一种养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统的制作方法

本实用新型属于环境保护技术领域，具体涉及一种养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统。

背景技术：

在畜禽污染治理中，对畜禽粪尿进行高温好氧发酵，首先需要对被发酵物进行加热，使发酵反应快速进入高温发酵阶段，但随着高温发酵的进行，发酵物产生大量的发酵热并使温度攀升，如果不加以控制，将使发酵物中的生物菌种休眠；

发酵温度未达到设定的发酵温度时需要加热，加热需要耗费能源，而发酵温度超过设定的发酵温度时，又需要进行降温处理，而通常的冷却降温处理，也都是需要耗费能源的。因此，现有的发酵加热和降温处理都另外耗费大量的能源。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统，智能控制发酵温度，既使发酵反应高效快速，又避免生物菌种休眠，还将发酵热能得到资源化利用。

本实用新型采用的技术方案是：一种养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统，包括热水锅炉、1至n个固体发酵反应器、1至n个液体发酵反应器和控制器，1至n个固体发酵反应器的加热冷却水套进水端并联连通在一起，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管进水端并联连通在一起，而1至n个固定发酵反应器的加热冷却水套出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管的出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，回水管道上安装有循环泵；热水锅炉的供水管道通过供水电磁阀后连接至三通电调阀的输入端，三通电调阀的两个输出端分别通过管道连接固体发酵反应器的加热冷却水套进水端和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管进水端；在热水锅炉的供水管道上和热水锅炉的回水管道上分别安装有热水锅炉供水温度传感器和热水锅炉回水温度传感器；在每个固体发酵反应器内和每个液体发酵反应器内分别安装有发酵物料温度传感器，上述温度传感器输出的温度信号都连接至控制器的输入端，控制器将温度传感器采集的温度值与控制器内的温度设定值进行比较运算；控制器根据采样到的物料温度控制三通电调阀的开度，控制器还输出控制信号分别连接控制固体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀。

上述技术方案中，所述电气控制系统中的控制器采用PLC控制器或温度控制器，所述的PLC控制器包括PLC电源模块、CPU模块、数字输入模块、继电器输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；所述的温度控制器包括温度控制器和模拟量输出模块。

有益效果：

本实用新型通过热水锅炉提供热水进入发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管，加热发酵反应器内的物料，使发酵反应能快速的进入高温发酵阶段，提高了效率。同时，本实用新型通过安装在热水锅炉进出水管的温度传感器、安装在各发酵反应器内的物料温度传感器测得系统中的各种温度参数，控制器将采集的各种温度参数与设定的温度参数进行比较运算；根据采集到发酵反应器内的物料温度，通过PID调整输出控制信号到三通电调阀对热水锅炉所输出的热水进行分配，与此同时，控制器输出控制信号依序选择性地打开发酵反应器水套或盘管出水端的电磁阀，特别是本实用新型对三通电调阀进行PID的调节，稳定地控制了发酵反应器的发酵反应温度，避免了超温使生物菌种的休眠，同时，本实用新型还将发酵热能就进行了资源化利用。

附图说明：

图1为本实用新型系统原理图；

图2为本实用新型控制器实施例1电路图；

图3为本实用新型控制器实施例2电路图。

附图标记：

101～113温度传感器，206A、206B至206N固体发酵反应器水套出水电磁阀，207A固体发酵反应器A，207B固体发酵反应器B，207N 固体发酵反应器N；504A、504B至504M液体发酵反应器水套出水电磁阀，505A液体发酵反应器A ，505B液体发酵反应器B ，505M液体发酵反应器M ，506热水锅炉，507循环水泵；701水箱，702补水电动阀，703补水口，704自来水电动阀，705自来水管道，706三通电调阀，707回水电磁阀，708回水管道，709回水防水阀，710回水压力表，711供水管道，712供水电磁阀。

