CN204189017U - 一种沼气发酵过程状态检测系统 - Google Patents

Abstract

一种沼气发酵过程状态检测系统，涉及沼气发酵过程中各状态的监技术。检测装置中的各个传感器设置在沼气发酵池的相应位置，以检测沼气发酵池的各个状态参数，现场故障检测装置根据检测装置的检测结果判断沼气发酵池的温度、气压、PH值等状态参数是否正常，如果长时间不在正常范围内，则发出报警信号；如果在正常范围内，则将上述数据与相应的目标值进行对比，并计算出相应的修正值，将修正值发送给加热保温装置、进出料装置和搅拌装置，以修正其工作状态。上述过程不断循环，实现对沼气发酵过程状态的监测和控制，提高了发酵生产过程的可重复性和产品质量一致性。本实用新型适用于沼气发酵过程的监测。

Description

一种沼气发酵过程状态检测系统

技术领域

本实用新型涉及沼气发酵过程中各状态的监控技术。

背景技术

随着社会的进步，人类生活水平的提高，发酵工程对人类生活的作用越来越重要，其中沼气发酵工程在整个生物工程中发展相对较为成熟，它是将固定在生物质内的能量转化为甲烷气能，特别适应于牛粪便、污水、有机垃圾的处理，因此沼气发酵工程是一种既具有环保作用，又能开发生物质能的技术手段，是生物工程和现代生物技术及其产业化的基础。

发酵过程生产的主要特点为“有限生产”和“无现实稳态性”，所谓“有限生产”指发酵过程生产的每个批次持续时间是有限的，而“无现实稳态性”是指发酵生产过程不同与连续生产过程，属于非稳态生产操作，即无稳定工作点，反应器内物料的浓度及反应速率等均随时间变化，过程的重要变量如温度、压力、原料浓度等均有工艺曲线作为参考，生产方案的目的在于提高发酵生产过程的可重复性，尽量保证批次间产品质量的一致性，但是由于过程本身的复杂性以及干扰的影响，实际操作条件往往会和生产方案有所区别，微生物的生长对环境变化极为敏感，生产条件偏离了预先设定的最佳条件，就会影响其内部的代谢过程，降低菌体的质量和数量；更有甚者，如果发酵过程感染杂菌，不仅多消耗培养基中的营养成分，而且还会产生某些不利于微生物生长和代谢的物质，降低产率，甚至得不到目标产物。另外，由于发酵异常是一个缓慢的变化过程，在过程出现异常的初期，通常难以察觉，等到工艺人员发现时，往往已经造成了较大的经济损失。如果能够在出现异常的初期，及时给出预警信息，并针对不同情况采取适当的措施，就可以有效地减少经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决沼气发酵过程中温度、压力和PH值等参数难以控制，导致发酵生产过程的可重复性差、产品质量一致性差的问题，提供一种沼气发酵过程状态检测系统。

本实用新型所述的一种沼气发酵过程状态检测系统包括检测装置、加现场监测装置和运行参数调整装置；

所述的检测装置包括温度传感器、压力传感器和PH传感器，所述分别用于检测沼气发酵池的温度、压力、PH值和沼气产量；

检测装置将采集到的数据发送至现场监测装置，现场监测装置将所述的数据发送至运行参数调整装置，运行参数调整装置根据所述的数据以及加热保温装置、进出料装置和搅拌装置的运行参数极值，分别向沼气发酵池的加热保温装置、进出料装置和搅拌装置发送控制信号，加热保温装置、进出料装置和搅拌装置的工作状态进行修正。

本实用新型所述的一种沼气发酵过程状态检测系统在使用前，将检测装置中的各个传感器设置在沼气发酵池的相应位置，以检测沼气发酵池的各个状态参数，并且预先设定好加热保温装置、进出料装置和搅拌装置的运行参数极值以及温度、气压、PH的目标值。检测装置还可以包括气体流量传感器，用于检测沼气产量。

