CN110591894A - 一种微藻反应釜养殖控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微藻反应釜养殖控制装置，所述装置包括控制器、一个或多个采集器、一个或多个控制开关；一个采集器用于采集反应釜内一种类型的微藻生长环境数据，一个控制开关用于调整所述反应釜内一种类型的微藻生长环境数据；每个采集器对应连接在所述控制器的一模数转换端口；每个控制开关对应连接在所述控制器的一输出端。通过本发明，为实时调整反应釜内、微藻生长环境数据的自动调整提供了硬件实现基础，从而可以有效提高反应釜微藻养殖的产量和质量。

Description

一种微藻反应釜养殖控制装置

技术领域

本发明涉及微藻养殖技术领域，具体而言，涉及一种微藻反应釜养殖控制装置。

背景技术

微藻是一种单细胞藻，细胞呈椭圆形或卵形，影响微藻的生理、生物量、产量和细胞内虾青素含量，主要涉及藻种的优劣和良好的培育条件(如环境的净化程度、温度、溶解氧、藻液组成、光谱结构、光能强度、光能面积和光能时间等)。通过定制光普以及基因工程及遗传工程改造现有藻种获得优良菌株，提高藻种的体积、光饱和值、抗光抑制，以及抗逆、抗菌能力，可以获得耐菌、增殖快和虾青素累积能力强的藻种。我们研究表明，经过优化的微藻反应釜养殖控制装置的培养条件，可以促使微藻中虾青素含量高达细胞干重的4.5-8％，而采用传统太阳光或荧光管等培养生成虾青素含量最高不足细胞干重的0.8％-5％。

目前，在现阶段的微藻养殖中，都是要是在实验室以三角瓶培养为主，生产上则扩大到在塑料袋、玻璃管道、各养殖场简陋的水泥池、跑道式中进行。前者养殖水体小，难以满足数量需求。后者培养时存在易受敌害污染、培养条件难以控制、生长周期长且受季节、天气、环境限制、培养环境不稳定等缺点，导致培养效率低、细胞密度小，其产量和质量都难以保证。再加上养殖过程中受温度、光照、降雨、季节等因素影响，不能全年高质量生产。阻碍微藻跑道式大规模生产主要因素是生物污染和雨生红球藻培养过程种群密度低使单位面积产量低所导致成本过高。由管道式光生物反应釜或小型系统组成的生物反应釜进行培养的雨生红球藻，存在的缺陷是管道壁容易被藻细胞粘连导致培养期间透光性下降、温度不稳定及清洗困难，因此只适合实验室的小规模生产。

因此，研究工业化的微藻反应釜养殖控制装置，建立高效、稳定的微藻养殖系统是解决微藻养殖的产量和质量低的问题的技术关键，也是工业养殖目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供一种微藻反应釜养殖控制装置，以解决现有微藻养殖的产量和质量低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应釜的微藻养殖控制装置，其特征在于，所述装置包括控制器、一个或多个采集器、一个或多个控制开关；一个采集器用于采集反应釜内一种类型的微藻生长环境数据，一个控制开关用于调整所述反应釜内一种类型的微藻生长环境数据；

每个采集器对应连接在所述控制器的一模数转换端口；每个控制开关对应连接在所述控制器的一输出端。

可选地，所述采集器为以下任一种：

液位变送器、温度传感器、功率变送器与PH变送器；

所述液位变送器与所述控制器构成微藻生长液的液位采集模块，所述温度传感器与所述控制器构成反应釜温度采集模块，所述功率变送器与所述控制器构成植物生长灯功率采集模块，所述PH变送器与所述控制器构成微藻生长液PH采集模块。

可选地，所述控制装置还包括开关电源；

所述液位变送器正极一端连接所述开关电源的正极端子，所述液位变送器负极一端连接所述控制器的第一模数转换端口；所述开关电源的负极端子与所述控制器的0V端子和第一负极端口连接；

所述温度传感器、所述功率变送器与所述PH变送器安装在所述第一负极端口分别与所述控制器的第二模数转换端口、第三模数转换端口及四模数转换端口之间。

可选地，所述装置还包括一个或多个控制阀反馈开关；

每个控制阀反馈开关安装在所述控制器的一输入端。

可选地，所述控制阀反馈开关为以下任一种：

排水阀开启反馈开关、排水阀关闭反馈开关、采收阀开启反馈开关、采收阀关闭反馈开关、接种阀开启反馈开关及接种阀关闭反馈开关；

所述排水阀开启反馈开关、所述排水阀关闭反馈开关、所述采收阀开启反馈开关、所述采收阀关闭反馈开关、所述接种阀开启反馈开关及接种阀关闭反馈开关安装于所述控制器第一COM输入端分别与第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第五输入端及第六输入端之间；

