沼气发酵过程中的产气速率与气体成分比例时刻变化，通过对其监测可以了解沼气发酵所处的阶段与停留时间，为提高产气率及沼气质量提供依据。
[0004]但是现有的人工调节沼气发酵过程劳动强度大、效率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，利用该装置可以实时动态地采集沼气发酵过程中的各类工艺数据，旨在解决人工调节沼气发酵过程劳动强度大、效率低的问题。
[0006]本发明是这样实现的，一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，该装置由气体测量及变送装置、信号传输与接收装置、数据处理装置、设置与显示装置组成，通过安装在沼气发酵罐上的气体测量及变送装置，实时检测发酵罐内发酵状态，经信号传输与接收装置，把信息发送到数据处理装置进行运算处理，并最终显示在设置与显示装置上。
[0007]进一步，在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统还包括:发酵罐、过滤集气器、CH4变送器、H2S变送器、沼气排气管、手动排气阀、O2变送器、CO2变送器；
[0008]发酵罐的顶部设置出气口，出气口通过螺纹连接过滤集气器，过滤集气器上设置有5个螺纹口，分别与CH4变送器、H2S变送器、O2变送器、CO2变送器和沼气排气管连接，手动排气阀主要是控制气路的通断。；
[0009]进一步，信号传输与接收装置由屏蔽双绞信号线及模拟量接收装置组成；
[0010]进一步，数据处理装置为PLC可编程控制器；
[0011 ] 进一步，设置与显示装置为电控箱上的设置按键与显示器。
[0012]本发明提供的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，通过设置气体测量及变送装置、信号传输与接收装置、数据处理装置、设置与显示装置；本发明可直接观察记录发酵罐内发酵情况，提供真实有效的工艺数据，并可方便地对任意发酵时段的数据进行分析处理，满足工艺人员对发酵过程的控制。此外，本发明结构简单，操作方便，提供了一种性能优良的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明提供的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统的结构示意图；
[0014]图中:1、发酵罐；2、过滤集气器；3、CH4变送器；4、H2S变送器；5、沼气排气管；6、手动排气阀；7、信号传输与接收装置；8、电控箱；9、显示屏；10、设置按键；11、O2变送器；12、CO2变送器。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]图1出示了本发明提供的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统。为了便于说明，仅仅不出了与本发明相关的部分。
[0017]一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，该装置由气体测量及变送装置、信号传输与接收装置、数据处理装置、设置与显示装置组成，通过安装在沼气发酵罐上的气体测量及变送装置，实时检测发酵罐内发酵状态，经信号传输与接收装置，把信息发送到数据处理装置进行运算处理，并最终显示在设置与显示装置上。
[0018]作为本发明实施例的一优化方案，在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统还包括:发酵罐、过滤集气器、CH4变送器、H2S变送器、沼气排气管、手动排气阀、O2变送器、CO2变送器;
[0019] 发酵罐的顶部设置出气口，出气口通过螺纹连接过滤集气器，过滤集气器上设置有5个螺纹口，分别与CH4变送器、H2S变送器、O2变送器、CO2变送器和沼气排气管连接，手动排气阀主要是控制气路的通断。
[0020]作为本发明实施例的一优化方案，信号传输与接收装置7由屏蔽双绞信号线及模拟量接收装置组成；[0021]作为本发明实施例的一优化方案，数据处理装置为PLC可编程控制器；
[0022]作为本发明实施例的一优化方案，设置与显示装置为电控箱上8的设置按键10与
显示屏9。
[0023]本发明提供的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统通过屏蔽双绞信号线及调制电流信号传输保障了信号传输过程稳定可靠，并通过可编程控制器计算处理接收的数据，从而能实时动态在线观察并记录沼气发酵过程状态。[0024]本发明的CH4变送器3、H2S变送器4、02变送器11、C02变送器12与可编程控制器主要通过信号线连接，信号线中的信号为4-20ma的电流信号，气体变送器内含有气体传感器及变送处理电路，其气体传感器检测物理量(气体)的成分变化，并转变成电量送入变送处理电路进行放大，调制为标准的4-20ma电流信号输出，可编程控制器的模拟量模块可以直接接收4-20ma的电流信号，用户通过对可编程控制器进行编程就可以把标准电流信号转换成可处理的数字量信号，并用于，处理与控制，对外输出信号与接收设置信号都是由用户对可编程控制器进行控制来实现的。
[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，其特征在于，所述在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统由气体测量及变送装置、信号传输与接收装置、数据处理装置、设置与显示装置组成； 通过安装在沼气发酵罐上的气体测量及变送装置，实时检测发酵罐内发酵状态，经信号传输与接收装置，把信息发送到数据处理装置进行运算处理，并最终显示在设置与显示装置上。
2.如权利要求1所述的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，其特征在于，所述在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统还包括:发酵罐、过滤集气器、CH4变送器、H2S变送器、沼气排气管、手动排气阀、O2变送器、CO2变送器； 发酵罐的顶部设置出气口，出气口通过螺纹连接过滤集气器，过滤集气器上设置有5个螺纹口，分别与CH4变送器、H2S变送器、O2变送器、CO2变送器和沼气排气管连接，手动排气阀主要是控制气路的通断。
3.如权利要求1所述的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，其特征在于，所述信号传输与接收装置由屏蔽双绞信号线及模拟量接收装置组成。
4.如权利要求1所述的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，其特征在于，所述数据处理装置为PLC可编程控制器。
5.如权利要求1所述的在线式沼气发酵过程数据采集与处理系统，其特征在于，所述设置与显示装置为电控箱上的设置有 按键与显示器。
【文档编号】C12M1/36GK103451096SQ201310374007
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】张劲, 焦静, 郑勇, 王金丽, 王刚, 郭昌进, 邹明宏 申请人:中国热带农业科学院农业机械研究所, 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所