模型設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

貴陽(yáng)學(xué)院項(xiàng)目名稱(chēng):沼氣池智能管理系統(tǒng)項(xiàng)目小組：林城之鷹小組成員：魏國(guó)波、周精文、胡明強(qiáng)項(xiàng)目指導(dǎo)：李疆老師目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一項(xiàng)目背景3頁(yè)\o"CurrentDocument"二設(shè)計(jì)思路3頁(yè)（一）設(shè)計(jì)原理3頁(yè)1沼氣池的發(fā)酵原理3頁(yè)2必備條件4頁(yè)（二）發(fā)酵罐示意圖5頁(yè)（三）技術(shù)原理5頁(yè)1動(dòng)力源一電機(jī)6頁(yè)2控制源—PLC6頁(yè)3操作裝置一HMI6頁(yè)\o"CurrentDocument"三項(xiàng)目實(shí)施方案7頁(yè)（一）產(chǎn)氣工作流程7頁(yè)1正常發(fā)酵7頁(yè)模擬參數(shù)8頁(yè)（二）電路圖模塊8頁(yè)1總電路圖設(shè)計(jì)8頁(yè)2電器元件明細(xì)表8頁(yè)安裝與接線9頁(yè)（三）PLC程序模塊10頁(yè)P(yáng)LC流程圖10頁(yè)P(yáng)LC程序11頁(yè)（四）HMI人機(jī)界面的制作與設(shè)定12頁(yè)畫(huà)面制作12頁(yè)安裝0S14頁(yè)P(yáng)LC程序下載14頁(yè)（五）模型設(shè)計(jì)實(shí)物圖和尺寸大小16頁(yè)1模型實(shí)物圖16頁(yè)2尺寸大小17頁(yè)四項(xiàng)目總結(jié)17頁(yè)（一）優(yōu)點(diǎn)17頁(yè)（二）經(jīng)驗(yàn)與挑戰(zhàn)17頁(yè)\o"CurrentDocument"五附件18頁(yè)致謝18頁(yè)六參考文獻(xiàn)18頁(yè)大型沼氣池模型設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一、項(xiàng)目背景近年來(lái)，我國(guó)能源矛盾日益突出，農(nóng)業(yè)污染比例正在擴(kuò)大，沼氣產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活用能的循環(huán)發(fā)展，能有效緩解農(nóng)村生活用能與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，是解決我國(guó)農(nóng)村能源問(wèn)題和建設(shè)節(jié)約型新農(nóng)村的有效途徑。但隨著建設(shè)的進(jìn)一步深入，諸多問(wèn)題也日夜凸顯。第一、部份戶(hù)主投料后，由于管理的諸多問(wèn)題加上設(shè)計(jì)的本身存在的缺性導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間不產(chǎn)氣或產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣質(zhì)量不高，點(diǎn)火困難等問(wèn)題，成為困擾戶(hù)主對(duì)建設(shè)沼氣項(xiàng)目科學(xué)性的質(zhì)疑！第二、隨著養(yǎng)殖行業(yè)的不斷擴(kuò)大，給周?chē)沫h(huán)境帶來(lái)很大的壓力，因此大型沼氣池建設(shè)將成為主流，因而在管理上不能采用農(nóng)村的單一管理模式，這樣既增加工作量，而且效率不高。第三、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使我門(mén)必然要從智能管理方向發(fā)展，減輕工作人員的工作量，提高產(chǎn)氣效率。因此為了進(jìn)一步完善沼氣池的管理建設(shè)，改變現(xiàn)行沼氣業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，我們通過(guò)對(duì)三菱PLC、HMI等系列產(chǎn)品的了解，模擬實(shí)際工作環(huán)境，用三菱PLC作為控制源，通過(guò)連接各檢測(cè)裝置對(duì)沼氣池的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)沼氣自動(dòng)進(jìn)行加物料、調(diào)溫、調(diào)PH值、除沼渣等工作，讓其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。從而讓沼氣池的產(chǎn)氣達(dá)到意想的目的，讓它真正成為一種改變戶(hù)主能源需求同時(shí)能提供優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的產(chǎn)業(yè)。進(jìn)一步優(yōu)化生活環(huán)境，提高全民健康水平，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，改變農(nóng)村傳統(tǒng)生活方式，從而增加農(nóng)戶(hù)的收入來(lái)源，實(shí)現(xiàn)全民生活用能高效化、清潔化、智能化。實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的能源要求！二、設(shè)計(jì)思路（一）、設(shè)計(jì)原理以一個(gè)沼氣池的檢測(cè)和控制為例，根據(jù)沼氣池的發(fā)酵原理及必備條件。了解微生物的活動(dòng)規(guī)律，生存條件，以及在每個(gè)環(huán)節(jié)的作用。模擬實(shí)際工作環(huán)境，能對(duì)沼氣池的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)沼氣池自動(dòng)進(jìn)行加物料、排水、調(diào)溫、調(diào)PH值、除沼渣等工作，讓其達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。意在改變外在條件，讓微生物能夠生存在一個(gè)適宜的環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)大量的產(chǎn)沼氣！