CN114216502A - 一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置，包括控制模块、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，控制模块用于控制装置运行，数据采集模块用于获取原液和稀释液的检测数据，数据存储模块用于存储数据采集模块获取的检测数据，数据分析模块用于对获取的数据进行综合分析；本发明系统实现了厌氧消化自动监测与智能控制技术装备的工程化应用，在线监测数据误差低，为沼气工程的稳定高效运行提供保障，同时本发明采用多线程处理的单片机实现多种机构自动化控制，自动化程度高，能快速嵌入已建好的沼气工程，提升系统性能，适用性强，通过多参数同时分析、判断，根据计算结果出现不同的报警信号，实现梯度预警。

Description

一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置

技术领域

本发明涉及沼气发酵检测技术领域，尤其涉及一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，能源需求压力巨大，开发利用可再生能源也是我国推动能源转型的重要措施；

沼气主要是利用畜禽粪便、农业秸秆和工业有机废水等进行厌氧发酵或者利用城市生活垃圾填埋得到的一种可再生能源，是生物质能利用的一个重要途径，厌氧发酵是一种成熟的能源化技术，将有机物转化成沼气后，便于输送和储存，热值高，燃烧污染小，用途广泛，利用沼气厌氧发酵技术处理大批量废弃物仍是我国可再生能源利用和环境保护的切实有效的措施；

目前的在线监测的指标不完善，除了温度、压力、pH、气体成分等基础指标外，其他一些关键指标，尤其是乙酸、丙酸等中间代谢产物指标，以及化学需氧量、碱度等仍然需要人工取样检测，无法实时记录和统计，时效性差；同时影响厌氧发酵的因素众多，发酵抑制机理研究不够深入，还没有一种公认的厌氧消化系统失稳预判标准，因此无法实现有效预警，因此，本发明提出一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置，该厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置通过数据采集模块和数据分析模块实时获取在线监测数据，对数据进行分析、处理，实现梯度预警和调控，实现了厌氧消化自动监测与智能控制技术装备的工程化应用，在线监测数据误差低，为沼气工程的稳定高效运行提供保障，同时本发明采用多线程处理的单片机实现多种机构自动化控制，自动化程度高，能快速嵌入已建好的沼气工程，提升系统性能，适用性强，通过多参数同时分析、判断，根据计算结果出现不同的报警信号，实现梯度预警。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，包括控制模块、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，所述控制模块用于控制装置运行，所述数据采集模块用于获取原液和稀释液的检测数据，所述数据采集模块包含液面传感器、挥发酸电极、温度传感器、液位传感器、氨氮传感器、 pH传感器、氧化还原电位传感器、导电率传感器、化学需氧量传感器和原液面传感器，所述数据采集模块是基于无线DTU实现数据信息的传输，所述数据存储模块用于存储数据采集模块获取的检测数据，所述数据分析模块用于对获取的数据进行综合分析，所述数据存储模块和数据分析模块是基于MySQL数据库和阿里云服务器上成熟的业务分析模块实现数据的存储和分析，所述数据分析模块包含人机互交子模块、传感器失准预测与在线校准子模块、检索与控制算法子模块，所述预警模块基于设置的单参数预警及失稳阈值、多参数预警及失稳阈值进行多参数融合分析和梯度预警。

进一步改进在于：所述控制模块采用具有多线程处理功能的单片机控制装置运行，所述控制模块还包含参数设置子模块，用于输入设置各种场景运行的参数，所述数据分析模块还包含数据植入子模块，所述数据植入子模块用于接收外部植入的数据并进行融合分析。

进一步改进在于：所述人机互交子模块用于用户登录、权限管理、传感器配置及参数配置、预警条件配置和报警配置；所述传感器失准预测与在线校准子模块用于传感器失准预测和传感器在线自动校准；所述检索与控制算法子模块用于用户检索数据信息及在线编辑设备控制程序。

