CN111117880A - 一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块 - Google Patents
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Abstract
一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，包括自动培养室、设置在自动培养室内的加热执行件、加湿执行件以及加热电机、加湿电机和PLC控制系统，两个电机的输出端分别与所述加热执行件的输入端和所述加湿执行件的输入端相连，本发明能够方便、快速、精确、及时地控制自动培养室内的环境因素，使得菌种始终处于一个稳定的环境中，大大提高了菌种培养的效率，同时也提高了自动化发酵培养菌种的水平。
Description
技术领域
本发明涉及秸秆生物质板技术领域，具体涉及到一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块。
背景技术
秸秆来源于农业种植的土壤，如果能让秸秆利用后返回土壤，就能构建一个生态闭环，减少因秸秆的异地处置而导致土壤养分损失，并且增加土壤有机质，而且还能避免因为粗暴处置秸秆——焚烧秸秆而带来的各种危害，如引发交通事故，引发火灾，产生各种有毒有害物质。因此，利用秸秆为原料开发农业生产所需要的农资产品，就可以达到以上目的。
秸秆生物质板作为育秧板使用时，就可以实现秸秆100%返还土壤；快递包裹中的包装材料使用后也会进入环境，因此，秸秆生物质板开发成育秧板和包装材料的研究思路，具有生态循环的重要意义。
为了提高废弃秸秆的资源化利用率，充分考虑秸秆的理化性能，基于绿色环保理念，开发出高附加值的一次性用品，使用之后回归自然，并能完全降解，不会对环境造成污染。同时，由于产品的附加值高，具有较好的经济效益，为推动秸秆资源化利用的持续性奠定了基础。另一方面，育秧板和包装材料的市场容量非常大，解决了秸秆的规模化利用问题。
在生产秸秆生物质板的工艺中，需要在秸秆粉内接入菌种，使其发酵培养后，将分散的秸秆粉高效粘合在一起，同时有效包裹住秸秆粉使其形成具有良好缓冲性能的网状交联结构。
发明内容
本发明的目的是针对秸秆生物质板在菌种发酵培养这个工艺步骤而提供一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其用于解决秸秆生物质板在菌种发酵培养方面缺失自动化流水线设备的问题。
为实现上述第一个目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，包括自动培养室、加热执行件、加湿执行件、加热电机、加湿电机和PLC控制系统，所述自动培养室为封闭空间，其内部设有一个层架，所述加热电机上的输出端与所述加热执行件的输入端相连，所述加湿电机上的输出端和所述加湿执行件的输入端相连，所述PLC控制系统包括触摸屏、控制器、驱动模块、温度传感器、湿度传感器，所述加热执行件、所述加湿执行件、所述温度传感器和所述湿度传感器均设置在所述自动培养室内，
所述温度传感器的输出端与所述湿度传感器的输出端均与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与所述触摸屏的输入端相连，所述触摸屏的输出端与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与所述驱动模块相连，所述驱动模块的输出端与所述加热电机的输入端和所述加湿电机的输入端相连，所述触膜屏设置在所述自动培养室的外壁上。
进一步的，所述温度传感器和所述湿度传感器均为模拟量传感器，所述温度传感器的输出端与所述湿度传感器的输出端均通过一个A/D转换器与所述控制器的输入端相连。
进一步的，所述加热执行件为加热膜，所述加湿执行件为加湿膜。
进一步的，所述自动培养室包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述前侧板的底部设有第一通道，所述后侧板的底部设有第二通道，一个传输装置贯穿在所述第一通道和所述第二通道之间，所述第一通道和所述第二通道上均设有可以上下翻转或者左右翻转的盖子，且所述层架底层的高度高于所述第一通道和所述第二通道的高度。
进一步的，所述左侧板内壁或右侧板内壁靠近前端设有一个机械手，所述机械手的输入端与所述控制器的输出端相连，所述机械手包括手爪910，所述机械手位于手爪910上方的部分设有扫描摄像头，所述自动培养室内贴有条形码。
进一步的，所述PLC控制系统采用模糊控制算法，所述控制器为模糊控制器，将自动培养室内的实际温湿度与设定好的温湿度的偏差值作为所述控制器的输入语言变量,将电机转速变化量作为所述控制器的输出语言变量。
