一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，由氣體測量及變送裝置、信號傳輸與接收裝置、數據處理裝置、設置與顯示裝置組成；通過安裝在沼氣發酵罐上的氣體測量及變送裝置，實時檢測發酵罐內發酵狀態，經信號傳輸與接收裝置，把信息發送到數據處理裝置進行運算處理，并最終顯示在設置與顯示裝置上。本發明通過在過濾集氣裝置上安裝CH4變送器、CO2變送器、O2變送器、H2S變送器來檢測沼氣發酵過程中的氣體成分變化情況，并通過PLC可編程控制器計算處理、實時在線顯示與記錄發酵過程參數，實現整個沼氣發酵過程中氣體成分變化的可視化，為發酵工藝及發酵裝置的改進提供理論依據。此外，本發明結構簡單，控制精度高，可移植性好。
【專利說明】一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于沼氣工程【技術領域】，尤其涉及一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統。
【背景技術】
[0002]沼氣發酵過程，實質上是微生物的物質代謝和能量轉換過程。在分解代謝過程中沼氣微生物獲得能量和物質，以滿足自身生長繁殖，同時大部分物質轉化為甲烷和二氧化碳。科學測定分析表明:有機物約有90%被轉化為沼氣，10%被沼氣微生物用于自身的消耗。發酵原料生成沼氣是通過一系列復雜的生物化學反應來實現的。幾乎所有的有機物質都可以厭氧降解生成沼氣。固形有機物變為沼氣的整個過程，可劃分為液化、產酸和產甲烷三個階段。在沼氣發酵過程中，三個階段是相互依賴和連續進行的，同時也是相互銜接和相互制約的。在對農村沼氣池的測定中，可以看出沼氣發酵有這樣一個過程:發酵初期大量產生揮發酸，在揮發酸濃度迅速增高的同時，氨態氮濃度急劇上升。氨態氮濃度達到高峰時，揮發酸濃度下降、氧化還原電位降低，產氣量和氣體中甲烷含量上升并達到高峰。這一連鎖反應完成之后的一段時間內，PH值、氧化還原電位、產氣量和甲烷含量等都基本穩定，而揮發酸濃度明顯下降。這一情況說明:農村沼氣發酵過程中，各個生化因子都有一個明顯變化，它們彼此既相互依賴又相互約束，基質不斷分解，沼氣不斷形成，使整個發酵處于動態平衡狀態。
[0003]但沼氣微生物對環境的變化也是很敏感的，某些環境因素的變化會使平衡受到影響甚至遭到破壞。如:一次進料過多、溫度突然發生超過2°C的變化、料液中進入某種有毒物質等情況，就會造成酸堿度、產氣量和產氣成分發生變化，打破平衡影響產氣。不過沼氣微生物對環境同樣也有一定的適應能力，只要環境因素的變化不超過一定的范圍，即是平衡被打破也是暫時的，經過一定時間的自我調節又可達到新的平衡。這種情況一般不需人為調節，只有環境因素變化超過了微生物的承受能力，動態平衡被破壞的不能自行恢復時，才可采取必要的人為調節措施。沼氣發酵過程中的產氣速率與氣體成分比例時刻變化，通過對其監測可以了解沼氣發酵所處的階段與停留時間，為提高產氣率及沼氣質量提供依據。
[0004]但是現有的人工調節沼氣發酵過程勞動強度大、效率低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，利用該裝置可以實時動態地采集沼氣發酵過程中的各類工藝數據，旨在解決人工調節沼氣發酵過程勞動強度大、效率低的問題。
[0006]本發明是這樣實現的，一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，該裝置由氣體測量及變送裝置、信號傳輸與接收裝置、數據處理裝置、設置與顯示裝置組成，通過安裝在沼氣發酵罐上的氣體測量及變送裝置，實時檢測發酵罐內發酵狀態，經信號傳輸與接收裝置，把信息發送到數據處理裝置進行運算處理，并最終顯示在設置與顯示裝置上。
[0007]進一步，在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統還包括:發酵罐、過濾集氣器、CH4變送器、H2S變送器、沼氣排氣管、手動排氣閥、O2變送器、CO2變送器；
[0008]發酵罐的頂部設置出氣口，出氣口通過螺紋連接過濾集氣器，過濾集氣器上設置有5個螺紋口，分別與CH4變送器、H2S變送器、O2變送器、CO2變送器和沼氣排氣管連接，手動排氣閥主要是控制氣路的通斷。；
[0009]進一步，信號傳輸與接收裝置由屏蔽雙絞信號線及模擬量接收裝置組成；
[0010]進一步，數據處理裝置為PLC可編程控制器；
[0011 ] 進一步，設置與顯示裝置為電控箱上的設置按鍵與顯示器。
[0012]本發明提供的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，通過設置氣體測量及變送裝置、信號傳輸與接收裝置、數據處理裝置、設置與顯示裝置；本發明可直接觀察記錄發酵罐內發酵情況，提供真實有效的工藝數據，并可方便地對任意發酵時段的數據進行分析處理，滿足工藝人員對發酵過程的控制。此外，本發明結構簡單，操作方便，提供了一種性能優良的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明提供的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統的結構示意圖；
