牛糞便好氧發(fā)酵堆肥工藝綜合控制解決方案

1、養(yǎng)殖場好氧發(fā)酵堆肥綜合解決方案北京瑞陽恒興科技有限公司2015年12月目錄1.前言12.污染性固體廢棄物好氧發(fā)酵堆肥工藝介紹及設(shè)計需求13.項目分析24.方案設(shè)計34.1.工藝組成34.2系統(tǒng)組成45.控制系統(tǒng)的組成55.1.系統(tǒng)的整體原理55.2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概述55.3.控制系統(tǒng)的特點55.4.通訊協(xié)議的可靠性65.5.系統(tǒng)的原理圖75.6.控制系統(tǒng)的實現(xiàn)的控制策略及功能的描述75.6.1.核心控制器的組成75.6.2.核心控制策略75.6.3.系統(tǒng)的I/O點數(shù)分布（單槽）145.6.4.系統(tǒng)的硬件組成（單槽）145.7.系統(tǒng)涉及的上位部分155.7.1.上位系統(tǒng)的組成155.7.2.上位軟件

2、的特點155.7.3.上位實現(xiàn)的功能175.7.4.上位系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)配置（推薦）175.7.5.調(diào)度室中的臭氣排放系統(tǒng)175.8系統(tǒng)涉及的儀表組成185.8.1測溫儀表185.8.2氧濃度檢測儀表206.發(fā)酵槽及曝氣通風(fēng)方案設(shè)計216.1.發(fā)酵槽設(shè)計216.2.通風(fēng)曝氣系統(tǒng)示意圖22好氧發(fā)酵堆肥工藝綜合解決方案 1. 前言隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展規(guī)模的逐年擴(kuò)大，養(yǎng)殖場產(chǎn)生的牲畜糞便及污物也不斷增加，牲畜糞便及污物做為養(yǎng)殖及深加工過程中的伴生物，具有含水率高、易腐爛、有惡臭、含有重雜質(zhì)和大量寄生蟲卵及病原微生物等特性。如果不加以處理，它造成的污染土地、孳生蚊蠅、傳播疾病等種種環(huán)境問題將日益顯現(xiàn)出來。

3、養(yǎng)殖場沒有污物穩(wěn)定化和無害化處理設(shè)施是普遍情況，顯然無法對污染性固體廢棄物進(jìn)行穩(wěn)定和消毒處理。大量生產(chǎn)污染性固體廢棄物直接外運填埋或堆放，不僅不符合國家頒布實施的城鎮(zhèn)污水處理廠污染性固體廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）的要求，而且占用大量土地，導(dǎo)致產(chǎn)生臭氣、蚊蠅、滲濾液等，并嚴(yán)重污染周圍環(huán)境和地下水。因此，在環(huán)境污染治理的同時迫切需要解決污染性固體廢棄物帶來的問題。特別要說明的是有些養(yǎng)殖場將生產(chǎn)污染性固體廢棄物外運直接作肥料使用，這樣做實際上是有害的。因為，污染性固體廢棄物在脫水前加入了一定量的聚丙烯酰胺等高分子絮凝劑，是便于污染性固體廢棄物濃縮脫水。但是污染性固體廢棄物的凝聚過程形

4、成了污染性固體廢棄物直接作肥料的不溶解缺陷，也就是污染性固體廢棄物難軟化，污染性固體廢棄物施用多了或久了可能使土地硬化板結(jié)或沙化。同時，未經(jīng)處理的污染性固體廢棄物直接施入農(nóng)田，污染性固體廢棄物中的重金屬（尤其是重金屬超標(biāo)的污染性固體廢棄物）、寄生蟲卵和病原微生物，都有潛在的毒害危險，可能導(dǎo)致農(nóng)作物和土壤嚴(yán)重污染和毒害，甚至影響人類的健康。2. 污染性固體廢棄物好氧發(fā)酵堆肥工藝介紹及設(shè)計需求污染性固體廢棄物是在各類廢水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)以及從污水表面撇出的殘渣等固體物質(zhì)，其中通常含有較大量的剩余活性污染性固體廢棄物。目前，國內(nèi)外較常見的污染性固體廢棄物處理與處置方法有土地利用、填埋、焚燒和