一种应用厌氧消化自动监测与智能控制系统的装置，包括机架、原液罐、稀释罐、容器罐、自动进出料机构、氨氮及化学氧含量检测机构、挥发酸检测机构和自动清洗机构，所述机架中前侧设有原液罐，所述机架后侧设有稀释罐，所述机架一侧设有容器罐，所述原液罐上设有自动进出料机构，所述稀释罐上设有氨氮及化学氧含量检测机构，所述容器罐上设有挥发酸检测机构，所述原液罐、稀释罐和容器罐中均设有自动清洗机构。

进一步改进在于：所述自动进出料机构包括快装连接管、原液检测传感器和双级可拆过滤网，所述原液罐一侧通过自动电磁阀设有快装连接管，所述原液罐上设有原液检测传感器，所述原液罐内部设有双级可拆过滤网，所述原液检测传感器包括原液面传感器、温度传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器和导电率传感器。

进一步改进在于：所述氨氮及化学氧含量检测机构包括静态混合器、定量泵、进水机构、稀释液检测传感器和废液排出管，所述原液罐通过定量泵连接有静态混合器，所述静态混合器管道连通稀释罐，所述静态混合器一侧设有进水机构，所述稀释罐上设有稀释液检测传感器，所述稀释罐下方通过电磁阀设有废液排出管。

进一步改进在于：所述稀释液检测传感器包括温度传感器、液位传感器、氨氮传感器和化学需氧量传感器，所述进水机构包括自吸泵、进水管和加热器，所述机架下方设有自吸泵，所述自吸泵通过进水管连通静态混合器，所述进水管上设有加热器。

进一步改进在于：所述挥发酸检测机构包括蠕动泵、蒸馏水电磁阀、挥发酸检测传感机构、搅拌电机、滴定阀、自动检测仪显屏和废液管，所述容器罐上方通过蠕动泵与原液罐连通，所述容器罐上方设有蒸馏水电磁阀，所述容器罐上设有挥发酸检测传感机构，所述容器罐上中部设有搅拌电机，所述容器罐上方一侧设有滴定阀，所述机架一侧设有自动检测仪显屏，所述容器罐下方设有废液管，所述挥发酸检测传感机构包括液面传感器和挥发酸电极。

进一步改进在于：所述自动清洗机构包括喷洗电磁阀和自吸泵，所述原液罐、稀释罐和容器罐一侧均设有喷洗电磁阀，所述喷洗电磁阀一端连接有清洗喷头伸入原液罐、稀释罐和容器罐内，所述喷洗电磁阀管道连通自吸泵。

本发明的有益效果为：本发明通过数据采集模块和数据分析模块实时获取在线监测数据，对数据进行分析、处理，实现梯度预警和调控，实现了厌氧消化自动监测与智能控制技术装备的工程化应用，在线监测数据误差低，为沼气工程的稳定高效运行提供保障，同时本发明采用多线程处理的单片机实现多种机构自动化控制，自动化程度高，能快速嵌入已建好的沼气工程，提升系统性能，同时可添加多个沼气工程项目信息，实现多个项目同步管理，适用性强，通过多参数同时分析、判断，根据计算结果出现不同的报警信号，实现梯度预警。

附图说明

图1为本发明实施例1系统架构图。

图2为本发明装置主视图。

图3为本发明装置侧视图。

图4为本发明装置俯视图。

图5为本发明快装连接管结构图。

其中：1、机架；2、原液罐；3、稀释罐；4、容器罐；5、快装连接管；6、原液检测传感器；7、双级可拆过滤网；8、静态混合器； 9、定量泵；10、稀释液检测传感器；11、废液排出管；12、自吸泵； 13、进水管；14、加热器；15、蠕动泵；16、蒸馏水电磁阀；17、搅拌电机；18、滴定阀；19、自动检测仪显屏；20、废液管；21、液面传感器；22、挥发酸电极；23、喷洗电磁阀；24、软水管；25、水管卡箍；26、BSP快装接头；27、人工进料口；28、硬管快拧接头；29、溢流阀。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例一