所述排水阀开启反馈开关与所述排水阀关闭反馈开关的公共端、所述采收阀开启反馈开关与采收阀关闭反馈开关的公共端以及所述接种阀开启反馈开关与所述接种阀关闭反馈开关的公共端与所述控制器第一COM输入端连接。

可选地，所述控制开关为以下任一种：

交流接触器、第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第四中间继电器、第五中间继电器、第六中间继电器、第七中间继电器与第八中间继电器；

所述交流接触器与所述控制器构成植物生长灯光照时间控制模块；所述第一中间继电器与所述控制器构成反应釜液体添加控制模块；所述第二中间继电器与所述控制器构成反应釜PH调节控制模块；所述第三中间继电器与所述控制器构成反应釜温度调节控制模块；所述第四中间继电器与所述控制器构成反应釜添加压缩空气控制模块；所述第五中间继电器与所述控制器构成反应釜藻液采收控制模块；所述第六中间继电器与所述控制器构成反应釜接种控制模块；所述第七中间继电器与所述控制器构成反应釜清洗控制模块；所述第八中间继电器与所述控制器构成反应釜排水控制模块。

可选地，所述交流接触器、所述第一中间继电器、所述第二中间继电器、所述第三中间继电器、所述第四中间继电器、所述第五中间继电器、所述第六中间继电器、所述第七中间继电器与所述第八中间继电器安装于电源线N分别与所述控制器的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端、第六输出端、第七输出端、第八输出端及第九输出端之间；

所述控制器的第二COM端与电源线L连接。

可选地，所述控制器还包括数模转换端口和第二负极端口；

所述数模转换端口与植物生长灯驱动的正极端子连接；所述第二负极端口与所述植物生长灯驱动的0V端子连接；所述数模转换端口、所述第二负极端口、所述植物生长灯驱动的正极端子与所述植物生长灯驱动的0V端子构成反应釜植物生长灯光照强度控制模块。

可选地，所述控制器用于通过所述模数转换端口获取各采集器采集的微藻生长环境数据，并根据所述采集的微藻生长环境数据，通过所述输出端控制各控制开关或通过数模转换端口控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据。

可选地，所述控制器存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，以实现如下步骤：

获取各采集器采集的微藻生长环境数据以及对每个微藻生长阶段预先设置的各类型微藻生长环境数据的阈值；

在每个微藻生长阶段，根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据。

可选地，所述获取各采集器采集的微藻生长环境数据以及对每个微藻生长阶段预先设置的各类型微藻生长环境数据的阈值之前，包括：

控制所述第四中间继电器开启，开启压缩气体输入阀门。

可选地，所述获取各采集器采集的微藻生长环境数据，包括：

通过所述液位变送器、所述温度传感器、所述功率变送器与所述PH变送器分别采集微藻生长液液位数据、反应釜藻液温度数据、植物生长灯功率数据与微藻生长液PH数据。

可选地，所述根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据，包括：

当采集的藻液温度数据高于第一上限温度阈值时，控制第三中间继电器吸合，开启冷却液体阀门；当采集的藻液温度数据降不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，关闭冷却液体阀门；

当采集的微藻生长液PH数据高于第一上限PH阈值时，控制第二中间继电器吸合，开启二氧化碳阀门；当采集的微藻生长液PH数据不高于第一下限PH阈值时，控制第二中间继电器断开，关闭二氧化碳阀门；

当采集的微藻生长液液位数据低于第一下限液位阈值时，控制第一中间继电器吸合，开启液体阀门，进入液体补充状态；当采集的微藻生长液液位数据不低于第一上限液位阈值时，控制第一中间继电器断开，关闭液体阀门；

在当前时间处于植物生长灯开灯时间段，且采集的藻液温度数据低于第一下限温度阈值时，控制交流接触器吸合，并根据功率设定值控制植物生长灯与所述功率设定值相对应的光照强度。

可选地，当采集的藻液温度数据高于第二温度上限阈值时，控制第三中间继电器吸合，并控制交流接触器处于断开状态；当采集的藻液温度数据下降到不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，并将交流接触器恢复所述断开状态前所处状态；所述第二温度上限阈值大于所述第一上限温度阈值。

可选地，所述控制器存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，还实现如下步骤：

根据预设接种按键的触发信息，控制所述第六中间继电器吸合或断开，以控制接种阀门开启或关闭；

根据预设采收按钮的触发信息，控制所述第五中间继电器吸合或断开，以控制采收阀门开启或关闭；

根据预设排水按钮的触发信息，控制所述第八中间继电器或断开，以控制排水阀门开启或关闭；

根据预设清洗按钮的触发信息，控制所述第七中间继电器吸合或断开，以控制清洗阀门开启或关闭。

应用本发明的技术方案，可以通过控制器配合温度传感器、PH变送器、功率变送器及液位变送器，可以实现实时采集反应釜内藻液的温度、PH及液位，植物生长灯的实时功率等微藻生长环境数据，从而可以实现根据这些微藻生长环境数据控制各个控制开关，从而为实时调整反应釜内藻液的温度，PH，液位及光照强度与光照时间等微藻生长环境数据的自动调整提供了硬件实现基础，从而可以有效提高反应釜微藻养殖的产量和质量。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一种微藻反应釜养殖控制装置的结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种可选地微藻反应釜养殖控制装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的微藻反应釜养殖控制装置的控制界面示意图；