具体实施方式：

参见附图，本实用新型的一种养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统，包括热水锅炉、1至n个固体发酵反应器、1至n个液体发酵反应器和控制器，1至n个固体发酵反应器的加热冷却水套进水端并联连通在一起，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管进水端并联连通在一起，而1至n个固定发酵反应器的加热冷却水套出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管的出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，回水管道上安装有循环泵；热水锅炉的供水管道通过供水电磁阀后连接至三通电调阀的输入端，三通电调阀的两个输出端分别通过管道连接固体发酵反应器的加热冷却水套进水端和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管进水端；在热水锅炉的供水管道上和热水锅炉的回水管道上分别安装有热水锅炉供水温度传感器和热水锅炉回水温度传感器；在每个固体发酵反应器内和每个液体发酵反应器内分别安装有发酵物料温度传感器，上述温度传感器输出的温度信号都连接至控制器的输入端，控制器将温度传感器采集的温度值与控制器内的温度设定值进行比较运算；控制器根据采样到的物料温度控制三通电调阀的开度，控制器还输出控制信号分别连接控制固体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀。所述控制器采用PLC控制器或温度控制器，所述的PLC控制器包括PLC电源模块、CPU模块、数字输入模块、继电器输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；所述的温度控制器包括温度控制器和模拟量输出模块。

基于养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统的发酵反应温度控制方法，具体是：（1）所述的养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统，包括热水锅炉、1至n个固体发酵反应器、1至n个液体发酵反应器和控制器，一至n个固体发酵反应器的加热冷却水套进水端并联连通在一起，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管的进水端并联连通在一起，而1至n个固定发酵反应器的加热冷却水套出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，1至n个液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管的出水端分别串联电磁阀后连接至热水锅炉的回水管道，回水管道上安装有循环泵；热水锅炉的供水管道通过供水电磁阀后连接至三通电调阀的输入端，三通电调阀的两个输出端分别通过管道连接固体发酵反应器的加热冷却水套进水端和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管进水端；在热水锅炉的供水管道上和热水锅炉的回水管道上分别安装有热水锅炉供水温度传感器和热水锅炉回水温度传感器；在每个固体发酵反应器内和每个液体发酵反应器内分别安装有发酵物料温度传感器，上述温度传感器输出的温度信号都连接至控制器的输入端，控制器将温度传感器采集的温度值与控制器内的温度设定值进行比较运算；控制器根据采样到的物料温度控制三通电调阀的开度，控制器还输出控制信号分别连接控制固体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀和液体发酵反应器的加热冷却水套或加热冷却盘管出水端电磁阀。所述控制器采用PLC控制器或温度控制器，所述的PLC控制器包括PLC电源模块、CPU模块、数字输入模块、继电器输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块；所述的温度控制器包括温度控制器和模拟量输出模块；

（2）对养殖场粪尿污染物进行固液分离，分离所得固体物装入固体发酵反应器，分离所得液体装入液体发酵反应器；

（3）启动养殖场粪尿污染治理发酵反应温度控制系统，在控制器内设置固体发酵反应器的发酵反应温度值和液体发酵器的发酵反应温度值，设置热水锅炉供水温度范围值；

（4）启动固体发酵反应器、液体发酵反应器，启动热水锅炉燃烧系统，加热循环水至设定温度值，检查各固体发酵反应器和液体发酵反应器的物料制备情况，并根据物料情况确定先后进行发酵反应的发酵反应器顺序及序号；

（5）控制器采集各温度传感器测量数据；

（6）控制器开启热水锅炉循环水系统的供水管道电磁阀和回水管道电磁阀，控制器根据先后进行发酵反应的顺序，输出控制信号连接控制所选定的第一个发酵反应器，使其加热冷却水套或加热冷却盘管的出水端电磁阀开启，开通该第一发酵反应器至热水锅炉的回水管道；

（7）控制器根据步骤（4）确定的发酵反应器先后进行发酵反应的顺序和采集的发酵反应器内物料温度信号，输出控制信号控制三通电调阀的开度参数：当被选定的第一个发酵反应器物料温度低于设定温度值时，三通电调阀的输入端与连接第一个被选定发酵反应器的输出端之间开度为100%，而三通电调阀的输入端与连接第二个被选定发酵反应器的输出端之间开度为0，热水锅炉的热水全部供应到第一个被选定的发酵反应器水套内或盘管内；