1、沼氣池的發(fā)酵原理是指有機(jī)物質(zhì)在一定的水分、溫度和厭氧條件下，通過(guò)各類(lèi)微生物的分解代謝，最終沼氣的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程有以下三個(gè)階段：（1）液化階段：在沼氣發(fā)酵中首先是發(fā)酵性細(xì)菌群利用它所分泌的胞外酶，如纖維酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行體外酶解，也就是把禽畜糞便、作物秸桿、豆制品加工后的廢水等大分子有機(jī)物分解成能溶于水的單糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物這個(gè)階段叫液化階段。產(chǎn)酸：先由發(fā)酵性細(xì)菌將液化階段產(chǎn)生的小分子化合物吸收進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，并將其分解為乙酸、丁酸、氫和二氧化碳等，再由產(chǎn)氫乙酸菌把發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的丙酸、丁酸轉(zhuǎn)化為甲烷菌可利用的乙酸、氫和二氧化碳。另外，還有耗氧產(chǎn)乙酸菌群，這種細(xì)菌群體利用氧和二氧化碳生產(chǎn)乙酸，還能代謝糖類(lèi)產(chǎn)生乙酸，它們能轉(zhuǎn)變多種有機(jī)物為乙酸。液化階段和產(chǎn)酸階段是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，統(tǒng)稱(chēng)不產(chǎn)甲烷階段。在這個(gè)過(guò)程中，不產(chǎn)甲烷的細(xì)菌種類(lèi)繁多，數(shù)量巨大，它們主要的作用是為產(chǎn)甲烷菌提供營(yíng)養(yǎng)和為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消除部分毒物。產(chǎn)甲烷：產(chǎn)甲烷菌群，利用以上以上兩步所分解轉(zhuǎn)化的小分子化合物等生成甲烷2、必備條件沼氣發(fā)酵是由多種細(xì)菌參加完成的，它們?cè)谡託獬刂羞M(jìn)行新陳代謝和生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，需要一定的生活動(dòng)條件，只有用人工為其創(chuàng)造適宜生產(chǎn)條件，才能使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼氣池內(nèi)的有機(jī)物分解。另一方面控制沼氣池內(nèi)發(fā)酵過(guò)程的正常運(yùn)行，也需要一定的條件。因此，只有滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)條件和沼氣池正常運(yùn)行條件，才能獲得產(chǎn)氣率大、有機(jī)沼肥提代多的效果。綜合起來(lái)，人工制取沼氣的基本條件是：沼氣細(xì)菌、發(fā)酵原理、發(fā)酵濃度、PH值、嚴(yán)格厭氧環(huán)境和適宜的溫度。沼氣細(xì)菌制取沼氣必須有沼氣細(xì)菌才行，這和發(fā)面需要有酵母菌一樣，如果沒(méi)有沼氣細(xì)菌作用，沼氣池內(nèi)的有機(jī)物本身是不會(huì)轉(zhuǎn)變的沼氣的，所以沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)要有足夠數(shù)量含優(yōu)良沼氣菌種的接種物，這是制取沼氣的重要條件。足夠的發(fā)酵原料沼氣發(fā)酵原料是產(chǎn)生沼氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，又是沼氣以酵細(xì)菌賴(lài)以生存的養(yǎng)粒亞源，因?yàn)檎託饧?xì)菌在沼氣池內(nèi)正常生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，必須從發(fā)酵原料里吸取充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如水分、碳素、氮素、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和生長(zhǎng)素等，用于生命活動(dòng)，成倍繁殖細(xì)菌和產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵原料濃度沼氣池中的料液在發(fā)酵過(guò)程中需要保持一定的濃度，才能正常產(chǎn)氣運(yùn)行，如果發(fā)酵料液中含水量過(guò)少，發(fā)酵原料過(guò)多，發(fā)酵液的濃度過(guò)大，產(chǎn)甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有機(jī)酸的大量積累，結(jié)果使發(fā)酵受到阻礙；如果水太多，發(fā)酵液的濃度過(guò)稀，有機(jī)物含量少，產(chǎn)氣量就小。所以沼氣池發(fā)酵液必須保持一定的濃度，根據(jù)實(shí)踐沼氣池一般采用6%—10%的發(fā)酵料液濃度較適宜，在這個(gè)范圍內(nèi)，沼氣的初始啟動(dòng)濃度要低一些便于啟動(dòng)。夏季和初秋池溫高，原料分解快，濃度可適當(dāng)?shù)鸵恍?；冬季、初春池溫低、原料分解慢發(fā)酵料液濃度保持在10%為宜。適當(dāng)?shù)乃釅A度沼氣發(fā)酵細(xì)菌最適宜的PH為6.8-7.5,6.4以下7.6以上都對(duì)產(chǎn)氣有抑制作用。如果PH在5.5以下，就是料液酸化的標(biāo)志，其產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)完全受到抑制。如沼氣初始啟動(dòng)時(shí)，投料濃度過(guò)高，接種物中的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量又不足，或者在沼氣池內(nèi)一次加入大量的雞糞、薯渣造成發(fā)酵料液濃度過(guò)高，都會(huì)因產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷的速度失調(diào)而引起揮發(fā)酸(乙酸、丙酸、丁酸)的積累導(dǎo)致PH下降。這是造成沼氣池啟動(dòng)失敗或運(yùn)行失常的主要原因。嚴(yán)格的厭氧環(huán)境