图4是根据本发明实施例的反应釜运行参数设置界面示意图；

图5是根据本发明实施例的反应釜历史质料显示界面示意图；

图6是根据本发明实施例的反应釜报警记录界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，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。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

图1是根据本发明实施例的反应釜的微藻养殖控制装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：控制器、一个或多个采集器(1，2，…，n)、一个或多个控制开关(1，2，…，m)；一个采集器用于采集反应釜内一种类型的微藻生长环境数据，一个控制开关用于调整所述反应釜内一种类型的微藻生长环境数据；

每个采集器对应连接在所述控制器的一模数转换A/D端口；每个控制开关对应连接在所述控制器的一输出端。

基于本发明实施例提供的控制装置，可以通过控制器配合温度传感器、PH变送器、功率变送器及液位变送器，可以实现实时采集反应釜内藻液的温度、PH及液位，植物生长灯的实时功率等微藻生长环境数据，从而可以实现根据这些微藻生长环境数据控制各个控制开关，从而为实时调整反应釜内藻液的温度，PH，液位及光照强度与光照时间等微藻生长环境数据的自动调整提供了硬件实现基础，从而可以有效提高微藻养殖效率。

其中，所述采集器为以下任一种：

液位变送器、温度传感器、功率变送器与PH变送器；

所述液位变送器与所述控制器构成微藻生长液的液位采集模块，所述温度传感器与所述控制器构成反应釜温度采集模块，所述功率变送器与所述控制器构成植物生长灯功率采集模块，所述PH变送器与所述控制器构成微藻生长液PH采集模块。

所述装置还包括一个或多个控制阀反馈开关；每个控制阀反馈开关安装在所述控制器的一输入端。所述控制阀反馈开关可以为以下任一种：

排水阀开启反馈开关、排水阀关闭反馈开关、采收阀开启反馈开关、采收阀关闭反馈开关、接种阀开启反馈开关及接种阀关闭反馈开关。

所述控制开关可以为以下任一种：

交流接触器、第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第四中间继电器、第五中间继电器、第六中间继电器、第七中间继电器与第八中间继电器。

在本发明实施例中控制器可以是PLC控制器及触摸屏一体机(简称为PLC触摸屏一体机)，当然也可以是其他类型控制器，例如FPGA等。以下以PLC控制器及触摸屏一体机为例，对本发明实施例进行详细描述。

如图2所述，该PLC触摸屏一体机连接有24V开关电源UR、交流电源线L和N。

其中，所述液位变送器LT01正极一端连接所述开关电源UR的正极端子，所述液位变送器LT01负极一端连接所述控制器的第一模数转换端口AD0；所述开关电源的负极端子与所述控制器的0V端子和第一负极端口GND0连接；

所述温度传感器TE01、所述功率变送器ET01与所述PH变送器PT01安装在所述第一负极端口GND0分别与所述控制器的第二模数转换端口AD1、第三模数转换端口AD2及四模数转换端口AD3之间。

基于上述各采集器与控制器的连接关系，可以使得控制器高效、实时将各采集器采集的模拟数据转换为数字的反应釜微藻生长环境数据。

在本发明实施例的一些实施方式中，所述排水阀开(启)反馈开关SQ1、所述排水阀关(闭)反馈开关SQ2、所述采收阀开(启)反馈开关SQ3、所述采收阀关(闭)反馈开关SQ4、所述接种阀开(启)反馈开关SQ5及接种阀关(闭)反馈开关SQ6安装于所述控制器第一COM输入端分别与第一输入端X0、第二输入端X1、第三输入端X2、第四输入端X3、第五输入端X4及第六输入端X5之间；

所述排水阀开启反馈开关SQ1与所述排水阀关闭反馈开关SQ2的公共端、所述采收阀开启反馈开关SQ3与采收阀关闭反馈开关SQ4的公共端以及所述接种阀开启反馈开关SQ5与所述接种阀关闭反馈开关SQ6的公共端与所述控制器第一COM输入端连接。