进一步的，根据输入输出语言变量量化论域和模糊控制规则制定系统模糊控制表，所述控制器根据模糊控制表实现对温湿度的输出控制。
进一步的，所述自动培养室外壁上还设有一个扬声器，所述扬声器的输入端与所述控制器上的输出端相连。
进一步的，所述PLC的输出端通过一个串形通讯接口与所述触摸屏的输入端连接。
进一步的，所述自动培养室的板材既是保温材料，又是防水材料，所述层架包括若干间隔竖直的支撑板，两个相邻的支撑板之间上下间隔设有若干个搁板，若干个所述支撑板的上端共同连接一个加固板，所述支撑板和所述搁板之间可拆卸连接，所述支撑板和所述加固板之间可拆卸连接，所述层架底部设有万向轮，所述前侧板可在所述自动培养室上开闭。
本发明的有益效果：
1.本发明通过设置PLC控制系统，控制器通过将人工输入的数值与温度传感器与湿度传感器传入的数值进行比较，然后计算得到数值差，再把数值差分别传输到加热电机和加湿电机内，从而决定电机的转速，以求得自动培养室内的温度和湿度能达到预先设定值，这种设计能够方便、快速、精确、及时地控制自动培养室内的环境因素，使得菌种始终处于一个稳定的环境中，大大提高了菌种培养的效率，同时也提高了自动化发酵培养菌种的水平。
2.本发明的控制器还连接一个扬声器，控制器内写入湿度值和温度值达到临界值就会驱动扬声器报警的编码，保证了自动培养室内出现异常，能快速被人感知，从而能够被迅速处置，也从另一方面来说可以保证自动培养室内的温度和湿度始终维持在较小的拨动范围内。
3.本发明的控制器还与一个机械手连接，机械手能够代替人工进行菌种盒的取放，减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平，同时也降低了人工成本。
附图说明
图1为本发明的整个电路控制示意图；
图2为自动培养室、层架、温度传感器器、湿度传感器、加热执行件、加湿执行件和机械手的立体示意图；
图3为自动培养室前侧板打开时的立体图；
图4为自动培养室的后视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，包括自动培养室100、加热执行件200、加湿执行件300、加热电机、加湿电机和PLC控制系统，自动培养室100为封闭空间，其内部设有一个层架400，加热电机上的输出端与加热执行件200的输入端相连，加湿电机上的输出端和加湿执行件300的输入端相连，PLC控制系统包括触摸屏500、控制器、驱动模块、温度传感器600、湿度传感器700，加热执行件200、加湿执行件300、温度传感器600和湿度传感器700均设置在自动培养室100内，加热电机能够使得加热执行件200进行加热，加湿电机能够使得加湿执行件300进行加湿，温度传感器600的输出端与湿度传感器700的输出端均与控制器的输入端相连，控制器的输出端与触摸屏500的输入端相连，触摸屏500的输出端与控制器的输入端相连，控制器的输出端与驱动模块相连，驱动模块的输出端与加热电机的输入端和加湿电机的输入端相连，触膜屏设置在自动培养室100的外壁上，触摸屏500将人手动输入的数值的传输到控制器，而温度传感器600和湿度传感器700分别实时监测自动培养室100内的温度和湿度，且将温度和湿度的数值穿入到控制器内，控制器再进一步运算人工输入数值和传感器传入的数值差，将数值差穿传入到加热电机和加湿电机，从而决定了加热电机与加湿电机的转动量。
由于影响发酵的因子，如温度、湿度都是惯性很大的被控对象,在控制系统中属于大滞后环节，并且影响这些因子的其他因素很多又很复杂，因此很难建立一个精确的数学控制模型，所以在本系统中我们采用了模糊控制算法作为本控制系统的算法，具体的，PLC控制系统采用模糊控制算法，控制器为模糊控制器，将自动培养室100内的实际温湿度与设定好的温湿度的偏差值作为控制器的输入语言变量,将电机转速变化量作为控制器的输出语言变量。根据输入输出语言变量量化论域和模糊控制规则制定系统模糊控制表，控制器根据模糊控制表实现对温湿度的输出控制。
如图2所示，具体的，温度传感器600和湿度传感器700均为模拟量传感器，温度传感器600的输出端与湿度传感器700的输出端均通过一个A/D转换器与控制器的输入端相连。
因为自动培养室100内需要加湿，所以加热执行件200必须是防水的，而加热膜正是比较防水的，而且菌种发酵对于温度的精确度比较高，而加热膜正好具备能够计量方便和精确的优点，此外，加热膜具备节能、环保、体积小，重量轻的优点，而加湿膜具备高效、节能、洁净、安全、汽水饱和度高和经久耐用的优点，所以采用加湿膜作为加湿执行件300。