沼氣發(fā)酵中起主要作用的是厭氧分解菌和產(chǎn)甲烷菌。它們怕氧，在空氣中暴露幾秒鐘就會(huì)死亡，就是說(shuō)空氣中的氧氣對(duì)它們有毒害致死的作用。因此，嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是沼氣發(fā)酵的最主要條件之一。（6）適宜的溫度沼氣池內(nèi)發(fā)酵液的溫度，對(duì)產(chǎn)生沼氣的多少有很大影響，這是因?yàn)樵谧钸m宜的溫度范圍內(nèi)溫度越高，沼氣細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖越快、產(chǎn)沼氣就多。如果溫度不適宜，沼氣細(xì)菌生長(zhǎng)發(fā)育慢、產(chǎn)氣就少或不產(chǎn)氣。所以，溫度是生產(chǎn)沼氣的重要條件。一般說(shuō)沼氣細(xì)菌在8-60r范圍內(nèi)都能進(jìn)行發(fā)酵。人們把沼氣發(fā)酵劃分為三個(gè)發(fā)酵區(qū)，即常溫發(fā)酵區(qū)10—26°C，中溫發(fā)酵區(qū)28—38C，最適溫度為35C。（7）壓力范圍池內(nèi)正常工作壓力p<8000Pa，p<12000Pao采用浮罩貯氣者，可選p<4000Pa池內(nèi)正常工作壓力p<8000Pa，p<12000Pao（二）、發(fā)酵罐原理圖攪拌電機(jī)圖1發(fā)酵罐原理圖攪拌電機(jī)（三）、技術(shù)原理1、動(dòng)力源電機(jī)。電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。主要用于加物料、攪拌和排沼渣等。2、控制源——PLCo