5、投海，后三種方法因環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)壓力而日益減少或受到禁止，土地利用則逐漸受到重視。但是污染性固體廢棄物中往往含有害成分，因此在土地利用之前，必須對污染性固體廢棄物進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化和減容化處理，如好氧與厭氧消化、堆肥化等，其中堆肥化處理是較多采用的一種方法。堆肥化是利用微生物作用，將不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)。堆肥過程可以使污染性固體廢棄物中揮發(fā)性物質(zhì)含量降低，臭味減小，物理性狀明顯改善(含水量降低、呈疏松、分散、粒狀) ，便于貯藏、運輸和使用；高溫堆肥還可殺滅堆料中的病原菌、蟲卵和草籽，堆肥產(chǎn)品可以作為土壤改良劑和植物營養(yǎng)源。一般認(rèn)為，污染性固體廢棄物堆肥過程的主要技術(shù)措施應(yīng)包括以

6、下幾個方面：1.2.2.1. 溫度控制溫度控制在發(fā)酵過程中起到至關(guān)重要的作用，溫度控制得好與壞，直接影響到發(fā)酵的效果及周期長短，根據(jù)環(huán)境特點，我們提出采用無線溫度測量系統(tǒng)，通過無線溫度測量系統(tǒng)與綜合控制系統(tǒng)的連接，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)與其他探測數(shù)據(jù)結(jié)合，經(jīng)過控制器控制算法的計算，實現(xiàn)自動控制通風(fēng)系統(tǒng)，真正實現(xiàn)全系統(tǒng)的自動化控制。2.2. 氧濃度控制氧在有氧發(fā)酵過程中是最主要的成分，氧濃度的高低，直接影響到發(fā)酵是否成功，在線式氧濃度監(jiān)測系統(tǒng)，使發(fā)酵堆肥的控制工藝達(dá)到最佳，有效保證了發(fā)酵始終處在最佳狀態(tài)。2.3. 調(diào)整堆料含水率通過調(diào)整堆料的成分（摻料）及水分含量實現(xiàn)對堆料濕度的調(diào)整，該過程中無線濕度探頭

7、及噴淋系統(tǒng)的有效結(jié)合，可以達(dá)到最佳的效果，該過程引入發(fā)酵堆肥整體過程控制系統(tǒng)當(dāng)中，結(jié)合溫、氧控制及通風(fēng)系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)更加完善有效。2.4. 建立合適的通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)是發(fā)酵過程中重要的工藝控制環(huán)節(jié)，系統(tǒng)有了有效的數(shù)據(jù)檢測環(huán)節(jié)，如果沒有良好的以上檢測數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，再好的指標(biāo)檢測也沒有意義的，只有實現(xiàn)了檢測與調(diào)節(jié)良好的配合，才能實現(xiàn)整個控制過程的最大效益。2.5. 填充料的選擇選擇好的填充材料，可以提高堆體的通風(fēng)效果及堆體的濕度，對有效的發(fā)酵會起到重要的作用。綜合以上因素，對于發(fā)酵堆肥系統(tǒng)來說,完善的數(shù)據(jù)采集和完善的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。3. 項目分析XX養(yǎng)殖場，具有X萬頭豬的養(yǎng)殖規(guī)模，養(yǎng)殖過程中

8、產(chǎn)生的豬糞及其它混合原料每天有含固量為X的豬糞X噸，應(yīng)該說固體廢棄物日產(chǎn)出量是很大的，為解決這些污染性固體廢棄物的二次污染問題，我們提出進(jìn)行好氧發(fā)酵堆肥的方式，充分發(fā)揮這些污染性固體物廢棄物富含有機(jī)質(zhì)的特點，將這些廢棄物發(fā)酵成有機(jī)肥，從而發(fā)揮其剩余的作用，并且達(dá)到全部無害化處理的目的。4. 方案設(shè)計根據(jù)以上分析，我們提出了以下發(fā)酵堆肥的工藝方案：1.2.3.4.4.1. 工藝組成根據(jù)污染性固體廢棄物的產(chǎn)出量，并考慮一定富裕量，結(jié)合這些污染性固體廢棄物的特點，采用以下工藝過程：整個過程包含：固液分離、混料、高溫發(fā)酵、陳化發(fā)酵、出肥，以及配套的工藝自動化控制等幾個階段組成。4.2系統(tǒng)組成根據(jù)以上工