在此需要说明的是，在本发明实施例中输入端与I/O输入端表达的意义相同。

在本发明实施例的一些实施方式中，所述交流接触器KM1与所述控制器构成植物生长灯光照时间控制模块；所述第一中间继电器KA1与所述控制器构成反应釜液体添加控制模块；所述第二中间继电器KA2与所述控制器构成反应釜PH调节控制模块；所述第三中间继电器KA3与所述控制器构成反应釜温度调节控制模块；所述第四中间继电器KA4与所述控制器构成反应釜添加压缩空气控制模块；所述第五中间继电器KA5与所述控制器构成反应釜藻液采收控制模块；所述第六中间继电器KA6与所述控制器构成反应釜接种控制模块；所述第七中间继电器KA7与所述控制器构成反应釜清洗控制模块；所述第八中间继电器KA8与所述控制器构成反应釜排水控制模块。

其中，所述交流接触器KM1、所述第一中间继电器KA1、所述第二中间继电器KA2、所述第三中间继电器KA3、所述第四中间继电器KA4、所述第五中间继电器KA5、所述第六中间继电器KA6、所述第七中间继电器KA7与所述第八中间继电器KA8安装于电源线N分别与所述控制器的第一输出端Y0、第二输出端Y1、第三输出端Y2、第四输出端Y3、第五输出端Y4、第六输出端Y5、第七输出端Y6、第八输出端Y7及第九输出端Y10之间；

所述控制器的第二COM端与电源线L连接。

当然，在一些实施方式中，所述控制器还包括数模转换D/A端口DA0和第二负极端口GND1；

所述数模转换端口DA0与植物生长灯驱动的正极端子连接；所述第二负极端口GND1与所述植物生长灯驱动的0V端子连接；所述数模转换端口DA0、所述第二负极端口GND1、所述植物生长灯驱动的正极端子与所述植物生长灯驱动的0V端子构成反应釜植物生长灯光照强度控制模块。

将以上各个实施方式结合一起，可以构成又一实施方式，在该实施方式中的控制装置可以实现根据采集器的模拟量输入和I/O输入输出控制线路，为实现自动调整反应釜内各种类型的微藻生长环境数据提供了硬件基础，该控制装置可以包括PLC控制器模拟量输入输出线路与PLC控制器I/O输入输出控制线路，其中LC控制器模拟量输入输出线路包括PLC控制器及触摸屏一体机、温度传感器TE01、PH变送器PT01、液位变送器LT01、功率变送器ET01；PLC控制器I/O输入输出控制线路包括DC24V开关电源UR、LED交流接触器KM1、第一中间继电器KA1、第二中间继电器KA2、第三中间继电器KA3、第四中间继电器KA4、第五中间继电器KA5、第六中间继电器KA6、第七中间继电器KA7、第八中间继电器KA8、排水阀开启反馈开关SQ1、排水阀关闭反馈开关SQ2、采收阀开启反馈开关SQ3、采收阀关闭反馈开关SQ4、接种阀开启反馈开关SQ5、接种阀关闭反馈开关SQ6、电源线L、电源线N、熔断器FU。

其中，温度传感器TE01正极一端、PH变送器PT01正极一端、液位变送器LT01负极一端、功率变送器ET01正极一端分别与PLC控制器A/D模块AD端子(AD0、AD1、AD2、AD3)连接，液位变送器LT01正极一端与DC24V开关电源UR正极连接，开关电源UR负极、PH变送器PT01负极一端、功率变送器ET01负极一端与PLC控制器A/D模块GND端子GND0连接，LED交流接触器KM1一端、第一中间继电器KA1一端、第二中间继电器KA2一端、第三中间继电器KA3一端、第四中间继电器KA4一端、第五中间继电器KA5一端、第六中间继电器KA6一端、第七中间继电器KA7一端、第八中间继电器KA8一端分别与PLC输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10连接，LED交流接触器KM1另一端、第一中间继电器KA1另一端、第二中间继电器KA2另一端、第三中间继电器KA3另一端、第四中间继电器KA4另一端、第五中间继电器KA5另一端、第六中间继电器KA6另一端、第七中间继电器KA7另一端、第八中间继电器KA8另一端与电源线N连接，电源线L与PLC输出端COM连接，排水阀开启反馈SQ1一端、排水阀关闭反馈SQ2一端、采收阀开启反馈SQ3一端、采收阀关闭反馈SQ4一端、接种阀开启反馈SQ5一端、接种阀关闭反馈SQ6一端、分别与PLC控制器输入端X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6连接，接种阀开启反馈SQ1与接种阀关闭反馈SQ2公共端、采收阀开启反馈SQ3与采收阀关闭反馈SQ4公共端、排水阀开启反馈SQ5与排水阀关闭反馈SQ6公共端，三公共端连接后与PLC控制器输入端COM连接，PLC控制器D/A转换模块COM端与LED电源调光控制线0V端子连接，PLC控制器D/A模块DA端与LED电源调光控制线+10V连接。

电源线L通过熔断器FU与PLC控制器输出端COM相接，开关电源UR 24V端子接PLC控制器24V电源端子，开关电源UR 0V端子接PLC控制器0V电源端子，开关电源UR电源输入端分别与电源线L、电源线N相接。