（8）控制器通过温度传感器实时检测第一个发酵反应器内物料的温度，当温度达到设定的发酵反应温度值时，启动第一个发酵过程计时器；

（9）发酵反应器内发酵反应的过程中会有发酵热释放；当控制器通过温度传感器检测到第一个发酵反应器内的物料温度接近设定的发酵反应温度值，控制器开启PID调节，改变三通电调阀的开度参数：即连接第一个被选定的发酵反应器输出一侧的开度为a%，则连接第二个被选定的发酵反应器输出一侧的开度为（100-a）%，与此同时打开第二个被选定的发酵反应器的水套或盘管出水端电磁阀，热水锅炉的（100-a）%部分热水通过三通电调阀被分流到第二个发酵反应器内，同时供给a%的热水也继续维持第一个发酵反应器内物料在设定的温度值，以保证发酵反应的继续进行；随着发酵反应的不断进行，生物反应产生的热量也在不断增加，为保持发酵温度的稳定，避免微生物在高温下进入休眠状态，控制器通过PID不断调节三通电调阀的开度参数；

（10）当三通电调阀连接第一个发酵反应器一侧的输出端开度已经调节至最小，物料发酵温度上升的趋势依然没有停止，则控制器降低或关闭热水锅炉的燃烧加热，在这个过程中，第一个发酵反应器水套或盘管出水端进入回水管道的循环水与第二个发酵反应器水套或盘管出水端进入回水管道的循环水混合，循环水混合后再进入供水管道和三通电调阀，结果是第一个发酵反应器内的生物发酵热通过混合的循环水供给第二发酵反应器；控制器根据第一个发酵反应内物料温度的变化情况，通过PID调节再次调节三通电调阀的开度，或再次启闭热水锅炉的燃烧加热，从而稳定第一个发酵反应器内物料的发酵温度在设定值；

（11）控制器通过温度传感器实时检测第二个发酵反应器内物料的温度，当温度达到设定的发酵反应温度值时，启动第二个发酵反应过程计时器；

（12）当第一个发酵反应器内的发酵反应过程达到了设定的时间，标志着发酵反应完结，控制系统将关闭第一个发酵反应器水套或盘管的回水电磁阀，发酵反应器内的物料进入可出料状态；然后依序开启同侧的已经完成备料的第三个发酵反应器水套或盘管的回水电动阀，第三个发酵反应器的发酵反应进程开始；这时，控制系统把第二个发酵反应器的发酵反应进程的优先级定为最高，第三发酵反应器的发酵反应进程的优先级次之；

（13）第二个发酵反应器的发酵反应进程重复步骤上述（11）、（12）、（13）至发酵反应完结，控制器开启与第二个发酵反应器同侧的已经完成备料的第四个发酵反应器水套或盘管的回水电磁阀，第四个发酵反应器的发酵反应进程开始；这时，控制系统把第三个发酵反应器的发酵反应进程的优先级定为最高，第四个发酵反应器的发酵反应进程的优先级次之；

(14) 重复以上步骤，使各个发酵反应器内物料的发酵反应依序高速地循环下去。

下面结合附图2、3，对本实用新型的具体实施作进一步详细说明：

参见本实用新型控制器实施例1电路图，控制器包括：控制电源E1， PLC电源模块PS 307（型号西门子6ES7 307-1KA01-0AA0）E2， CPU模块（型号西门子CPU 315-2DP）PLC， 数字输入模块SM 321（型号西门子6ES7321-1BL00-0AA0 ）A1，继电器输出模块SM322（型号西门子6ES7322-1HH01-0AA0）A2，模拟量输入模块SM331（型号西门子6ES7331-7NF00-0AB0）A3、A4，模拟量输出模块SM332（型号西门子6ES7332-7ND01-0AB0）A5，触摸屏TP700精智（型号西门子6AV2124-0GC01-0AX0）HMI，远程监控计算机PC，罐体安装液位计61F-G2ND（型号欧姆龙）SW1、SW2...，安装在每一个液体发酵反应器上；超声波料位计（型号欧姆龙⑩E4PA-LS400-M1）SU1、SU2...，安装在每一个固体发酵反应器上；温度计PT100热电阻（型号JWB/2a31/A03）TC1~TC4...，安装在固体发酵反应器、液体发酵反应器、燃烧加热锅炉及循环水系统上；直行程3810L三通电调阀DT1，其出水分为A路和B路；电动开关阀GH-2005 D1、D2...，中间继电器（型号欧姆龙MY4NJ 24VDC）KA1、KA2...，循环水泵M1，接触器（型号施耐德LC1-D1210M7C）KM1，燃烧装置燃料供给控制SR1，燃烧装置点火线圈K1。