根据图1、2、3、4所示，本实施例提供了一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，包括控制模块、数据采集模块、数据存储模块和数据分析模块，控制模块用于控制装置运行，数据采集模块用于获取原液和稀释液的检测数据，数据采集模块包含液面传感器21、挥发酸电极22、温度传感器、液位传感器、氨氮传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器、导电率传感器、化学需氧量传感器和原液面传感器，数据采集模块是基于无线DTU实现数据信息的传输，数据存储模块用于存储数据采集模块获取的检测数据，数据分析模块用于对获取的数据进行综合分析，数据存储模块和数据分析模块是基于MySQL数据库和阿里云服务器上成熟的业务分析模块实现数据的存储和分析，所述数据分析模块包含人机互交子模块、传感器失准预测与在线校准子模块、检索与控制算法子模块，所述预警模块基于设置的单参数预警及失稳阈值、多参数预警及失稳阈值构建了源数据库，可为软件系统提供分析数据支撑，实现多参数融合分析和梯度预警。

通过实时接收云服务器监控结果，进行了相关指标参数的收集与设备间兼容性调试及数字化处理，对后台数据库内容进行归类分析，所建数据库为第三方软件提取数据设置了接口，所建模型具有通用性及可移植性。

控制模块采用具有多线程处理功能的单片机控制装置运行，控制模块还包含参数设置子模块，用于输入设置各种场景运行的参数，数据分析模块还包含数据植入子模块，数据植入子模块用于接收外部植入的数据并进行融合分析。

所述人机互交子模块用于用户登录、权限管理、传感器配置及参数配置、预警条件配置和报警配置；所述传感器失准预测与在线校准子模块用于传感器失准预测和传感器在线自动校准；所述检索与控制算法子模块用于用户检索数据信息及在线编辑设备控制程序。

一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，包括机架1、原液罐 2、稀释罐3、容器罐4、自动进出料机构、氨氮及化学氧含量检测机构、挥发酸检测机构和自动清洗机构，机架1中前侧设有原液罐2，机架1后侧设有稀释罐3，机架1一侧设有容器罐4，原液罐2上设有自动进出料机构，稀释罐3上设有氨氮及化学氧含量检测机构，容器罐4上设有挥发酸检测机构，原液罐2、稀释罐3和容器罐4中均设有自动清洗机构。

自动进出料机构包括快装连接管5、原液检测传感器6和双级可拆过滤网7，原液罐2一侧通过自动电磁阀设有快装连接管5，原液罐2上设有原液检测传感器6，原液罐2内部设有双级可拆过滤网7，原液检测传感器6包括原液面传感器、温度传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器和导电率传感器。

氨氮及化学氧含量检测机构包括静态混合器8、定量泵9、进水机构、稀释液检测传感器10和废液排出管11，原液罐2通过定量泵9连接有静态混合器8，静态混合器8管道连通稀释罐3，静态混合器8一侧设有进水机构，稀释罐3上设有稀释液检测传感器10，稀释罐3下方通过电磁阀设有废液排出管11。

稀释液检测传感器10包括温度传感器、液位传感器、氨氮传感器和化学需氧量传感器，进水机构包括自吸泵12、进水管13和加热器14，机架下方设有自吸泵12，自吸泵12通过进水管13连通静态混合器8，进水管13上设有加热器14。

挥发酸检测机构包括蠕动泵15、蒸馏水电磁阀16、挥发酸检测传感机构、搅拌电机17、滴定阀18、自动检测仪显屏19和废液管 20，容器罐4上方通过蠕动泵15与原液罐2连通，容器罐4上方设有蒸馏水电磁阀16，容器罐4上设有挥发酸检测传感机构，容器罐4 上中部设有搅拌电机17，容器罐4上方一侧设有滴定阀18，机架一侧设有自动检测仪显屏19，容器罐4下方设有废液管20，挥发酸检测传感机构包括液面传感器21和挥发酸电极22。

自动清洗机构包括喷洗电磁阀23和自吸泵12，原液罐2、稀释罐3和容器罐4一侧均设有喷洗电磁阀23，喷洗电磁阀23一端连接有清洗喷头伸入原液罐2、稀释罐3和容器罐4内，喷洗电磁阀23 管道连通自吸泵12。