发酵过程中，检测装置不断地将各个状态参数(即所述的数据)发送给现场监测装置，现场监测装置再将各个状态参数发送给运行参数调整装置，运行参数调整装置根据现场监测装置发来的数据判断沼气发酵池的温度、气压、PH值等状态参数是否正常，如果长时间不在正常范围内，则需要发出报警信号，以提示工作人员；如果在正常范围内，则将上述数据与相应的目标值进行对比，并计算出相应的修正值，将修正值发送给加热保温装置、进出料装置和搅拌装置，以修正其工作状态。上述过程不断循环，实现对沼气发酵过程状态的监测和控制，提高了发酵生产过程的可重复性和产品质量一致性。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种沼气发酵过程状态检测系统的原理框图；

图2为实施方式四中的运行参数调整装置的原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种沼气发酵过程状态检测系统包括检测装置1、现场监测装置5和运行参数调整装置6；

所述的检测装置1包括温度传感器、压力传感器和PH传感器；

检测装置1将采集到的数据发送至现场监测装置5，现场监测装置5将所述的数据发送至运行参数调整装置6，运行参数调整装置6根据所述的数据以及加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的运行参数极值，分别向沼气发酵池的加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4发送控制信号，加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的工作状态进行修正。

运行参数调整装置6可以采用单片机或其他具有简单计算功能的芯片实现。运行参数调整装置6将检测装置1检测到的温度、气压和PH值等状态参数与标准的状态参数进行比对，并根据比对结果给出加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的运行状态的修正值，对加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的运行状态进行修正。控制加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4按照特定的参数来运行属于现有技术，根据比对结果给出修正值也只是简单的数学运算过程，因此运行参数调整装置6内不需要复杂的程序即可实现其功能。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种沼气发酵过程状态检测系统的进一步限定，本实施方式中，该控制系统还包括远程数据存储装置7和数据分析处理装置8；

现场监测装置5将检测装置1发来的数据通过有线或无线方式发送至远程数据存储装置7，该远程数据存储装置7将所述的数据发送至数据分析处理装置8，该数据分析处理装置8对接收到的数据进行分析计算，得到加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的新的运行参数极值，并将该新的运行参数极值发送至运行参数调整装置6。

本实施方式中，数据分析处理装置8可以采用单片机或其他具有简单计算功能的芯片来实现。根据沼气发酵池的各状态参数来计算加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的新的运行参数极值，原理和计算过程均为现有技术。

数据分析处理装置8根据检测装置1采集到的各个状态参数给出加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的新的运行参数极值，使所述控制系统能够根据实际情况来不断调整加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的工作状态。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种沼气发酵过程状态检测系统的进一步限定，本实施方式中，所述的控制系统还包括远程发酵监测装置9，远程数据存储装置7将现场监测装置5发来的数据发送给远程发酵监测装置9。

远程发酵监测装置9可以采用计算机实现。该远程发酵监测装置9接收远程数据存储装置7发来的各种数据，并存储这些数据，用于实现沼气发酵过程状态的远程监测。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种沼气发酵过程状态检测系统的进一步限定，本实施方式中，所述的运行参数调整装置6包括三个比较电路6-1、缓存芯片6-2、数据处理芯片6-3和报警电路6-4；

所述的三个比较电路6-1的采集信号输入端分别连接现场监测装置5的温度检测信号输出端、压力检测信号输出端和PH值检测信号输出端；

三个比较电路6-1的基准信号输入端分别连接缓存芯片6-2的目标温度信号输出端、目标压力信号输出端和目标PH值信号输出端；

缓存芯片6-2存储的目标温度、目标压力和目标PH值、以及加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的运行参数极值来自接数据分析处理装置8；目标温度、目标压力和目标PH值均为预先设定的值；

缓存芯片6-2的三个运行状态极值信号输出端分别连接数据处理芯片6-3的三个运行状态极值信号输入端；

三个比较电路6-1的输出端分别连接数据处理芯片6-3的温度检测信号输入端、压力检测信号输入出端和PH值检测信号输入出端；

报警电路6-4包括三个LED灯；所述三个LED灯分别代表沼气发酵池内的温度、压力和PH值的状态；

数据处理芯片6-3的温度报警信号输出端、压力报警信号输出端和PH值报警信号输出端分别连接报警电路6-4的三个控制信号输入端；

数据处理芯片6-3的三个修正信号输出端分别连接加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的修正信号输入端。

