模型設計說明書

貴陽學院項目名稱:沼氣池智能管理系統(tǒng)項目小組：林城之鷹小組成員：魏國波、周精文、胡明強項目指導：李疆老師目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一項目背景3頁\o"CurrentDocument"二設計思路3頁（一）設計原理3頁1沼氣池的發(fā)酵原理3頁2必備條件4頁（二）發(fā)酵罐示意圖5頁（三）技術原理5頁1動力源一電機6頁2控制源—PLC6頁3操作裝置一HMI6頁\o"CurrentDocument"三項目實施方案7頁（一）產(chǎn)氣工作流程7頁1正常發(fā)酵7頁模擬參數(shù)8頁（二）電路圖模塊8頁1總電路圖設計8頁2電器元件明細表8頁安裝與接線9頁（三）PLC程序模塊10頁PLC流程圖10頁PLC程序11頁（四）HMI人機界面的制作與設定12頁畫面制作12頁安裝0S14頁PLC程序下載14頁（五）模型設計實物圖和尺寸大小16頁1模型實物圖16頁2尺寸大小17頁四項目總結17頁（一）優(yōu)點17頁（二）經(jīng)驗與挑戰(zhàn)17頁\o"CurrentDocument"五附件18頁致謝18頁六參考文獻18頁大型沼氣池模型設計說明書一、項目背景近年來，我國能源矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)污染比例正在擴大，沼氣產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活用能的循環(huán)發(fā)展，能有效緩解農(nóng)村生活用能與環(huán)境保護之間的矛盾，是解決我國農(nóng)村能源問題和建設節(jié)約型新農(nóng)村的有效途徑。但隨著建設的進一步深入，諸多問題也日夜凸顯。第一、部份戶主投料后，由于管理的諸多問題加上設計的本身存在的缺性導致長時間不產(chǎn)氣或產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣質量不高，點火困難等問題，成為困擾戶主對建設沼氣項目科學性的質疑！第二、隨著養(yǎng)殖行業(yè)的不斷擴大，給周圍的環(huán)境帶來很大的壓力，因此大型沼氣池建設將成為主流，因而在管理上不能采用農(nóng)村的單一管理模式，這樣既增加工作量，而且效率不高。第三、科學技術的發(fā)展促使我門必然要從智能管理方向發(fā)展，減輕工作人員的工作量，提高產(chǎn)氣效率。因此為了進一步完善沼氣池的管理建設，改變現(xiàn)行沼氣業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，我們通過對三菱PLC、HMI等系列產(chǎn)品的了解，模擬實際工作環(huán)境，用三菱PLC作為控制源，通過連接各檢測裝置對沼氣池的各項指標進行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果實現(xiàn)沼氣自動進行加物料、調(diào)溫、調(diào)PH值、除沼渣等工作，讓其達到動態(tài)平衡。從而讓沼氣池的產(chǎn)氣達到意想的目的，讓它真正成為一種改變戶主能源需求同時能提供優(yōu)質有機肥的產(chǎn)業(yè)。進一步優(yōu)化生活環(huán)境，提高全民健康水平，促進養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，改變農(nóng)村傳統(tǒng)生活方式，從而增加農(nóng)戶的收入來源，實現(xiàn)全民生活用能高效化、清潔化、智能化。實現(xiàn)低碳環(huán)保的能源要求！二、設計思路（一）、設計原理以一個沼氣池的檢測和控制為例，根據(jù)沼氣池的發(fā)酵原理及必備條件。了解微生物的活動規(guī)律，生存條件，以及在每個環(huán)節(jié)的作用。模擬實際工作環(huán)境，能對沼氣池的各項指標進行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果實現(xiàn)沼氣池自動進行加物料、排水、調(diào)溫、調(diào)PH值、除沼渣等工作，讓其達到動態(tài)平衡。意在改變外在條件，讓微生物能夠生存在一個適宜的環(huán)境中，從而實現(xiàn)大量的產(chǎn)沼氣！1、沼氣池的發(fā)酵原理是指有機物質在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過各類微生物的分解代謝，最終沼氣的過程。這個過程有以下三個階段：（1）液化階段：在沼氣發(fā)酵中首先是發(fā)酵性細菌群利用它所分泌的胞外酶，如纖維酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，對有機物進行體外酶解，也就是把禽畜糞便、作物秸桿、豆制品加工后的廢水等大分子有機物分解成能溶于水的單糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物這個階段叫液化階段。產(chǎn)酸：先由發(fā)酵性細菌將液化階段產(chǎn)生的小分子化合物吸收進細胞內(nèi)，并將其分解為乙酸、丁酸、氫和二氧化碳等，再由產(chǎn)氫乙酸菌把發(fā)酵性細菌產(chǎn)生的丙酸、丁酸轉化為甲烷菌可利用的乙酸、氫和二氧化碳。另外，還有耗氧產(chǎn)乙酸菌群，這種細菌群體利用氧和二氧化碳生產(chǎn)乙酸，還能代謝糖類產(chǎn)生乙酸，它們能轉變多種有機物為乙酸。液化階段和產(chǎn)酸階段是一個連續(xù)過程，統(tǒng)稱不產(chǎn)甲烷階段。在這個過程中，不產(chǎn)甲烷的細菌種類繁多，數(shù)量巨大，它們主要的作用是為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)和為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消除部分毒物。產(chǎn)甲烷：產(chǎn)甲烷菌群，利用以上以上兩步所分解轉化的小分子化合物等生成甲烷2、必備條件沼氣發(fā)酵是由多種細菌參加完成的，它們在沼氣池中進行新陳代謝和生長繁殖過程中，需要一定的生活動條件，只有用人工為其創(chuàng)造適宜生產(chǎn)條件，才能使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼氣池內(nèi)的有機物分解。另一方面控制沼氣池內(nèi)發(fā)酵過程的正常運行，也需要一定的條件。因此，只有滿足微生物的生長條件和沼氣池正常運行條件，才能獲得產(chǎn)氣率大、有機沼肥提代多的效果。綜合起來，人工制取沼氣的基本條件是：沼氣細菌、發(fā)酵原理、發(fā)酵濃度、PH值、嚴格厭氧環(huán)境和適宜的溫度。沼氣細菌制取沼氣必須有沼氣細菌才行，這和發(fā)面需要有酵母菌一樣，如果沒有沼氣細菌作用，沼氣池內(nèi)的有機物本身是不會轉變的沼氣的，所以沼氣發(fā)酵啟動時要有足夠數(shù)量含優(yōu)良沼氣菌種的接種物，這是制取沼氣的重要條件。足夠的發(fā)酵原料沼氣發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質基礎，又是沼氣以酵細菌賴以生存的養(yǎng)粒亞源，因為沼氣細菌在沼氣池內(nèi)正常生長繁殖過程中，必須從發(fā)酵原料里吸取充足的營養(yǎng)物質，如水分、碳素、氮素、無機鹽類和生長素等，用于生命活動，成倍繁殖細菌和產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵原料濃度沼氣池中的料液在發(fā)酵過程中需要保持一定的濃度，才能正常產(chǎn)氣運行，如果發(fā)酵料液中含水量過少，發(fā)酵原料過多，發(fā)酵液的濃度過大，產(chǎn)甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有機酸的大量積累，結果使發(fā)酵受到阻礙；如果水太多，發(fā)酵液的濃度過稀，有機物含量少，產(chǎn)氣量就小。所以沼氣池發(fā)酵液必須保持一定的濃度，根據(jù)實踐沼氣池一般采用6%—10%的發(fā)酵料液濃度較適宜，在這個范圍內(nèi)，沼氣的初始啟動濃度要低一些便于啟動。夏季和初秋池溫高，原料分解快，濃度可適當?shù)鸵恍欢?、初春池溫低、原料分解慢發(fā)酵料液濃度保持在10%為宜。適當?shù)乃釅A度沼氣發(fā)酵細菌最適宜的PH為6.8-7.5,6.4以下7.6以上都對產(chǎn)氣有抑制作用。如果PH在5.5以下，就是料液酸化的標志，其產(chǎn)甲烷菌的活動完全受到抑制。如沼氣初始啟動時，投料濃度過高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量又不足，或者在沼氣池內(nèi)一次加入大量的雞糞、薯渣造成發(fā)酵料液濃度過高，都會因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)而引起揮發(fā)酸(乙酸、丙酸、丁酸)的積累導致PH下降。這是造成沼氣池啟動失敗或運行失常的主要原因。嚴格的厭氧環(huán)境

