CN107629946A - 基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，包括通过智能网关连接云计算控制中心的现场控制单元，所述的云计算控制中心连接有远程控制端和智能手机；所述的现场控制单元包括与智能网关相连接的PLC控制器及分别与PLC控制器相连接的工控计算机、现场仪表及现场控制设备；所述的工控计算机用于显示所有生产数据并发出人工操作指令，通过PLC控制器发送到现场控制设备和现场仪表。本发明能够根据原料变化自动调整控制策略，使沼气生产实现智能控制，大大提高产气效率和污水处理效果。

Description

基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及沼气生产领域，具体来说，是指一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统及控制方法。

背景技术

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。沼气的主要成分甲烷，含有50％-80％甲烷(CH4)，是一种理想的气体燃料。它无色无味，与适量空气混合后即会燃烧。属于清洁的可再生能源。近年来，由于国家对环保问题更加重视且对沼气行业的扶持，沼气行业得到迅速发展，尤其是利用畜禽粪便、植物(小麦、玉米等)秸秆生产沼气，既解决了环境污染问题，又可生产清洁能源，得到经济效益。但当前我国沼气生产技术落后，大部分为“土法”生产沼气，自动化水平低，生产效率低下，工程运营寿命短。少量沼气工程开始加上控制系统，但仅限于对液位、压力等数据的采集和控制设备的简单逻辑控制，控制方式简单粗放。往往是原料池液位到设定高限值开始进料，低于低限设定值停止，从不考虑对产气速度的影响。当原料成份变化时(纯畜禽粪水、纯秸秆或多种混合)控制方式也不变，对发酵温度也不能精确调节，更不会根据物料成份变化自动调度发酵温度。产气效率、污水处理指标都很低。

在申请号为201110425997.1的发明申请中，公开了一种基于云计算的远程实时沼气运行参量监测系统构建方法，该申请中，基于云计算技术，实现对检测对象配制专业秘钥，杜绝谎报瞒报检测结果，能够实现数据被篡改，但是该申请中，并不能实现对监测数据进行远程汇总和反馈调节。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统及控制方法，能够改善上述问题，能根据原料变化自动调整控制策略，使沼气生产实现智能控制，大大提高产气效率和污水处理效果。

本发明采用的技术方案如下：一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，包括通过智能网关连接云计算控制中心的现场控制单元，所述的云计算控制中心连接有远程控制端和智能手机；

所述的现场控制单元包括与智能网关相连接的PLC控制器及分别与PLC控制器相连接的工控计算机、现场仪表及现场控制设备；

所述的工控计算机用于显示所有生产数据并发出人工操作指令，通过PLC控制器发送到现场控制设备和现场仪表。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过对沼气生产过程各种数据的采集，利用云计算技术进行大数据分析，对厌氧发酵进行数学建模，引入人工智能控制理念，实现对沼气生产的智能控制，实现沼气生产的自动化、智能化和无人(值守)化；

2.本发明能够降低沼气生产运营成本并大大提高产气效率和污水处理效果。并随时随地可通过PC端或智能手机实现生产过程的全面监控，最大限度保障沼气生产的运行安全。

可选的，为更好的实现本发明，所述的现场控制设备包括分别与PLC控制器相连接的进料泵、气动阀及搅拌装置。通过采用进料泵，可以方便直接将原料泵入沼气池，各管道通过气动阀控制，利用PLC控制器控制气动阀的启闭，在沼气生产过程中，利用搅拌装置搅拌原料。

可选的，为更好的实现本发明，所述的现场仪表包括分别与PLC控制器相连接的液位变送器、压力变送器、温度变送器、物位变送器及流量变送器。通过液位变送器检测原料池、沼渣池等的液位，通过压力变送器检测沼气池设备的压力值，避免设备过压导致泄露，利用物位变送器器检测厌氧发酵罐物料的高度和沼气储量，利用流量变送器检测向厌氧发酵罐加入原料的量和产生沼气量。

可选的，为更好的实现本发明，还包括通过交换机与云计算控制中心相连接的硬盘录像机，在所述的硬盘录像机上连接有视频显示器。通过硬盘录像机，可以方便实时对沼气池内部状况以及生产车间状况进行检测，并且，可以通过远程设备进行监督。

可选的，为更好的实现本发明，还包括通过交换机与云计算控制中心相连接的网络摄像头。利用网络摄像头，可以实时检测生产场所的状况，实现对沼气生产的全面监控以及生产现场的远程可视化。