PLC一可編程序控制器的縮寫(xiě)，是通過(guò)輸入輸出部分對(duì)各種裝置實(shí)施控制、內(nèi)置有可儲(chǔ)存編程指令的存儲(chǔ)器的電子裝置。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，用于控制各個(gè)模擬量。3、檢測(cè)裝置一一傳感元件傳感元件：是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”，它們的出現(xiàn)大大促進(jìn)了自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。4、操作裝置——HMI人機(jī)界面作為FA相關(guān)領(lǐng)域可編程序控制器的HMI(人機(jī)接口)設(shè)備。人機(jī)界面的畫(huà)面制作設(shè)定通過(guò)專(zhuān)用畫(huà)面設(shè)計(jì)軟件(GTDesigner2Version2或GTworks2Version2)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。在該軟件上可進(jìn)行畫(huà)面設(shè)計(jì)、或?qū)﹂_(kāi)關(guān)、指示燈的部件進(jìn)行設(shè)定。由于人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)操作的便捷，由于是用軟元件代替實(shí)物，所以提高了使用壽命！圖2圖2HMI工作接圖動(dòng)力支持裝置模擬量控制裝置操作裝置PLC、傳感器、檢測(cè)器等、計(jì)算機(jī)

三、項(xiàng)目實(shí)施方案（一）、產(chǎn)氣工作流程1、正常發(fā)酵廠加干料啟動(dòng)Y徉攪拌】41加水.>只要接種正常密封性良好，就

能產(chǎn)氣其中出料和攪拌是在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自行

動(dòng)作只要接種正常密封性良好，就

能產(chǎn)氣2、模擬參數(shù)小于下限溫度變化大于上限加水加蒸汽攪拌B、PH值變化大于上限加干料或酸小于下限加氨水或草攪拌（二）、電路圖模塊1、總電路圖設(shè)計(jì)，詳細(xì)見(jiàn)附件1和附件2。2、電氣元器件明細(xì)表代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注QF小型斷路器BH-D6C162個(gè)KM交流接觸器S-N10220VAC,9A1個(gè)可配4KW電機(jī)M電動(dòng)機(jī)60KTYZ220V/50HZ/14W2臺(tái)FU熔斷器配熔體1A2套HV1-HV4電磁閥2W-160-15DC244個(gè)PLC可編程控制器FX3U-32MR/ES-A1臺(tái)GOT觸摸屏GT1150-QBBD-C1臺(tái)SB按鈕2個(gè)MW開(kāi)關(guān)電源S-100-24一個(gè)SQ浮球液位開(kāi)關(guān)2個(gè)4通道模擬量輸入模塊FX3U-4AD1個(gè)4通道鉑電阻測(cè)溫模塊FX2N-4AD-PT24VDC一個(gè)

通信電纜FX-50DU-CABO1根用于GOT和PLC之間的數(shù)據(jù)通信USBUSB數(shù)據(jù)傳輸線一根用于GOT和PLC的程序下載及監(jiān)控ST1溫度傳感器1個(gè)KA小型繼電器RELECOER-CDC24V6個(gè)3、安裝與接線(1)安裝一一根據(jù)電路板的結(jié)構(gòu)，合理分配電器元件的安裝位置，讓整體布局看上去簡(jiǎn)潔而協(xié)調(diào)！布局圖如下：TX圖3原理布局圖(2)接線——根據(jù)安裝布局的形式，按照嚴(yán)格的接線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接線，杜絕線頭夾不緊、線路連接錯(cuò)誤等情況出現(xiàn)！(完整的接線圖見(jiàn)附件3)B)接線實(shí)物如圖4所示圖3實(shí)物接線圖2、PLC程序見(jiàn)附件41、程序軟主要元件列表輸入繼電器功能輸出繼電器功能X1液位上限Y0加干物料X3液位下限Y1攪拌內(nèi)部繼電器功能Y2PH值過(guò)低調(diào)劑M40自動(dòng)運(yùn)行Y3液體物料M50自動(dòng)停止Y4溫度過(guò)低通蒸汽Y5除沼渣

（四）HMI人機(jī)界面畫(huà)面的制作與設(shè)定1、畫(huà)面制作（1）、開(kāi)機(jī)畫(huà)面當(dāng)觸摸屏通電打開(kāi)的時(shí)候?qū)⒊尸F(xiàn)下面的畫(huà)面，通過(guò)窗口切換進(jìn)入主要運(yùn)行、調(diào)試及參數(shù)設(shè)定畫(huà)面。項(xiàng)目名稱(chēng)項(xiàng)目名稱(chēng)畫(huà)面切換（2）、自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面模擬實(shí)際發(fā)酵狀態(tài)，顯示各參數(shù)的變化情況，根據(jù)情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，達(dá)到正常狀況。啟動(dòng)停止參數(shù)顯示