沼氣發(fā)酵中起主要作用的是厭氧分解菌和產(chǎn)甲烷菌。它們怕氧，在空氣中暴露幾秒鐘就會死亡，就是說空氣中的氧氣對它們有毒害致死的作用。因此，嚴格的厭氧環(huán)境是沼氣發(fā)酵的最主要條件之一。（6）適宜的溫度沼氣池內(nèi)發(fā)酵液的溫度，對產(chǎn)生沼氣的多少有很大影響，這是因為在最適宜的溫度范圍內(nèi)溫度越高，沼氣細菌的生長、繁殖越快、產(chǎn)沼氣就多。如果溫度不適宜，沼氣細菌生長發(fā)育慢、產(chǎn)氣就少或不產(chǎn)氣。所以，溫度是生產(chǎn)沼氣的重要條件。一般說沼氣細菌在8-60r范圍內(nèi)都能進行發(fā)酵。人們把沼氣發(fā)酵劃分為三個發(fā)酵區(qū)，即常溫發(fā)酵區(qū)10—26°C，中溫發(fā)酵區(qū)28—38C，最適溫度為35C。（7）壓力范圍池內(nèi)正常工作壓力p<8000Pa，p<12000Pao采用浮罩貯氣者，可選p<4000Pa池內(nèi)正常工作壓力p<8000Pa，p<12000Pao（二）、發(fā)酵罐原理圖攪拌電機圖1發(fā)酵罐原理圖攪拌電機（三）、技術原理1、動力源電機。電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。主要用于加物料、攪拌和排沼渣等。2、控制源——PLCo