9、藝流程，各階段所需的設(shè)備如下：混料階段：鏟車高溫發(fā)酵階段：發(fā)酵槽6個、鏟車通風(fēng)曝氣：風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、曝氣頭等工藝自動化控制系統(tǒng)：測量儀表、控制器、管理系統(tǒng)等5. 控制系統(tǒng)的組成1.2.3.4.5.5.1. 系統(tǒng)的整體原理5.2. 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概述控制系統(tǒng)采取開放、可靠的網(wǎng)絡(luò)形式來完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)控制的實現(xiàn)。根據(jù)我們多年的行業(yè)積累得到的經(jīng)驗，我們參看了目前工藝運行的需求，做出如下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計：網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。這個網(wǎng)絡(luò)采用性能可靠的工業(yè)以太網(wǎng)?？梢詫⑥k公網(wǎng)絡(luò)、自動控制網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)無縫結(jié)合到該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)“多網(wǎng)合一”。整個系統(tǒng)可承載的數(shù)據(jù)分成如下的幾個部分：1 工業(yè)控制數(shù)據(jù)2 采集

10、數(shù)據(jù)3 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS總線通訊該系統(tǒng)以通訊為背景,采用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和傳遞，采用多級的交換機(jī)將整個網(wǎng)絡(luò)組建起來。5.3. 控制系統(tǒng)的特點自動化控制系統(tǒng)是開放的控制系統(tǒng)，除了具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，還具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標(biāo)準(zhǔn)的對外通訊接口，以后可以任意擴(kuò)展控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過程實時數(shù)據(jù)、運行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實時信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。生產(chǎn)管理網(wǎng)：用于實現(xiàn)現(xiàn)場控制層的控制系統(tǒng)之間、現(xiàn)場控制層與操作監(jiān)控層之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸，采用工業(yè)以太網(wǎng)。生產(chǎn)控制網(wǎng)：用

11、于實現(xiàn)過程設(shè)備層與現(xiàn)場控制層之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸，采用現(xiàn)場總線的形式，現(xiàn)場總線采用MODBUS 國際通用的開放式現(xiàn)場總線，抗干擾性好，現(xiàn)場總線節(jié)點不少于64個節(jié)點，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，通訊速率為9.6K 12Mbps（自動調(diào)整）。5.4. 通訊協(xié)議的可靠性Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,

12、如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息,決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。5.5. 系統(tǒng)的原理圖5.6. 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)的控制策略及功能的描述1.2.3.4.5.5.1.5.2.5.3.5.4.5.5.5.6.5.6.1. 核心控制器的組成控制器采用本公司自主研發(fā)

13、的智能堆肥高端控制器及通訊模塊組成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過與其相連的儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制功能?？刂破髂芘c電氣控制柜及工藝配合實現(xiàn)自動控制，能夠安全啟停設(shè)備，實現(xiàn)最優(yōu)控制，達(dá)到高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)效果。5.6.2. 核心控制策略一、 實時數(shù)據(jù)采集根據(jù)污染性固體廢棄物堆肥控制系統(tǒng)的特點和工藝運行的要求，我們的采取的控制器具備良好的通訊接口，可以直接跟我們公司自己設(shè)計的溫度采集器進(jìn)行通訊，采取標(biāo)準(zhǔn)開放的通訊協(xié)議。保證了數(shù)據(jù)的可靠性、和實時性的傳遞。主要的數(shù)據(jù)包括采集以下幾個方面：溫度數(shù)據(jù)、氧氣濃度數(shù)據(jù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)、運行時間、閥門開關(guān)狀態(tài)以及閥門開度等

14、。A）溫度的采集溫度的采集主要是利用我們公司自主研發(fā)的溫度采集模塊來實現(xiàn)的，該模塊具備8路溫度采集通道，可以同時的采集8路溫度，精度在0.3。采集的數(shù)據(jù)可以在溫度模塊上來顯示，并且具備遠(yuǎn)程通訊端口支持可靠的工業(yè)通訊協(xié)議。利用該模塊以及提前根據(jù)工藝的要求在發(fā)酵槽內(nèi)布置的待測點，經(jīng)過實時的采集、運算，利用溫度采集模型的處理來把溫度精確在某特定的范圍來傳遞給相關(guān)的控制設(shè)備、控制設(shè)備對其采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行建立溫度模型并控制風(fēng)機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成相應(yīng)的控制策略。B）氧氣含量的測量氧氣的采集是根據(jù)工藝的情況和實際的位置來設(shè)計的，通過我們公司研發(fā)的針對堆肥行業(yè)的氧氣含量傳感器來測量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)傳遞給相關(guān)的控制器