本发明还公开了一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制方法，包括以下步骤：

S1：在沼气生产现场安装包括液位变送器、压力变送器、温度变送器、物位变送器及流量变送器在内的现场仪表，并将各现场仪表分别通过线路与PLC控制器相连接；

S2：在沼气生产现场安装包括进料泵、气动阀及搅拌装置在内的现场控制设备，并将各现场控制设备分别通过线路与PLC控制器相连接；

S3：在PLC控制器上连接工控计算机，用于接收现场仪表的数据并向现场控制设备发送控制指令；

S4：将PLC控制器通过智能网关有线或无线连接到云计算控制中心，通过智能手机或远程控制端读取云计算控制中心存储的数据；

S5：通过能手机或远程控制端向云计算控制中心发送控制指令，由云计算控制中心通过智能网关有线或无线连接PLC控制器，将控制指令发送至PLC控制器，PLC控制器将指令发送至现场控制设备和工控计算机；

S6：现场仪表检测步骤S5后沼气生产现场液位、压力、物位、流量、温度并将数据通过PLC控制器发送到工控计算机和云计算控制中心。

本发明通过云计算控制中心实现对沼气生产现场进行数据采集和监控，可随时随地通过互联网实现PLC程序的远程下载、修改、维护和升级；可随时随地通过PC端或智能手机实现生产过程的监控，包括生产数据和视频监控；控制模式不单一，通过对生产过程大数据的解析，自动根据原料成份或比例变化自动选择不同的控制策略，达到自适应控制，使产气效率、污水处理效果等指标达到最优；可采集生产过程中所有工艺所需的液位、压力、温度、物位和流量信号，并能自动控制关键控制设备，如进料泵、搅拌装置和各类气动阀的启停；工艺、控制参数不再固定不变，可通过云计算逐步优化，根据原料和生产情况变化情况找到最优参数；通过本地监控计算机实现所有生产过程监控，包括人工干预，应急处理等。

可选的，为更好的实现本发明，在步骤S3中，通过交换机将硬盘录像机，在硬盘录像机上设置视屏显示器。在关键设备或工艺环节安装网络摄像头，经硬盘录像机、视频显示器和交换机实现本地和远程生产过程可视化。

可选的，为更好的实现本发明，在步骤S3中，通过交换机将网摄像头与云计算控制中心相连接。现场视频信号可与控制系统联动，直接参与控制。实现远程故障诊断并对故障维修提供远程指导。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明整体结构示意图。

附图标记：1.工控计算机，2.PLC控制器，3.智能网关，4.云计算控制中心，5.远程控制端，6.视屏显示器，7.硬盘录像机，8.交换机，9.网络摄像头，10.智能手机，11.现场仪表，12.现场控制设备，111.液位变送器，112.压力变送器，113.温度变送器，114.物位变送器，115.流量变送器，121.进料泵、122.气动阀，123.搅拌装置。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1对本发明作详细说明。

实施例1：

针对我国当前沼气生产规模小，自动化水平低，生产效率低下等问题，本发明公开了一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，包括通过智能网关3连接云计算控制中心4的现场控制单元，所述的云计算控制中心4连接有远程控制端5和智能手机10；

所述的现场控制单元包括与智能网关3相连接的PLC控制器2及分别与PLC控制器2相连接的工控计算机1、现场仪表11及现场控制设备12；

所述的工控计算机1用于显示所有生产数据并发出人工操作指令，通过PLC控制器2发送到现场控制设备12和现场仪表11。

在沼气生产控制室设置一PLC控制器(可编程逻辑控制器)，生产现场根据工艺需要安装相应规格的现场仪表，包括液位变送器111、压力变送器112、温度变送器113、物位变送器114、流量变送器115等，可以根据需要添加其他检测仪表设备，采集工艺所需的所有液位、压力、温度、物位和流量信号并连接到PLC控制器，实现生产过程数据的实时测量并上传控制系统。沼气生产过程中所需的控制设备，如进料泵121、搅拌装置123和各类气动阀122均可由PLC控制器自动控制。PLC控制器连接现场工业控制计算机实现本地数据监控，另外经智能网关通过有线或无线方式连接到云计算控制中心。在关键设备或工艺环节安装网络摄像头9，经硬盘录像机7、视频显示器6实现现场视频监控。另外经交换机通过公共互联网连接到云计算控制中心，实现生产现场的可视化。在现场工业控制计算机可以查看沼气生产过程中所有液位、压力、温度、物位和流量信号的实时值和历史数据、实时和历史曲线、报警信息；能查看所有关键设备的运行状态并能控制设备启停；能查看并修改过程参数。可以通过视频设备查看并存储现场视频信息。

实施例2：

本发明同时公开了一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制方法，包括以下步骤：

S1：在沼气生产现场安装包括液位变送器111、压力变送器112、温度变送器113、物位变送器114及流量变送器115在内的现场仪表11，并将各现场仪表11分别通过线路与PLC控制器2相连接；

S2：在沼气生产现场安装包括进料泵121、气动阀122及搅拌装置123在内的现场控制设备12，并将各现场控制设备12分别通过线路与PLC控制器2相连接；

S3：在PLC控制器2上连接工控计算机1，用于接收现场仪表11的数据并向现场控制设备12发送控制指令；通过交换机8将硬盘录像机7，在硬盘录像机7上设置视屏显示器6；通过交换机8将网摄像头9与云计算控制中心4相连接；