PLC一可編程序控制器的縮寫，是通過輸入輸出部分對各種裝置實施控制、內(nèi)置有可儲存編程指令的存儲器的電子裝置。實現(xiàn)自動化的基礎，用于控制各個模擬量。3、檢測裝置一一傳感元件傳感元件：是指能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”，它們的出現(xiàn)大大促進了自動化系統(tǒng)的發(fā)展。4、操作裝置——HMI人機界面作為FA相關領域可編程序控制器的HMI(人機接口)設備。人機界面的畫面制作設定通過專用畫面設計軟件(GTDesigner2Version2或GTworks2Version2)在計算機上進行。在該軟件上可進行畫面設計、或對開關、指示燈的部件進行設定。由于人機操作界面實現(xiàn)操作的便捷，由于是用軟元件代替實物，所以提高了使用壽命！圖2圖2HMI工作接圖動力支持裝置模擬量控制裝置操作裝置PLC、傳感器、檢測器等、計算機

三、項目實施方案（一）、產(chǎn)氣工作流程1、正常發(fā)酵廠加干料啟動Y徉攪拌】41加水.>只要接種正常密封性良好，就

能產(chǎn)氣其中出料和攪拌是在設定的時間內(nèi)自行

動作只要接種正常密封性良好，就

能產(chǎn)氣2、模擬參數(shù)小于下限溫度變化大于上限加水加蒸汽攪拌B、PH值變化大于上限加干料或酸小于下限加氨水或草攪拌（二）、電路圖模塊1、總電路圖設計，詳細見附件1和附件2。2、電氣元器件明細表代號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注QF小型斷路器BH-D6C162個KM交流接觸器S-N10220VAC,9A1個可配4KW電機M電動機60KTYZ220V/50HZ/14W2臺FU熔斷器配熔體1A2套HV1-HV4電磁閥2W-160-15DC244個PLC可編程控制器FX3U-32MR/ES-A1臺GOT觸摸屏GT1150-QBBD-C1臺SB按鈕2個MW開關電源S-100-24一個SQ浮球液位開關2個4通道模擬量輸入模塊FX3U-4AD1個4通道鉑電阻測溫模塊FX2N-4AD-PT24VDC一個