基于以上各个实施方式，控制器用于通过所述模数转换端口获取各采集器采集的微藻生长环境数据，并根据所述采集的微藻生长环境数据，通过所述输出端控制各控制开关或通过数模转换端口控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据。进而，本发明实施例中控制装置可以高效智能调节微藻反应釜内藻液的温度、PH、液位及植物生长灯的光照强度和光照时间，可以解决现有反应釜微藻养殖控制的线路复杂，控制精度差的问题，能够有效提高反应釜微藻养殖的产量和质量。

当然，在一些实施方式中，基于以上各个实施方式，所述控制器可以存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，例如，控制器包括存储单元和控制单元，存储单元用于存储有微藻养殖控制程序，控制单元可执行所述微藻养殖控制程序，从而实现以下步骤：

获取各采集器采集的微藻生长环境数据以及对每个微藻生长阶段预先设置的各类型微藻生长环境数据的阈值；

在每个微藻生长阶段，根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据。

其中，所述获取各采集器采集的微藻生长环境数据，可以包括：

通过所述液位变送器、所述温度传感器、所述功率变送器与所述PH变送器分别采集微藻生长液液位数据、反应釜藻液温度数据、植物生长灯功率数据与微藻生长液PH数据。

其中，所述根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据，包括：

当采集的藻液温度数据高于第一上限温度阈值时，控制第三中间继电器吸合，开启冷却液体阀门；当采集的藻液温度数据降不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，关闭冷却液体阀门；其中冷却液体可以是冷却水；

当采集的微藻生长液PH数据高于第一上限PH阈值时，控制第二中间继电器吸合，开启二氧化碳阀门；当采集的微藻生长液PH数据不高于第一下限PH阈值时，控制第二中间继电器断开，关闭二氧化碳阀门；

当采集的微藻生长液液位数据低于第一下限液位阈值时，控制第一中间继电器吸合，开启液体阀门，进入液体补充状态；当采集的微藻生长液液位数据不低于第一上限液位阈值时，控制第一中间继电器断开，关闭液体阀门；其中补充的液体可以是纯水或纯净水；

在当前时间处于植物生长灯开灯时间段，且采集的藻液温度数据低于第一下限温度阈值时，控制交流接触器吸合，并根据功率设定值控制植物生长灯与所述功率设定值相对应的光照强度。

也就是说，在一些实施方式中，采用PLC触摸屏一体机及其内置的模拟量输入输出模块，配合温度传感器、PH变送器、功率变送器及液位变送器，实时采集反应釜内藻液的温度、PH及液位，植物生长灯的实时功率；然后通过采集到的藻液实时数据与触摸屏设置参数比较运算，控制阀门及接触器，实时调整反应釜内藻液的温度，PH，液位及光照强度与光照时间，从而有效解决现有反应釜微藻养殖控制的线路复杂，控制精度差的问题，能够有效提高反应釜微藻养殖的产量和质量。

其中，所述控制器存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，还实现如下步骤：

根据预设接种按键的触发信息，控制所述第六中间继电器吸合或断开，以控制接种阀门开启或关闭；

根据预设采收按钮的触发信息，控制所述第五中间继电器吸合或断开，以控制采收阀门开启或关闭；

根据预设排水按钮的触发信息，控制所述第八中间继电器或断开，以控制排水阀门开启或关闭；

根据预设清洗按钮的触发信息，控制所述第七中间继电器吸合或断开，以控制清洗阀门开启或关闭。

详细地，如图3-图6所示，所述控制程序可以包括显示在PLC控制器及触摸屏一体机的触摸屏上的控制界面、反应釜运行参数设置界面、反应釜历史质料显示界面、反应釜报警记录界面等。

其中控制程序可以按照微藻养殖的各个阶段自动运行，也可以通过对控制界面的触控各个按键来运行与按键对应的步骤。

工作时，当需要自动模式运行时，将按以下步骤进行工作：

步骤1，如图3所示，进入参数设置界面，需先行设置自动运行模式的第一阶段和第二阶段的运行时间、液位、PH、温度的等相关阈值(第一上限阈值)，回差及报警值(第二上限阈值)；植物生长灯第一阶段与第二阶段的开灯时间，关灯时间及功率。

步骤2，进入操作界面，按压启/停按钮，系统(微藻养殖控制程序)启动运行，再按压模式按钮，将运行模式选为自动，系统将进入自动运行模式。在自动运行模式下，PLC控制器自动将温度、PH、光照、液位调为自动模式；将压缩空气调为开启状态，第四中间继电器KA4吸合，开启压缩空气阀门。