S4：将PLC控制器2通过智能网关3有线或无线连接到云计算控制中心4，通过智能手机10或远程控制端5读取云计算控制中心4存储的数据；

S5：通过能手机10或远程控制端5向云计算控制中心4发送控制指令，由云计算控制中心4通过智能网关3有线或无线连接PLC控制器2，将控制指令发送至PLC控制器2，PLC控制器2将指令发送至现场控制设备12和工控计算机1；

S6：现场仪表11检测步骤S5后沼气生产现场液位、压力、物位、流量、温度并将数据通过PLC控制器2发送到工控计算机1和云计算控制中心4。

在远端运营中心设置云计算控制中心，可完成生产数据和视频信号的远程采集并存储到云服务器。通过大数据云计算技术实时解析沼气生产运行状态，对厌氧发酵过程物料平衡和热量平衡进行数学建模，引入人工智能控制理念，并通过控制系统自学习不断优化控制参数，根据不同成份的原料选择不同的控制策略。自动选择不同的进料方式进料时机，单次进料量和进料间隔等和厌氧发酵罐内温度等。对沼气生产进行自适应控制，使沼气产气效率和污水处理指标等各项参数达到最优。实现沼气生产的自动化、智能化控制，达到无人值守的目的。

沼气生产运行管理人员和技术人员可通过智能手机查看生产设备状态、视频信号、实时和历史数据、报警数据，在权限范围内可远程操作设备，调整工艺、控制参数。生产中异常情况和报警信息能自动推送到相关人员手机，使异常能在第一时间得到处理。技术人员可远程对控制系统下载程序，对程序进行升级、维护和远程故障诊断。

Claims (9)

1.基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，包括通过智能网关(3)连接云计算控制中心(4)的现场控制单元，其特征在于：所述的云计算控制中心(4)连接有远程控制端(5)和智能手机(10)；

所述的现场控制单元包括与智能网关(3)相连接的PLC控制器(2)及分别与PLC控制器(2)相连接的工控计算机(1)、现场仪表(11)及现场控制设备(12)；

所述的工控计算机(1)用于显示所有生产数据并发出人工操作指令，通过PLC控制器(2)发送到现场控制设备(12)和现场仪表(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，其特征在于：所述的现场控制设备(12)包括分别与PLC控制器(2)相连接的进料泵(121)、气动阀(122)及搅拌装置(123)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，其特征在于：所述的现场仪表(11)包括分别与PLC控制器(2)相连接的液位变送器(111)、压力变送器(112)、温度变送器(113)、物位变送器(114)及流量变送器(115)。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，其特征在于：还包括通过交换机(8)与云计算控制中心(4)相连接的硬盘录像机(7)，在所述的硬盘录像机(7)上连接有视频显示器(6)。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，其特征在于：还包括通过交换机(8)与云计算控制中心(4)相连接的网络摄像头(9)。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制系统，其特征在于：所述的智能网关(3)通过有线或无线连接到所述的云计算控制中心(4)。

7.根据权利要求1-6所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：在沼气生产现场安装包括液位变送器(111)、压力变送器(112)、温度变送器(113)、物位变送器(114)及流量变送器(115)在内的现场仪表(11)，并将各现场仪表(11)分别通过线路与PLC控制器(2)相连接；

S2：在沼气生产现场安装包括进料泵(121)、气动阀(122)及搅拌装置(123)在内的现场控制设备(12)，并将各现场控制设备(12)分别通过线路与PLC控制器(2)相连接；

S3：在PLC控制器(2)上连接工控计算机(1)，用于接收现场仪表(11)的数据并向现场控制设备(12)发送控制指令；

S4：将PLC控制器(2)通过智能网关(3)有线或无线连接到云计算控制中心(4)，通过智能手机(10)或远程控制端(5)读取云计算控制中心(4)存储的数据；

S5：通过能手机(10)或远程控制端(5)向云计算控制中心(4)发送控制指令，由云计算控制中心(4)通过智能网关(3)有线或无线连接PLC控制器(2)，将控制指令发送至PLC控制器(2)，PLC控制器(2)将指令发送至现场控制设备(12)和工控计算机(1)；

S6：现场仪表(11)检测步骤S5后沼气生产现场液位、压力、物位、流量、温度并将数据通过PLC控制器(2)发送到工控计算机(1)和云计算控制中心(4)。

8.根据权利要求7所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制方法，其特征在于：在步骤S3中，通过交换机(8)将硬盘录像机(7)，在硬盘录像机(7)上设置视屏显示器(6)。

9.根据权利要求7所述的一种基于大数据云技术的沼气生产智能控制方法，其特征在于：在步骤S3中，通过交换机(8)将网摄像头(9)与云计算控制中心(4)相连接。