如图2和图3所示，为了实现自动化流水线加工秸秆生物质板的生产线，自动培养室100底部贯穿一个传输装置，具体的，自动培养室100包括前侧板130、后侧板140、左侧板110和右侧板120，前侧板130的底部设有第一通道131，后侧板140的底部设有第二通道141，传输装置贯穿在第一通道131和第二通道141之间，经过上一工序处理过的菌种盒经第一通道131外部的传输装置传输到自动培养室100内进行发酵培养，等发酵培养完成后，再由自动培养室100内的传输装置将菌种盒经第一通道131传输出去，传入下一工序的位置处。
如图3和图4所示，了保证自动培养室100在进行发酵培养菌种盒的时候是密封的，保证热量和湿度不会通过第一通道131和第二通道141流失，第一通道131和第二通道141上均设有可以上下翻转或者左右翻转的盖子，当在发酵培养的时候，第一通道131的盖子和第二通道141的盖子都是合上的，当发酵培养完成后，第一通道131的盖子和第二通道141的盖子打开，为了避免层架400对于菌种盒的传输的阻碍，层架400底层的高度高于第一通道131和第二通道141的高度。
如图1所示，左侧板110内壁或右侧板120内壁靠近前端设有一个机械手，机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平，可以帮助工人把传输进来的菌种盒依次放置在层架400上，把发酵培养好后的菌种盒依次取下来，并放置在传输装置上传输传去。机械手包括手爪910，机械手位于手爪910上方的部分设有扫描摄像头920，自动培养室100内贴有条形码，扫描摄像头920能够扫描条形码，具体采用GM65条形码识读模块，这样就可以把每一批次的菌种盒的数据通过扫条形码的方式记录下来，同时也能将这些数据传输到其它存储设备中去，同时，扫描摄像头920可以通过扫描配套说明书上的配置二维码对机械手快速设置各种模式和参数。
如图1所示，自动培养室100外壁上还设有一个扬声器，扬声器的输入端与控制器上的输出端相连，控制器内写入编程：当温度传感器600和湿度传感器700传入到控制器的温度低于最低值，或者高于最低值时，控制器内就会驱动杨声器发出警报，可以促使工人去观察控制面板，然后再进行手动数值输入，将温度或者湿度回复到一个正常的范围之内。
如图1所示，优选的，PLC的输出端通过一个串形通讯接口与触摸屏500的输入端连接。
为了节约能耗，同时保证菌种盒的发酵培养效率，自动培养室100的板材是保温材料，且为了防止长期加湿而导致的水汽对自动培养室100板材的侵蚀，板材又是防水材料。
如图1所示，层架400包括若干间隔竖直的支撑板410，两个相邻的支撑板410之间上下间隔设有若干个搁板420，若干个支撑板410的上端共同连接一个加固板430，菌种盒放置在搁板上进行发酵培养，但是因为秸秆生物质板使用的领域不同，在每一批生产时候，其规格都不一样，所以导致支撑板410之间的隔板长度是不一样的，所以将层架400设置成可拆卸的，并且可以重新组装的，具体的，支撑板410和搁板420之间可拆卸连接，支撑板410和加固板430之间可拆卸连接，层架400底部设有万向轮440，层架400可以推到自动培养室100外部进行拆卸和组装，而为了配合层架400的推进和退出，前侧板130可在自动培养室100上进行开闭，相当于门的功能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，包括自动培养室、加热执行件、加湿执行件、加热电机、加湿电机和PLC控制系统，所述自动培养室为封闭空间，其内部设有一个层架，所述加热电机上的输出端与所述加热执行件的输入端相连，所述加湿电机上的输出端和所述加湿执行件的输入端相连，所述PLC控制系统包括触摸屏、控制器、驱动模块、温度传感器、湿度传感器，所述加热执行件、所述加湿执行件、所述温度传感器和所述湿度传感器均设置在所述自动培养室内，
所述温度传感器的输出端与所述湿度传感器的输出端均与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与所述触摸屏的输入端相连，所述触摸屏的输出端与所述控制器的输入端相连，所述控制器的输出端与所述驱动模块相连，所述驱动模块的输出端与所述加热电机的输入端和所述加湿电机的输入端相连，所述触膜屏设置在所述自动培养室的外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述温度传感器和所述湿度传感器均为模拟量传感器，所述温度传感器的输出端与所述湿度传感器的输出端均通过一个A/D转换器与所述控制器的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述加热执行件为加热膜，所述加湿执行件为加湿膜。