步骤3，系统处于自动运行模式下的第一阶段时，PLC控制器内部第一计时器T0得电开始计时，触摸屏操作界面将显示系统运行于第一阶段，第一阶段已运行多少时间的提示，并将第一阶段的各项设置值与采集到的反应釜内藻液的模拟量数据实时比较。PLC控制器将依照采集到的实时数据，作出如下判断：

当藻液温度高于第一阶段的设定值(即第一上限温度阈值)时，PLC控制器使第三中间继电器KA3吸合，开启冷却水阀门，藻液处于降温状态，当藻液温度降低至第一阶段下限值(即第一下限温度阈值)时，第三中间继电器KA3断开，关闭冷却水阀门。

当藻液温度高于第一阶段设定的温度上上限报警值(即第二温度上限阈值)时，第三中间继电器KA3吸合，开启冷却水阀门，同时，无论LED交流接触器KM1处于何种状态，都会强行断开，确保藻液温度不再上升，同时，蜂鸣器会有报警输出，提醒工作人员排查故障原因。当藻液温度降低至第一阶段设定值以下时，报警解除，第三中间继电器KA3断开，冷却水阀门关闭，LED交流接触器KM1恢复先前状态。也就是说，当采集的藻液温度数据高于第二温度上限阈值时，控制第三中间继电器吸合，并控制交流接触器处于断开状态；当采集的藻液温度数据下降到不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，并将交流接触器恢复所述断开状态前所处状态；所述第二温度上限阈值大于所述第一上限温度阈值。

当藻液PH值高于第一阶段的设定值(即第一上限PH阈值)时，PLC控制器使第二中间继电器KA2吸合，开启二氧化碳阀门，藻液PH值将会平缓降低，当藻液PH值降低至第一阶段下限值(即第一下限PH阈值)时，第二中间继电器KA2断开，关闭二氧化碳阀门。

当藻液PH值高于第一阶段设定的PH值上上限报警值(即第二PH上限阈值)时，第二中间继电器KA2吸合，开启二氧化碳阀门，同时，蜂鸣器会有报警输出，提醒工作人员排查故障原因。当藻液PH值降低至第一阶段的设定值以下时，报警解除，第二中间继电器KA2断开，二氧化碳阀门关闭。第二PH上限阈值大于第一上限PH阈值。

当藻液液位低于于第一阶段的下限设定值(即第一下限液位阈值)时，PLC控制器使第一中间继电器KA1吸合，开启纯水阀门，处于自动补水状态，当藻液液位升高至第一阶段上限值(即第一上限液位阈值)时，第一中间继电器KA1断开，关闭纯水阀门。

当藻液液位高于第一阶段设定的液位上上限报警值(即第二上限液位阈值)时，第一中间继电器KA1断开，关闭纯水阀门，同时，蜂鸣器会有报警输出，提醒工作人员排查故障原因。当藻液液位降低至第一阶段的液位设定值以下时，报警解除。第二上限液位阈值大于第一上限液位阈值。

PLC控制器将当前时间与第一阶段的开灯设定时间与关灯设定时间实时比较，如果当前时间处于开灯时间段，且液位温度低于设定的上上限报警值时，PLC控制器使交流接触器KM1吸合，植物生长灯得电，依照第一阶段的功率设定值，输出与功率相对应的光照强度。如果当前时间处于关灯时间段，PLC控制器则使交流接触器KM1断开，植物生长灯失电熄灭。

PLC控制器将内部第一计时器T0与第一阶段的运行设定时间实时比较，当第一计时器T0等于第一阶段的运行设定时间时，第一阶段自动运行结束，系统自动转入第二阶段。

步骤4，系统处于自动运行模式下的第二阶段时，PLC控制器内部第二计时器T1得电开始计时，并将第二阶段的各项设置值与采集到的反应釜内藻液的模拟量数据实时比较。PLC控制器重复以上所述第一阶段数据比较判断过程。确保藻液处于第二阶段最佳生长环境。触摸屏操作界面将显示系统运行于第二阶段，第二阶段已运行多少时间的提示。

步骤5、PLC控制器将内部第二计时器T1与第二阶段的运行设定时间实时比较，当第二计时器T1等于第二阶段的运行设定时间时，第二阶段自动运行结束，系统自动转入采收阶段。

步骤6、系统处于自动运行模式下的采收阶段后，PLC控制器自动将温度、PH、光照调为停止模式，将压缩空气调为关闭状态，第四中间继电器KA4断开，关闭压缩空气阀门；触摸屏操作界面将显示系统自动运行结束，请注意采收；同时，蜂鸣器会有报警输出，提醒工作人员请尽快采收。系统返回至初始状态。

