模型设计说明书

贵阳学院项目名称:沼气池智能管理系统项目小组：林城之鹰小组成员：魏国波、周精文、胡明强项目指导：李疆老师目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一项目背景3页\o"CurrentDocument"二设计思路3页（一）设计原理3页1沼气池的发酵原理3页2必备条件4页（二）发酵罐示意图5页（三）技术原理5页1动力源一电机6页2控制源—PLC6页3操作装置一HMI6页\o"CurrentDocument"三项目实施方案7页（一）产气工作流程7页1正常发酵7页模拟参数8页（二）电路图模块8页1总电路图设计8页2电器元件明细表8页安装与接线9页（三）PLC程序模块10页PLC流程图10页PLC程序11页（四）HMI人机界面的制作与设定12页画面制作12页安装0S14页PLC程序下载14页（五）模型设计实物图和尺寸大小16页1模型实物图16页2尺寸大小17页四项目总结17页（一）优点17页（二）经验与挑战17页\o"CurrentDocument"五附件18页致谢18页六参考文献18页大型沼气池模型设计说明书一、项目背景近年来，我国能源矛盾日益突出，农业污染比例正在扩大，沼气产业实现了农业生产和农民生活用能的循环发展，能有效缓解农村生活用能与环境保护之间的矛盾，是解决我国农村能源问题和建设节约型新农村的有效途径。但随着建设的进一步深入，诸多问题也日夜凸显。第一、部份户主投料后，由于管理的诸多问题加上设计的本身存在的缺性导致长时间不产气或产气量、产气质量不高，点火困难等问题，成为困扰户主对建设沼气项目科学性的质疑！第二、随着养殖行业的不断扩大，给周围的环境带来很大的压力，因此大型沼气池建设将成为主流，因而在管理上不能采用农村的单一管理模式，这样既增加工作量，而且效率不高。第三、科学技术的发展促使我门必然要从智能管理方向发展，减轻工作人员的工作量，提高产气效率。因此为了进一步完善沼气池的管理建设，改变现行沼气业的发展现状，我们通过对三菱PLC、HMI等系列产品的了解，模拟实际工作环境，用三菱PLC作为控制源，通过连接各检测装置对沼气池的各项指标进行实时监测，并根据监测结果实现沼气自动进行加物料、调温、调PH值、除沼渣等工作，让其达到动态平衡。从而让沼气池的产气达到意想的目的，让它真正成为一种改变户主能源需求同时能提供优质有机肥的产业。进一步优化生活环境，提高全民健康水平，促进养殖业的发展，改变农村传统生活方式，从而增加农户的收入来源，实现全民生活用能高效化、清洁化、智能化。实现低碳环保的能源要求！二、设计思路（一）、设计原理以一个沼气池的检测和控制为例，根据沼气池的发酵原理及必备条件。了解微生物的活动规律，生存条件，以及在每个环节的作用。模拟实际工作环境，能对沼气池的各项指标进行实时监测，并根据监测结果实现沼气池自动进行加物料、排水、调温、调PH值、除沼渣等工作，让其达到动态平衡。意在改变外在条件，让微生物能够生存在一个适宜的环境中，从而实现大量的产沼气！1、沼气池的发酵原理是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终沼气的过程。这个过程有以下三个阶段：（1）液化阶段：在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。产酸：先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。另外，还有耗氧产乙酸菌群，这种细菌群体利用氧和二氧化碳生产乙酸，还能代谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段。在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们主要的作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。产甲烷：产甲烷菌群，利用以上以上两步所分解转化的小分子化合物等生成甲烷2、必备条件沼气发酵是由多种细菌参加完成的，它们在沼气池中进行新陈代谢和生长繁殖过程中，需要一定的生活动条件，只有用人工为其创造适宜生产条件，才能使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼气池内的有机物分解。另一方面控制沼气池内发酵过程的正常运行，也需要一定的条件。因此，只有满足微生物的生长条件和沼气池正常运行条件，才能获得产气率大、有机沼肥提代多的效果。综合起来，人工制取沼气的基本条件是：沼气细菌、发酵原理、发酵浓度、PH值、严格厌氧环境和适宜的温度。沼气细菌制取沼气必须有沼气细菌才行，这和发面需要有酵母菌一样，如果没有沼气细菌作用，沼气池内的有机物本身是不会转变的沼气的，所以沼气发酵启动时要有足够数量含优良沼气菌种的接种物，这是制取沼气的重要条件。足够的发酵原料沼气发酵原料是产生沼气的物质基础，又是沼气以酵细菌赖以生存的养粒亚源，因为沼气细菌在沼气池内正常生长繁殖过程中，必须从发酵原料里吸取充足的营养物质，如水分、碳素、氮素、无机盐类和生长素等，用于生命活动，成倍繁殖细菌和产生沼气。发酵原料浓度沼气池中的料液在发酵过程中需要保持一定的浓度，才能正常产气运行，如果发酵料液中含水量过少，发酵原料过多，发酵液的浓度过大，产甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有机酸的大量积累，结果使发酵受到阻碍；如果水太多，发酵液的浓度过稀，有机物含量少，产气量就小。所以沼气池发酵液必须保持一定的浓度，根据实践沼气池一般采用6%—10%的发酵料液浓度较适宜，在这个范围内，沼气的初始启动浓度要低一些便于启动。夏季和初秋池温高，原料分解快，浓度可适当低一些；冬季、初春池温低、原料分解慢发酵料液浓度保持在10%为宜。适当的酸碱度沼气发酵细菌最适宜的PH为6.8-7.5,6.4以下7.6以上都对产气有抑制作用。如果PH在5.5以下，就是料液酸化的标志，其产甲烷菌的活动完全受到抑制。如沼气初始启动时，投料浓度过高，接种物中的产甲烷菌数量又不足，或者在沼气池内一次加入大量的鸡粪、薯渣造成发酵料液浓度过高，都会因产酸与产甲烷的速度失调而引起挥发酸(乙酸、丙酸、丁酸)的积累导致PH下降。这是造成沼气池启动失败或运行失常的主要原因。严格的厌氧环境