本实施方式中，三个比较电路6-1将沼气发酵池内的温度、压力以及PH值与缓存芯片6-2存储的目标温度、目标压力以及目标PH值进行对比，判断沼气发酵内的温度、压力以及PH值是否在正常范围之内，如果沼气发酵内的温度、压力以及PH值与目标温度、目标压力以及目标PH值相等，则数据处理芯片6-3不需要发出控制信号；如果在正常范围之内但与目标温度、目标压力以及目标PH值有一定偏差，则数据处理芯片6-3所述的偏差来计算得到对加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的工作状态的修改量，并分别向加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4发送信号，使对加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4按照各自的修正量调整工作状态；如果沼气发酵内的温度、压力以及PH值不在正常范围之内，则数据处理芯片6-3将数据分析处理装置8计算得到的加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4的运行参数极值分别发送给加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4，使加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4按照新的运行参数极值来工作。数据处理芯片6-3发送完新的运行极值后开始计时，如果在一定时间范围内(该时间范围是预先设定好的)沼气发酵池内的温度、气压和PH值仍然不在正常范围内，则说明加热保温装置2、进出料装置3和搅拌装置4出现故障，此时，数据处理芯片6-3向报警电路6-4发出报警信号，控制相应的LED灯闪亮，提示工作人员及时检查维修。

Claims (6)

1.一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：它包括检测装置(1)、现场监测装置(5)和运行参数调整装置(6)；

所述的检测装置(1)包括温度传感器、压力传感器和PH传感器；

检测装置(1)将采集到的数据发送至现场监测装置(5)，现场监测装置(5)将所述的数据发送至运行参数调整装置(6)，运行参数调整装置(6)的信号输出端分别连接沼气发酵池的加热保温装置(2)、进出料装置(3)和搅拌装置(4)的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：它还包括远程数据存储装置(7)和数据分析处理装置(8)；

现场监测装置(5)将检测装置(1)发来的数据通过有线或无线方式发送至远程数据存储装置(7)，该远程数据存储装置(7)将所述的数据发送至数据分析处理装置(8)，该数据分析处理装置(8)将新的运行参数极值发送至运行参数调整装置(6)。

3.根据权利要求2所述的一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：所述的数据分析处理装置(8)采用单片机实现。

4.根据权利要求2所述的一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：它还包括远程发酵监测装置(9)，远程数据存储装置(7)将现场监测装置(5)发来的数据发送给远程发酵监测装置(9)。

5.根据权利要求1所述的一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：所述的运行参数调整装置(6)包括三个比较电路(6-1)、缓存芯片(6-2)、数据处理芯片(6-3)和报警电路(6-4)；

所述的三个比较电路(6-1)的采集信号输入端分别连接现场监测装置(5)的温度检测信号输出端、压力检测信号输出端和PH值检测信号输出端；

三个比较电路(6-1)的基准信号输入端分别连接缓存芯片(6-2)的目标温度信号输出端、目标压力信号输出端和目标PH值信号输出端；

缓存芯片(6-2)存储的目标温度、目标压力和目标PH值、以及加热保温装置(2)、进出料装置(3)和搅拌装置(4)的运行参数极值来自接数据分析处理装置(8)；目标温度、目标压力和目标PH值均为预先设定的值；

缓存芯片(6-2)的三个运行状态极值信号输出端分别连接数据处理芯片(6-3)的三个运行状态极值信号输入端；

三个比较电路(6-1)的输出端分别连接数据处理芯片(6-3)的温度检测信号输入端、压力检测信号输入出端和PH值检测信号输入出端；

报警电路(6-4)包括三个LED灯；所述三个LED灯分别代表沼气发酵池内的温度、压力和PH值的状态；

数据处理芯片(6-3)的温度报警信号输出端、压力报警信号输出端和PH值报警信号输出端分别连接报警电路(6-4)的三个控制信号输入端；

数据处理芯片(6-3)的三个修正信号输出端分别连接加热保温装置(2)、进出料装置(3)和搅拌装置(4)的修正信号输入端。

6.根据权利要求5所述的一种沼气发酵过程状态检测系统，其特征在于：所述的数据处理芯片(6-3)采用单片机实现。