当需要手动模式运行时，请按以下步骤进行工作：

步骤1、进入参数设置界面，需先行设置手动运行模式的液位，PH，温度的设定值，回差及上上限报警值；植物生长灯手动运行模式的开灯时间，关灯时间及功率。

步骤2、进入操作界面，按压启/停按钮，系统启动运行，再按压模式按钮，将运行模式选为手动，系统将进入手动运行模式。

当系统处于手动运行状态时，温度、PH、光照、液位分为两种运行模式，分别为调试模式与自动模式。

温度设为调试模式时，无论藻液温度高低，PLC控制器始终使第三中间继电器KA3吸合，冷却水阀门开启。直至温度设为停止时，PLC控制器才使第三中间继电器KA3断开，冷却水阀门关闭。

PH设为调试模式时，无论藻液PH值高低，PLC控制器始终使第二中间继电器KA2吸合，二氧化碳阀门开启。直至PH设为停止时，PLC控制器才使第二中间继电器KA2断开，二氧化碳阀门关闭。

液位设为调试模式时，无论藻液液位高低，PLC控制器始终使第一中间继电器KA1吸合，纯水阀门开启。直至液位设为停止时，PLC控制器才使第一中间继电器KA1断开，纯水阀门关闭。

光照设为调试模式时，无论系统处于何个时间段，PLC控制器始终使LED交流接触器KM1吸合，植物生长灯得电点亮。直至光照设为停止时，PLC控制器才使LED交流接触器KM1断开，植物生长灯失电熄灭。

温度、PH、光照、液位设为自动模式时，PLC控制器将手动运行模式的各项设置值与采集到的反应釜内藻液的模拟量数据实时比较。PLC控制器重复如自动运行状态所述数据比较判断过程。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，按压操作界面接种按钮，PLC控制器使第六中间继电器KA6吸合，接种阀门开启。再次按压操作界面接种按钮，第六中间继电器KA6断开，接种阀门关闭。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，按压操作界面采收按钮，PLC控制器使第五中间继电器KA5吸合，采收阀门开启。再次按压操作界面采收按钮，第五中间继电器KA5断开，采收阀门关闭。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，按压操作界面排水按钮，PLC控制器使第八中间继电器KA8吸合，排水阀门开启。再次按压操作界面排水按钮，第八中间继电器KA8断开，排水阀门关闭。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，按压操作界面清洗按钮，PLC控制器使第七中间继电器KA7吸合，清洗阀门开启。再次按压操作界面清洗按钮，第七中间继电器KA7断开，清洗阀门关闭。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，温度、PH、光照、液位的实时数据高于对应的上上限报警值时，蜂鸣器发出报警，提醒工作人员排查故障原因。PLC控制器将报警信息存储于历史报警库，以供日后查阅。

无论系统处于手动运行或自动运行模式，每间隔30秒，PLC控制器将温度，PH，光照，液位的数据存储于历史数据库，以供日后查阅。

综上，本发明实施例中控制装置可以有效提高反应釜微藻养殖的产量和质量。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种微藻反应釜养殖控制装置，其特征在于，所述装置包括控制器、一个或多个采集器、一个或多个控制开关；一个采集器用于采集反应釜内一种类型的微藻生长环境数据，一个控制开关用于调整所述反应釜内一种类型的微藻生长环境数据；

每个采集器对应连接在所述控制器的一模数转换端口；每个控制开关对应连接在所述控制器的一输出端。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述采集器为以下任一种：

液位变送器、温度传感器、功率变送器与PH变送器；

所述液位变送器与所述控制器构成微藻生长液的液位采集模块，所述温度传感器与所述控制器构成反应釜温度采集模块，所述功率变送器与所述控制器构成植物生长灯功率采集模块，所述PH变送器与所述控制器构成微藻生长液PH采集模块。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括开关电源；

所述液位变送器正极一端连接所述开关电源的正极端子，所述液位变送器负极一端连接所述控制器的第一模数转换端口；所述开关电源的负极端子与所述控制器的0V端子和第一负极端口连接；

所述温度传感器、所述功率变送器与所述PH变送器安装在所述第一负极端口分别与所述控制器的第二模数转换端口、第三模数转换端口及四模数转换端口之间。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制装置，其特征在于，所述装置还包括一个或多个控制阀反馈开关；

每个控制阀反馈开关安装在所述控制器的一输入端；

所述控制阀反馈开关为以下任一种：

排水阀开启反馈开关、排水阀关闭反馈开关、采收阀开启反馈开关、采收阀关闭反馈开关、接种阀开启反馈开关及接种阀关闭反馈开关；

所述排水阀开启反馈开关、所述排水阀关闭反馈开关、所述采收阀开启反馈开关、所述采收阀关闭反馈开关、所述接种阀开启反馈开关及接种阀关闭反馈开关安装于所述控制器第一COM输入端分别与第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第五输入端及第六输入端之间；

所述排水阀开启反馈开关与所述排水阀关闭反馈开关的公共端、所述采收阀开启反馈开关与采收阀关闭反馈开关的公共端以及所述接种阀开启反馈开关与所述接种阀关闭反馈开关的公共端与所述控制器第一COM输入端连接。