沼气发酵中起主要作用的是厌氧分解菌和产甲烷菌。它们怕氧，在空气中暴露几秒钟就会死亡，就是说空气中的氧气对它们有毒害致死的作用。因此，严格的厌氧环境是沼气发酵的最主要条件之一。（6）适宜的温度沼气池内发酵液的温度，对产生沼气的多少有很大影响，这是因为在最适宜的温度范围内温度越高，沼气细菌的生长、繁殖越快、产沼气就多。如果温度不适宜，沼气细菌生长发育慢、产气就少或不产气。所以，温度是生产沼气的重要条件。一般说沼气细菌在8-60r范围内都能进行发酵。人们把沼气发酵划分为三个发酵区，即常温发酵区10—26°C，中温发酵区28—38C，最适温度为35C。（7）压力范围池内正常工作压力p<8000Pa，p<12000Pao采用浮罩贮气者，可选p<4000Pa池内正常工作压力p<8000Pa，p<12000Pao（二）、发酵罐原理图搅拌电机图1发酵罐原理图搅拌电机（三）、技术原理1、动力源电机。电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。主要用于加物料、搅拌和排沼渣等。2、控制源——PLCo

PLC一可编程序控制器的缩写，是通过输入输出部分对各种装置实施控制、内置有可储存编程指令的存储器的电子装置。实现自动化的基础，用于控制各个模拟量。3、检测装置一一传感元件传感元件：是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”，它们的出现大大促进了自动化系统的发展。4、操作装置——HMI人机界面作为FA相关领域可编程序控制器的HMI(人机接口)设备。人机界面的画面制作设定通过专用画面设计软件(GTDesigner2Version2或GTworks2Version2)在计算机上进行。在该软件上可进行画面设计、或对开关、指示灯的部件进行设定。由于人机操作界面实现操作的便捷，由于是用软元件代替实物，所以提高了使用寿命！图2图2HMI工作接图动力支持装置模拟量控制装置操作装置PLC、传感器、检测器等、计算机