[0014]圖中:1、發酵罐；2、過濾集氣器；3、CH4變送器；4、H2S變送器；5、沼氣排氣管；6、手動排氣閥；7、信號傳輸與接收裝置；8、電控箱；9、顯示屏；10、設置按鍵；11、O2變送器；12、CO2變送器。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0016]圖1出示了本發明提供的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統。為了便于說明，僅僅不出了與本發明相關的部分。
[0017]一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，該裝置由氣體測量及變送裝置、信號傳輸與接收裝置、數據處理裝置、設置與顯示裝置組成，通過安裝在沼氣發酵罐上的氣體測量及變送裝置，實時檢測發酵罐內發酵狀態，經信號傳輸與接收裝置，把信息發送到數據處理裝置進行運算處理，并最終顯示在設置與顯示裝置上。
[0018]作為本發明實施例的一優化方案，在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統還包括:發酵罐、過濾集氣器、CH4變送器、H2S變送器、沼氣排氣管、手動排氣閥、O2變送器、CO2變送器;
[0019] 發酵罐的頂部設置出氣口，出氣口通過螺紋連接過濾集氣器，過濾集氣器上設置有5個螺紋口，分別與CH4變送器、H2S變送器、O2變送器、CO2變送器和沼氣排氣管連接，手動排氣閥主要是控制氣路的通斷。
[0020]作為本發明實施例的一優化方案，信號傳輸與接收裝置7由屏蔽雙絞信號線及模擬量接收裝置組成；[0021]作為本發明實施例的一優化方案，數據處理裝置為PLC可編程控制器；
[0022]作為本發明實施例的一優化方案，設置與顯示裝置為電控箱上8的設置按鍵10與
顯示屏9。
[0023]本發明提供的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統通過屏蔽雙絞信號線及調制電流信號傳輸保障了信號傳輸過程穩定可靠，并通過可編程控制器計算處理接收的數據，從而能實時動態在線觀察并記錄沼氣發酵過程狀態。[0024]本發明的CH4變送器3、H2S變送器4、02變送器11、C02變送器12與可編程控制器主要通過信號線連接，信號線中的信號為4-20ma的電流信號，氣體變送器內含有氣體傳感器及變送處理電路，其氣體傳感器檢測物理量(氣體)的成分變化，并轉變成電量送入變送處理電路進行放大，調制為標準的4-20ma電流信號輸出，可編程控制器的模擬量模塊可以直接接收4-20ma的電流信號，用戶通過對可編程控制器進行編程就可以把標準電流信號轉換成可處理的數字量信號，并用于，處理與控制，對外輸出信號與接收設置信號都是由用戶對可編程控制器進行控制來實現的。
[0025]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，其特征在于，所述在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統由氣體測量及變送裝置、信號傳輸與接收裝置、數據處理裝置、設置與顯示裝置組成； 通過安裝在沼氣發酵罐上的氣體測量及變送裝置，實時檢測發酵罐內發酵狀態，經信號傳輸與接收裝置，把信息發送到數據處理裝置進行運算處理，并最終顯示在設置與顯示裝置上。
2.如權利要求1所述的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，其特征在于，所述在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統還包括:發酵罐、過濾集氣器、CH4變送器、H2S變送器、沼氣排氣管、手動排氣閥、O2變送器、CO2變送器； 發酵罐的頂部設置出氣口，出氣口通過螺紋連接過濾集氣器，過濾集氣器上設置有5個螺紋口，分別與CH4變送器、H2S變送器、O2變送器、CO2變送器和沼氣排氣管連接，手動排氣閥主要是控制氣路的通斷。
3.如權利要求1所述的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，其特征在于，所述信號傳輸與接收裝置由屏蔽雙絞信號線及模擬量接收裝置組成。
4.如權利要求1所述的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，其特征在于，所述數據處理裝置為PLC可編程控制器。
5.如權利要求1所述的在線式沼氣發酵過程數據采集與處理系統，其特征在于，所述設置與顯示裝置為電控箱上的設置有 按鍵與顯示器。
【文檔編號】C12M1/36GK103451096SQ201310374007
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】張勁, 焦靜, 鄭勇, 王金麗, 王剛, 郭昌進, 鄒明宏 申請人:中國熱帶農業科學院農業機械研究所, 中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所