通信電纜FX-50DU-CABO1根用于GOT和PLC之間的數(shù)據(jù)通信USBUSB數(shù)據(jù)傳輸線一根用于GOT和PLC的程序下載及監(jiān)控ST1溫度傳感器1個KA小型繼電器RELECOER-CDC24V6個3、安裝與接線(1)安裝一一根據(jù)電路板的結構，合理分配電器元件的安裝位置，讓整體布局看上去簡潔而協(xié)調(diào)！布局圖如下：TX圖3原理布局圖(2)接線——根據(jù)安裝布局的形式，按照嚴格的接線標準進行接線，杜絕線頭夾不緊、線路連接錯誤等情況出現(xiàn)！(完整的接線圖見附件3)B)接線實物如圖4所示圖3實物接線圖2、PLC程序見附件41、程序軟主要元件列表輸入繼電器功能輸出繼電器功能X1液位上限Y0加干物料X3液位下限Y1攪拌內(nèi)部繼電器功能Y2PH值過低調(diào)劑M40自動運行Y3液體物料M50自動停止Y4溫度過低通蒸汽Y5除沼渣

（四）HMI人機界面畫面的制作與設定1、畫面制作（1）、開機畫面當觸摸屏通電打開的時候將呈現(xiàn)下面的畫面，通過窗口切換進入主要運行、調(diào)試及參數(shù)設定畫面。項目名稱項目名稱畫面切換（2）、自動運行畫面模擬實際發(fā)酵狀態(tài)，顯示各參數(shù)的變化情況，根據(jù)情況進行參數(shù)調(diào)整，達到正常狀況。啟動停止參數(shù)顯示

(3)、設備調(diào)試畫面對每個控制設備進行調(diào)試對每個動作進行調(diào)試看是否能正常動作(4)、參數(shù)調(diào)整畫面啟動停止參數(shù)顯示(3)、設備調(diào)試畫面對每個控制設備進行調(diào)試參數(shù)設定每一個參數(shù)的變化，都會有一個調(diào)節(jié)過程，通過下面的設計就可以模擬調(diào)節(jié)時間。根據(jù)具體情況也可以靈活的設定各個參數(shù)動作時間。

參數(shù)設定（5）參數(shù)模擬換面參數(shù)模擬一一就是進行手動模擬參數(shù)變化，自動進行恢復的過程。模擬PH值變化的調(diào)節(jié)模擬溫度變化的調(diào)節(jié)（6）、調(diào)整參數(shù)后顯示窗口當調(diào)整相應參數(shù)后觸摸屏將自動顯示下面的對應的窗口畫面，提示操作者，在進行什么動作，方便管理，也更直觀。（5）參數(shù)模擬換面參數(shù)模擬一一就是進行手動模擬參數(shù)變化，自動進行恢復的過程。模擬PH值變化的調(diào)節(jié)模擬溫度變化的調(diào)節(jié)（6）、調(diào)整參數(shù)后顯示窗口當調(diào)整相應參數(shù)后觸摸屏將自動顯示下面的對應的窗口畫面，提示操作者，在進行什么動作，方便管理，也更直觀。加氨水

的動作

顯示窗口加熱的動作顯示窗口加物料調(diào)整PH值0T...n加水調(diào)節(jié)溫

度過高2、安裝0SGOT新設備必須安裝OS，否則設備不能工作?；竟δ苋堪惭b；通訊驅動程序選擇對應相

應的PLC類型MELSEC-FX；擴展功能選擇系統(tǒng)監(jiān)視；選項功能選擇配方和MELSEC-FX。3、PLC程序下載用FX-50DU-CABO通訊電纜將GOT和PLC連接起來。啟動GXDeveloper軟件，打開PLC程序后，將傳輸設置設為USB（GOT透明傳輸）后確認，執(zhí)行PLC寫入，將PLC程序（定時器測試梯形圖）傳送至PLC。4、工作下載一GOT：選擇基本畫面、公共設置、連接機器設置，然后點擊下載，即可將設計的畫面?zhèn)魉椭罣OT。（五）、模型設計實物圖及尺寸大小1、模型實物圖圖4模型實物圖圖5模型實物圖2、尺寸大小項目名稱大型沼氣池智能管理系統(tǒng)設備尺寸（cm）重量（Kg）電壓（V）功率（W）用氣用水預估外包裝尺寸（cm）150*100*10075220500用自來水150*150*130四、項目總結（一）、優(yōu)點1、實現(xiàn)自動化管理，減少管理人員的工作量，提高了工作人員操作的安全性。2、能夠自動調(diào)整產(chǎn)氣過程，產(chǎn)氣穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)沼氣池冬季產(chǎn)量不足、夏季產(chǎn)氣過旺浪費過大的問題，提高產(chǎn)氣效率！3、可以減輕大型養(yǎng)殖產(chǎn)帶來的環(huán)境壓