三、项目实施方案（一）、产气工作流程1、正常发酵厂加干料启动Y徉搅拌】41加水.>只要接种正常密封性良好，就

能产气其中出料和搅拌是在设定的时间内自行

动作只要接种正常密封性良好，就

能产气2、模拟参数小于下限温度变化大于上限加水加蒸汽搅拌B、PH值变化大于上限加干料或酸小于下限加氨水或草搅拌（二）、电路图模块1、总电路图设计，详细见附件1和附件2。2、电气元器件明细表代号名称型号规格数量备注QF小型断路器BH-D6C162个KM交流接触器S-N10220VAC,9A1个可配4KW电机M电动机60KTYZ220V/50HZ/14W2台FU熔断器配熔体1A2套HV1-HV4电磁阀2W-160-15DC244个PLC可编程控制器FX3U-32MR/ES-A1台GOT触摸屏GT1150-QBBD-C1台SB按钮2个MW开关电源S-100-24一个SQ浮球液位开关2个4通道模拟量输入模块FX3U-4AD1个4通道铂电阻测温模块FX2N-4AD-PT24VDC一个

通信电缆FX-50DU-CABO1根用于GOT和PLC之间的数据通信USBUSB数据传输线一根用于GOT和PLC的程序下载及监控ST1温度传感器1个KA小型继电器RELECOER-CDC24V6个3、安装与接线(1)安装一一根据电路板的结构，合理分配电器元件的安装位置，让整体布局看上去简洁而协调！布局图如下：TX图3原理布局图(2)接线——根据安装布局的形式，按照严格的接线标准进行接线，杜绝线头夹不紧、线路连接错误等情况出现！(完整的接线图见附件3)B)接线实物如图4所示图3实物接线图2、PLC程序见附件41、程序软主要元件列表输入继电器功能输出继电器功能X1液位上限Y0加干物料X3液位下限Y1搅拌内部继电器功能Y2PH值过低调剂M40自动运行Y3液体物料M50自动停止Y4温度过低通蒸汽Y5除沼渣

（四）HMI人机界面画面的制作与设定1、画面制作（1）、开机画面当触摸屏通电打开的时候将呈现下面的画面，通过窗口切换进入主要运行、调试及参数设定画面。项目名称项目名称画面切换（2）、自动运行画面模拟实际发酵状态，显示各参数的变化情况，根据情况进行参数调整，达到正常状况。启动停止参数显示

(3)、设备调试画面对每个控制设备进行调试对每个动作进行调试看是否能正常动作(4)、参数调整画面启动停止参数显示(3)、设备调试画面对每个控制设备进行调试参数设定每一个参数的变化，都会有一个调节过程，通过下面的设计就可以模拟调节时间。根据具体情况也可以灵活的设定各个参数动作时间。

参数设定（5）参数模拟换面参数模拟一一就是进行手动模拟参数变化，自动进行恢复的过程。模拟PH值变化的调节模拟温度变化的调节（6）、调整参数后显示窗口当调整相应参数后触摸屏将自动显示下面的对应的窗口画面，提示操作者，在进行什么动作，方便管理，也更直观。（5）参数模拟换面参数模拟一一就是进行手动模拟参数变化，自动进行恢复的过程。模拟PH值变化的调节模拟温度变化的调节（6）、调整参数后显示窗口当调整相应参数后触摸屏将自动显示下面的对应的窗口画面，提示操作者，在进行什么动作，方便管理，也更直观。加氨水

的动作

显示窗口加热的动作显示窗口加物料调整PH值0T...n加水调节温

度过高2、安装0SGOT新设备必须安装OS，否则设备不能工作。基本功能全部安装；通讯驱动程序选择对应相

应的PLC类型MELSEC-FX；扩展功能选择系统监视；选项功能选择配方和MELSEC-FX。3、PLC程序下载用FX-50DU-CABO通讯电缆将GOT和PLC连接起来。启动GXDeveloper软件，打开PLC程序后，将传输设置设为USB（GOT透明传输）后确认，执行PLC写入，将PLC程序（定时器测试梯形图）传送至PLC。4、工作下载一GOT：选择基本画面、公共设置、连接机器设置，然后点击下载，即可将设计的画面传送至GOT。（五）、模型设计实物图及尺寸大小1、模型实物图图4模型实物图图5模型实物图2、尺寸大小项目名称大型沼气池智能管理系统设备尺寸（cm）重量（Kg）电压（V）功率（W）用气用水预估外包装尺寸（cm）150*100*10075220500用自来水150*150*130四、项目总结（一）、优点1、实现自动化管理，减少管理人员的工作量，提高了工作人员操作的安全性。2、能够自动调整产气过程，产气稳定，克服了传统沼气池冬季产量不足、夏季产气过旺浪费过大的问题，提高产气效率！3、可以减轻大型养殖产带来的环境压