所述的控制电源E1的输入端连接到外部供电电源，控制电源E1的输出端连接到PLC电源模块E2的输入端；PLC电源模块E2、CPU模块PLC、数字输入模块A1、继电器输出模块A2、模拟量输入模块A3、A4和模拟量输出模块A5安装在同一个机架导轨上；触摸屏HMI的通讯口和CPU模块PLC的MPI端口相连；远程监控计算机PC连接到CPU模块PLC的Profibus DP接口，也可采用其他形式的通讯接口；罐体安装液位计SW1、SW2...,超声波料位计SU1、SU2...，和温度计PT100热电阻TC1~TC4...，的模拟量输出信号连接到模拟量输入模块A3的模拟量输入通道；模拟量输出模块A4的输出通道和三通电调阀DT1的输入信号端连接DC 4～20mA或1~5V，三通电调阀DT1的反馈输出信号端连接模拟量输入模块A3、A4的模拟量输入通道（DC 4～20mA或1~5V）；电动开关阀D1、D2...连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点，中间继电器KA1、KA2...的线圈正极端连接到连接继电器输出模块A2的输出端；循环水泵M1的电机接线端连接到接触器KM1的主触头下桩头，接触器KM1的线圈连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点；燃烧装置燃料供给控制SR1信号连接到模拟量输出模块A5的输出通道；燃烧装置点火线圈K1连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点。

工作时，首先合上控制电源E1的开关，PLC电源模块E2得电，PLC系统和各检测元件及控制电路上电。然后PLC系统对罐体安装液位计SW1、SW2...,超声波料位计SU1、SU2...,和温度计PT100热电阻TC1~TC4...的检测信号进行分析；

（1）根据物料情况确定优先启动发酵反应的发酵反应器的序号；

（2）根据温度计PT100热电阻TC1~TC4...测量数据；启动燃烧装置燃料供给SR1，接通燃烧装置点火线圈K1，燃烧加热锅炉开始加热循环水至设定温度；

(3) 接通循环水系统的供水管道和回水管道的电动开关阀D1、D2...,给定三通电调阀DT1的开度参数：被选定的第一个固体发酵反应器A路的开度为100%（全开），而液体发酵反应器B路开度为0；接通选定的第一个固体发酵反应器水套的出水口电动开关阀D1，然后接触器KM1投入，从而启动循环水泵M1；加热水被供应到第一个固体发酵反应器水套；

(4) 实时检测第一个固体发酵反应器内物料的温度，当温度达到设定的发酵反应温度时，启动第一个发酵过程计时器；

(5) 发酵反应的过程中会有发酵热释放；当控制器通过温度传感器检测到第一个发酵反应器内的物料温度接近设定的发酵反应温度值，控制器开启PID调节，改变三通电调阀的开度参数：被选定的发酵反应器一侧的开度为a%，另一侧开度为（100-a）%；同时打开选定的第二个液体发酵反应器水套的出水口电动阀，一部分加热水被分流到第二个液体发酵反应器水套内；通过这样的方式维持第一个固体发酵反应器内物料的发酵温度在设定值，保证发酵反应的连续进行；