5.根据权利要求2-3中任意一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制开关为以下任一种：

交流接触器、第一中间继电器、第二中间继电器、第三中间继电器、第四中间继电器、第五中间继电器、第六中间继电器、第七中间继电器与第八中间继电器；

所述交流接触器与所述控制器构成植物生长灯光照时间控制模块；所述第一中间继电器与所述控制器构成反应釜液体添加控制模块；所述第二中间继电器与所述控制器构成反应釜PH调节控制模块；所述第三中间继电器与所述控制器构成反应釜温度调节控制模块；所述第四中间继电器与所述控制器构成反应釜添加压缩空气控制模块；所述第五中间继电器与所述控制器构成反应釜藻液采收控制模块；所述第六中间继电器与所述控制器构成反应釜接种控制模块；所述第七中间继电器与所述控制器构成反应釜清洗控制模块；所述第八中间继电器与所述控制器构成反应釜排水控制模块。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述交流接触器、所述第一中间继电器、所述第二中间继电器、所述第三中间继电器、所述第四中间继电器、所述第五中间继电器、所述第六中间继电器、所述第七中间继电器与所述第八中间继电器安装于电源线N分别与所述控制器的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端、第六输出端、第七输出端、第八输出端及第九输出端之间；

所述控制器的第二COM端与电源线L连接。

7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制器还包括数模转换端口和第二负极端口；

所述数模转换端口与植物生长灯驱动的正极端子连接；所述第二负极端口与所述植物生长灯驱动的0V端子连接；所述数模转换端口、所述第二负极端口、所述植物生长灯驱动的正极端子与所述植物生长灯驱动的0V端子构成反应釜植物生长灯光照强度控制模块；

所述控制器用于通过所述模数转换端口获取各采集器采集的微藻生长环境数据，并根据所述采集的微藻生长环境数据，通过所述输出端控制各控制开关或通过数模转换端口控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制器存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，以实现如下步骤：

获取各采集器采集的微藻生长环境数据以及对每个微藻生长阶段预先设置的各类型微藻生长环境数据的阈值；所述获取各采集器采集的微藻生长环境数据优选为包括：通过所述液位变送器、所述温度传感器、所述功率变送器与所述PH变送器分别采集微藻生长液液位数据、反应釜藻液温度数据、植物生长灯功率数据与微藻生长液PH数据；

在每个微藻生长阶段，根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据；

优选的，所述获取各采集器采集的微藻生长环境数据以及对每个微藻生长阶段预先设置的各类型微藻生长环境数据的阈值之前，包括：

控制所述第四中间继电器开启，开启压缩气体输入阀门。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述根据所述采集的微藻生长环境数据与对应类型微藻生长环境数据的阈值，控制各控制开关或控制反应釜植物生长灯光照强度，以调整所述反应釜的当前的微藻生长环境数据，包括：

当采集的藻液温度数据高于第一上限温度阈值时，控制第三中间继电器吸合，开启冷却液体阀门；当采集的藻液温度数据降不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，关闭冷却液体阀门；

当采集的微藻生长液PH数据高于第一上限PH阈值时，控制第二中间继电器吸合，开启二氧化碳阀门；当采集的微藻生长液PH数据不高于第一下限PH阈值时，控制第二中间继电器断开，关闭二氧化碳阀门；

当采集的微藻生长液液位数据低于第一下限液位阈值时，控制第一中间继电器吸合，开启液体阀门，进入液体补充状态；当采集的微藻生长液液位数据不低于第一上限液位阈值时，控制第一中间继电器断开，关闭液体阀门；

在当前时间处于植物生长灯开灯时间段，且采集的藻液温度数据低于第一下限温度阈值时，控制交流接触器吸合，并根据功率设定值控制植物生长灯与所述功率设定值相对应的光照强度。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，当采集的藻液温度数据高于第二温度上限阈值时，控制第三中间继电器吸合，并控制交流接触器处于断开状态；当采集的藻液温度数据下降到不高于第一下限温度阈值时，控制第三中间继电器断开，并将交流接触器恢复所述断开状态前所处状态；所述第二温度上限阈值大于所述第一上限温度阈值；

所述控制器存储有微藻养殖控制程序，并可执行所述微藻养殖控制程序，还实现如下步骤：

根据预设接种按键的触发信息，控制所述第六中间继电器吸合或断开，以控制接种阀门开启或关闭；

根据预设采收按钮的触发信息，控制所述第五中间继电器吸合或断开，以控制采收阀门开启或关闭；

根据预设排水按钮的触发信息，控制所述第八中间继电器或断开，以控制排水阀门开启或关闭；

根据预设清洗按钮的触发信息，控制所述第七中间继电器吸合或断开，以控制清洗阀门开启或关闭。