实施例二

根据图2、3、4、5所示，本实施例提供了一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，快装连接管5包括软水管24、水管卡箍25、BSP 快装接头26和硬管快拧接头28，软水管24两端设有水管卡箍25，水管卡箍25外侧设有BSP快装接头26，一端BSP快装接头26与原液罐2管道连通，另一端BSP快装接头26通过硬管快拧接头28连接有溢流阀29，并通过溢流阀29连接外部发酵罐，原液罐2与BSP快装接头26之间通过管道连接有人工进料口27。

通过变径连接方式直接与厌氧消化罐溢流管道或取样口连接，对厌氧消化液温度、pH、VFA、COD、ORP和氨氮等关键参数进行在线采集，并将数据无线传输至云服务器。该装置具有自动进出料、双级过滤、定量稀释混合、自动清洗和增温保温功能，可对厌氧消化多个参数同时进行监控，其中发酵液温度、pH、ORP和电导率直接检测原液获得，VFA、COD和氨氮将原液稀释后检测。该装置还具有可扩增监测指标、快速嵌入已有沼气工程、便于沼气工程监控系统升级等特点。配合智能监控软件系统使用，在线监测数据误差在3％以内，为沼气工程的稳定高效运行提供保障。

该厌氧消化自动监测与智能控制系统及装置使用时通过溢流阀连接外部发酵罐，打开溢流阀自动控制程序启动，原液通过管道流入原液罐，原液装满时原液面传感器被触发，进料管道上的电磁阀关闭，停止进料，此时原液罐上的温度传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器和导电率传感器通过检测原液获取数据，数据被传送至数据存储模块和数据分析模块中进行处理，并通过控制模块自动控制，然后同时启动氨氮及化学需氧量检测和挥发酸检测。

当原液罐中的传感器获取检测数据后，原液罐与稀释罐之间的管道上的电磁阀打开，通过定量泵将原液抽出并流经静态混合器进入稀释罐，然后启动自吸泵，利用进水管上的加热器根据温度传感器检测的原液温度将流经的水流加热后通过静态混合器注入稀释罐，直到液位传感器被触发，加热器关闭，此时稀释罐中的氨氮传感器和化学需氧量传感器通过检测稀释液获取数据，并将数据传输至数据存储模块和数据分析模块中进行处理，并通过控制模块自动控制，接着废液排出管打开将两个罐中的废液排空后启动自吸泵和喷洗电磁阀，利用清水对罐中进行冲洗并将污水排出，然后关闭废液排出管向两个罐内注入自来水直至罐内的原液面传感器和液位传感器出发，停止进水，程序终止等待下次检测。

当原液罐中的传感器获取检测数据后，启动蠕动泵把原液罐中的原液定量加入到容器罐中，同时蒸馏水电磁阀启动向容器罐中加入蒸馏水，直至液面传感器触发，蒸馏水电磁阀关闭，然后启动搅拌电机对容器罐内的混合液搅拌，然后通过滴定阀将滴定液持续加入至容器罐中，挥发酸电极启动自动检测，滴定完毕后自动监测仪显屏显示读数，并将数据传输至数据存储模块和数据分析模块中进行处理，然后通过废液管将废液排空，然后启动喷洗电磁阀对罐内进行清洗，清洗后关闭废液管上的电磁阀并向罐内注入清水直至液面传感器触发停止注水，程序终止等待下次检测。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，其特征在于：包括控制模块、数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和预警模块，所述控制模块用于控制装置运行，所述数据采集模块用于获取原液和稀释液的检测数据，所述数据采集模块包含液面传感器(21)、挥发酸电极(22)、温度传感器、液位传感器、氨氮传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器、导电率传感器、化学需氧量传感器和原液面传感器，所述数据采集模块是基于无线DTU实现数据信息的传输，所述数据存储模块用于存储数据采集模块获取的检测数据，所述数据分析模块用于对获取的数据进行综合分析，所述数据存储模块和数据分析模块是基于MySQL数据库和阿里云服务器上成熟的业务分析模块实现数据的存储和分析，所述数据分析模块包含人机互交子模块、传感器失准预测与在线校准子模块、检索与控制算法子模块，所述预警模块基于设置的单参数预警及失稳阈值、多参数预警及失稳阈值进行多参数融合分析和梯度预警。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，其特征在于：所述控制模块采用具有多线程处理功能的单片机控制装置运行，所述控制模块还包含参数设置子模块，用于输入设置各种场景运行的参数，所述数据分析模块还包含数据植入子模块，所述数据植入子模块用于接收外部植入的数据并进行融合分析。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制系统，其特征在于：所述人机互交子模块用于用户登录、权限管理、传感器配置及参数配置、预警条件配置和报警配置；所述传感器失准预测与在线校准子模块用于传感器失准预测和传感器在线自动校准；所述检索与控制算法子模块用于用户检索数据信息及在线编辑设备控制程序。