4.根据权利要求3所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述自动培养室包括前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述前侧板的底部设有第一通道，所述后侧板的底部设有第二通道，一个传输装置贯穿在所述第一通道和所述第二通道之间，所述第一通道和所述第二通道上均设有可以上下翻转或者左右翻转的盖子，且所述层架底层的高度高于所述第一通道和所述第二通道的高度。
5.根据权利要4所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述左侧板内壁或右侧板内壁靠近前端设有一个机械手，所述机械手的输入端与所述控制器的输出端相连，所述机械手包括手爪910，所述机械手位于手爪910上方的部分设有扫描摄像头，所述自动培养室内贴有条形码。
6.根据权利要5所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述PLC控制系统采用模糊控制算法，所述控制器为模糊控制器，将自动培养室内的实际温湿度与设定好的温湿度的偏差值作为所述控制器的输入语言变量,将电机转速变化量作为所述控制器的输出语言变量。
7.根据权利要6所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，根据输入输出语言变量量化论域和模糊控制规则制定系统模糊控制表，所述控制器根据模糊控制表实现对温湿度的输出控制。
8.根据权利要7所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述自动培养室外壁上还设有一个扬声器，所述扬声器的输入端与所述控制器上的输出端相连。
9.根据权利要8所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述PLC的输出端通过一个串形通讯接口与所述触摸屏的输入端连接。
10.根据权利要9所述的一种秸秆生物质板的菌种发酵培养模块，其特征在于，所述自动培养室的板材既是保温材料，又是防水材料，所述层架包括若干间隔竖直的支撑板，两个相邻的支撑板之间上下间隔设有若干个搁板，若干个所述支撑板的上端共同连接一个加固板，所述支撑板和所述搁板之间可拆卸连接，所述支撑板和所述加固板之间可拆卸连接，所述层架底部设有万向轮，所述前侧板可在所述自动培养室上开闭。
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| CN101292038A (zh) * | 2005-10-21 | 2008-10-22 | 陈佰成 | 仓储式组织培养或微生物发酵方法与系统 |
| CN103008333A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-04-03 | 江苏大学 | 一种秸秆碎末废弃物资源化利用成套装备及基质化方法 |
| WO2014161723A1 (de) * | 2013-04-04 | 2014-10-09 | Wacker Chemie Ag | Mikroorganismenstamm und verfahren zur fermentativen herstellung von c4-verbindungen aus c5-zuckern |
| CN205607122U (zh) * | 2015-11-24 | 2016-09-28 | 扬州大学 | 基于can总线和模糊技术的秸秆烘干机智能控制系统 |
| CN108105829A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-01 | 黑龙江省能源环境研究院 | 生物质锅炉智能采暖装置 |
-
2020
- 2020-01-07 CN CN202010012172.6A patent/CN111117880A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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| CN115367850A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-11-22 | 赵国东 | 一种生物絮凝剂的制备方法 |
| CN115367850B (zh) * | 2022-08-22 | 2024-03-29 | 赵国东 | 一种生物絮凝剂的制备方法 |
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