(3)、設(shè)備調(diào)試畫(huà)面對(duì)每個(gè)控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)試對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行調(diào)試看是否能正常動(dòng)作(4)、參數(shù)調(diào)整畫(huà)面啟動(dòng)停止參數(shù)顯示(3)、設(shè)備調(diào)試畫(huà)面對(duì)每個(gè)控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)試參數(shù)設(shè)定每一個(gè)參數(shù)的變化，都會(huì)有一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程，通過(guò)下面的設(shè)計(jì)就可以模擬調(diào)節(jié)時(shí)間。根據(jù)具體情況也可以靈活的設(shè)定各個(gè)參數(shù)動(dòng)作時(shí)間。

參數(shù)設(shè)定（5）參數(shù)模擬換面參數(shù)模擬一一就是進(jìn)行手動(dòng)模擬參數(shù)變化，自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)的過(guò)程。模擬PH值變化的調(diào)節(jié)模擬溫度變化的調(diào)節(jié)（6）、調(diào)整參數(shù)后顯示窗口當(dāng)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)后觸摸屏將自動(dòng)顯示下面的對(duì)應(yīng)的窗口畫(huà)面，提示操作者，在進(jìn)行什么動(dòng)作，方便管理，也更直觀。（5）參數(shù)模擬換面參數(shù)模擬一一就是進(jìn)行手動(dòng)模擬參數(shù)變化，自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)的過(guò)程。模擬PH值變化的調(diào)節(jié)模擬溫度變化的調(diào)節(jié)（6）、調(diào)整參數(shù)后顯示窗口當(dāng)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)后觸摸屏將自動(dòng)顯示下面的對(duì)應(yīng)的窗口畫(huà)面，提示操作者，在進(jìn)行什么動(dòng)作，方便管理，也更直觀。加氨水

的動(dòng)作

顯示窗口加熱的動(dòng)作顯示窗口加物料調(diào)整PH值0T...n加水調(diào)節(jié)溫

度過(guò)高2、安裝0SGOT新設(shè)備必須安裝OS，否則設(shè)備不能工作。基本功能全部安裝；通訊驅(qū)動(dòng)程序選擇對(duì)應(yīng)相

應(yīng)的PLC類(lèi)型MELSEC-FX；擴(kuò)展功能選擇系統(tǒng)監(jiān)視；選項(xiàng)功能選擇配方和MELSEC-FX。3、PLC程序下載用FX-50DU-CABO通訊電纜將GOT和PLC連接起來(lái)。啟動(dòng)GXDeveloper軟件，打開(kāi)PLC程序后，將傳輸設(shè)置設(shè)為USB（GOT透明傳輸）后確認(rèn)，執(zhí)行PLC寫(xiě)入，將PLC程序（定時(shí)器測(cè)試梯形圖）傳送至PLC。4、工作下載一GOT：選擇基本畫(huà)面、公共設(shè)置、連接機(jī)器設(shè)置，然后點(diǎn)擊下載，即可將設(shè)計(jì)的畫(huà)面?zhèn)魉椭罣OT。（五）、模型設(shè)計(jì)實(shí)物圖及尺寸大小1、模型實(shí)物圖圖4模型實(shí)物圖圖5模型實(shí)物圖2、尺寸大小項(xiàng)目名稱(chēng)大型沼氣池智能管理系統(tǒng)設(shè)備尺寸（cm）重量（Kg）電壓（V）功率（W）用氣用水預(yù)估外包裝尺寸（cm）150*100*10075220500用自來(lái)水150*150*130四、項(xiàng)目總結(jié)（一）、優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，減少管理人員的工作量，提高了工作人員操作的安全性。2、能夠自動(dòng)調(diào)整產(chǎn)氣過(guò)程，產(chǎn)氣穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)沼氣池冬季產(chǎn)量不足、夏季產(chǎn)氣過(guò)旺浪費(fèi)過(guò)大的問(wèn)題，提高產(chǎn)氣效率！3、可以減輕大型養(yǎng)殖產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境壓