4.一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：包括机架(1)、原液罐(2)、稀释罐(3)、容器罐(4)、自动进出料机构、氨氮及化学氧含量检测机构、挥发酸检测机构和自动清洗机构，所述机架(1)中前侧设有原液罐(2)，所述机架(1)后侧设有稀释罐(3)，所述机架(1)一侧设有容器罐(4)，所述原液罐(2)上设有自动进出料机构，所述稀释罐(3)上设有氨氮及化学氧含量检测机构，所述容器罐(4)上设有挥发酸检测机构，所述原液罐(2)、稀释罐(3)和容器罐(4)中均设有自动清洗机构。

5.根据权利要求4所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：所述自动进出料机构包括快装连接管(5)、原液检测传感器(6)和双级可拆过滤网(7)，所述原液罐(2)一侧通过自动电磁阀设有快装连接管(5)，所述原液罐(2)上设有原液检测传感器(6)，所述原液罐(2)内部设有双级可拆过滤网(7)，所述原液检测传感器(6)包括原液面传感器、温度传感器、pH传感器、氧化还原电位传感器和导电率传感器。

6.根据权利要求4所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：所述氨氮及化学氧含量检测机构包括静态混合器(8)、定量泵(9)、进水机构、稀释液检测传感器(10)和废液排出管(11)，所述原液罐(2)通过定量泵(9)连接有静态混合器(8)，所述静态混合器(8)管道连通稀释罐(3)，所述静态混合器(8)一侧设有进水机构，所述稀释罐(3)上设有稀释液检测传感器(10)，所述稀释罐(3)下方通过电磁阀设有废液排出管(11)。

7.根据权利要求6所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：所述稀释液检测传感器(10)包括温度传感器、液位传感器、氨氮传感器和化学需氧量传感器，所述进水机构包括自吸泵(12)、进水管(13)和加热器(14)，所述机架下方设有自吸泵(12)，所述自吸泵(12)通过进水管(13)连通静态混合器(8)，所述进水管(13)上设有加热器(14)。

8.根据权利要求4所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：所述挥发酸检测机构包括蠕动泵(15)、蒸馏水电磁阀(16)、挥发酸检测传感机构、搅拌电机(17)、滴定阀(18)、自动检测仪显屏(19)和废液管(20)，所述容器罐(4)上方通过蠕动泵(15)与原液罐(2)连通，所述容器罐(4)上方设有蒸馏水电磁阀(16)，所述容器罐(4)上设有挥发酸检测传感机构，所述容器罐(4)上中部设有搅拌电机(17)，所述容器罐(4)上方一侧设有滴定阀(18)，所述机架一侧设有自动检测仪显屏(19)，所述容器罐(4)下方设有废液管(20)，所述挥发酸检测传感机构包括液面传感器(21)和挥发酸电极(22)。

9.根据权利要求4所述的一种厌氧消化自动监测与智能控制的装置，其特征在于：所述自动清洗机构包括喷洗电磁阀(23)和自吸泵(12)，所述原液罐(2)、稀释罐(3)和容器罐(4)一侧均设有喷洗电磁阀(23)，所述喷洗电磁阀(23)一端连接有清洗喷头伸入原液罐(2)、稀释罐(3)和容器罐(4)内，所述喷洗电磁阀(23)管道连通自吸泵(12)。

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