(6) 实时检测第二个液体发酵反应器内物料的温度，当温度达到设定的发酵反应温度时，启动第二个发酵过程计时器；

(7)随着发酵反应的不断进行，生物反应产生的热量不断增加，为保持发酵温度的稳定，避免微生物在高温下进入休眠状态，控制系统通过PID不断调节三通电调阀DT1的开度参数；如果第一个固体发酵反应器一侧的开度已经调节至最小，物料发酵温度上升的趋势依然没有停止，则控制系统调节燃烧装置燃料供给控制SR1，甚至断开燃烧装置点火线圈K1。减少燃烧加热锅炉的热量供给，降低循环水系统的供水温度，从而维持第一个固体发酵反应器内物料的发酵温度在设定值；通过这样的调节方法，生物反应产生的多余热量就进入了循环水系统而被有效的利用起来了；

(8) 当第一个固体发酵反应器内的发酵反应过程达到了设定的时间，标志着发酵反应完结，控制系统将关闭第一个固体发酵反应器水套的回水电动阀，反应器内的物料进入可出料状态；然后开启同侧的已经完成备料的第三发酵反应器水套的回水电动阀，第三发酵反应器的发酵反应进程开始；同时，控制系统把第二发酵反应器的发酵反应进程的优先级定为最高，第三发酵反应器的发酵反应进程的优先级次之；

(9) 第二发酵反应器的发酵反应进程重复步骤（7）、（8）至发酵反应完结，控制系统开启与第二发酵反应器同侧的已经完成备料的第四发酵反应器水套的回水电动阀，第四发酵反应器的发酵反应进程开始；同时，然后控制系统把第三发酵反应器的发酵反应进程的优先级定为最高，第四发酵反应器的发酵反应进程的优先级次之；

(10) 重复以上步骤，使各个发酵反应器内的发酵反应高速地循环下去。

参见本实用新型控制器实施例2电路图，控制器包括：控制电源E1，欧陆温控器2704 TH1， 欧陆温控器D4模块B1，远程监控计算机PC，罐体安装液位计61F-G2ND（型号欧姆龙）SW1、SW2...，安装在每一个液体发酵反应器上；超声波料位计（型号欧姆龙E4PA-LS400-M1）SU1、SU2，安装在每一个固体发酵反应器上；温度计PT100热电阻（型号JWB/2a31/A03）TC1~TC4...，安装在固体发酵反应器、液体发酵反应器、燃烧加热锅炉及循环水系统上；直行程3810L三通电调阀DT1，电动开关阀GH-2005 D1、D2...，中间继电器（型号欧姆龙MY4NJ 24VDC）KA1、KA2...，循环水泵M1，接触器（型号施耐德LC1-D1210M7C）KM1，燃烧装置燃料供给控制SR1，燃烧装置点火线圈K1。

所述的控制电源E1的输入端连接到外部供电电源，控制电源E1的输出端连接到欧陆温控器TH1电源输入端； 远程监控计算机PC连接到欧陆温控器TH1的Profibus DP接口，也可采用其他形式的通讯接口； 罐体安装液位计SW1、SW2...、超声波料位计SU1、SU2和温度计PT100热电阻TC1~TC4...的模拟量输出信号连接到欧陆温控器TH1的模拟量输入通道；欧陆温控器TH1的输出通道和三通电调阀DT1的输入信号端连接（DC 4～20mA或1~5V），三通电调阀DT1的反馈输出信号端连接欧陆温控器TH1的的模拟量输入通道（DC 4～20mA或1~5V）；电动开关阀D1、D2...连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点，中间继电器KA1、KA2...的线圈正极端连接到连接欧陆温控器TH1的继电器输出端；循环水泵M1的电机接线端连接到接触器KM1的主触头下桩头，接触器KM1的线圈连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点；燃烧装置燃料供给控制SR1信号连接到欧陆温控器D4模块B1的输出通道；燃烧装置点火线圈K1连接到中间继电器KA1、KA2...的辅助触点。

工作时，首先合上控制电源E1的开关，欧陆温控器TH1得电。然后控制系统对罐体安装液位计SW1、SW2...超声波料位计SU1、SU2...和温度计PT100热电阻TC1~TC4...的检测信号进行分析；然后重复中（1）～（9）步骤。

显然，上述两例实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。