15、來完成堆料中氧氣模型的建立，這對堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的階段性控制起到很重要的作用，可以說直接決定堆肥的周期與堆肥的質(zhì)量。二、堆肥系統(tǒng)的控制策略-主要是實現(xiàn)通風(fēng)的控制1堆肥通風(fēng)系統(tǒng)通常的情況下是強制通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種模式，這個通風(fēng)的過程中也包括定期翻堆。其中根據(jù)我們目前的實際情況來看強制通風(fēng)占到了很大的比例。采用強制通風(fēng)的好氧堆肥體系對有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化速度快、堆肥周期短。一般一次發(fā)酵時間為20天左右,二次發(fā)酵(即后熟期) 在1030 天便可完成。具有通風(fēng)設(shè)備的好氧堆肥系統(tǒng)堆溫高,可以殺滅病原體、蟲卵和植物種子,使堆肥達(dá)到無害化。而沒有通風(fēng)系統(tǒng)的堆肥體系對有機(jī)物分解比較緩慢,堆肥周期長,占地面積大,還易

16、產(chǎn)生惡臭。不同通風(fēng)方式對固定垛堆肥系統(tǒng)的影響,其結(jié)果列于表1（國外案例實驗結(jié)果）表1 自然通風(fēng)和強制通風(fēng)在堆肥過程中的溫度變化特點(比較)溫度特點自然通風(fēng)強制通風(fēng)溫度到達(dá)55 度時間(天)67溫度降到15 度時間(天)62. 2545. 25溫度峰值(度)58. 457. 5溫度到達(dá)峰值時間(天)98升溫速率d TPd t (度P天)3. 74降溫速率- d TPd t (度P天)0. 831. 1項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)通風(fēng)量控制： 好氧堆肥化過程實際上是微生物發(fā)酵過程，依靠自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，在人為控制的條件下，促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程。有機(jī)

17、物的微生物好氧發(fā)酵過程可用下式表示： C、H、O、N、S、P+OCO+NO+SO+簡單有機(jī)物更多的微生物熱量影響污染性固體廢棄物好氧堆肥化的因素很多，通風(fēng)供氧、堆料含水率、溫度、有機(jī)質(zhì)含量、顆粒度、碳氮比、碳磷比、pH值等。其中通風(fēng)供氧是好氧堆肥化生產(chǎn)的基本條件之一，只有充足的氧氣是保證好氧微生物群體繁殖發(fā)育。通風(fēng)中需氧量主要決定于堆肥原料有機(jī)物含量、揮發(fā)度、可降解系數(shù)等，即堆肥過程中的需氧量取決于碳被氧化的量。通風(fēng)除了供氧之外，還有降低水分和調(diào)節(jié)溫度的作用，通風(fēng)過程中不飽和的熱空氣帶走水蒸氣，干化物料。干化的發(fā)生是氧化作用的一部分，也是堆肥化過程取得的重要收益。在高溫堆肥化后期，堆體排出廢氣

18、溫度較高，容納水氣量將隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加，可從堆肥中帶走大量水分。通風(fēng)供氧與帶走水氣兩者是有關(guān)聯(lián)的，但完成兩種目的所需空氣量不同。通風(fēng)的另一作用是從堆肥系統(tǒng)向外散熱，這對堆體溫度的調(diào)節(jié)，以防止過高的溫度造成細(xì)菌生物活動受到抑制甚至死亡，從而影響堆肥效果。針對不同階段適當(dāng)?shù)耐L(fēng)對堆體有著供氧，散熱、出水份的作用，但當(dāng)風(fēng)量過大時，會帶了溫度不易升高，反應(yīng)時間加長，帶出反應(yīng)的中間產(chǎn)物有害氣體等不良作用。另外，堆體中氧氣含量的變化直接反映了堆肥中微生物耗氧速率的快慢和堆肥中有機(jī)物降解情況，耗氧速率是判斷堆肥是否進(jìn)行完全的重要參數(shù)。好氧堆肥的過程好氧堆肥化從堆積到腐熟的微生物化過程比較復(fù)雜，初步將

19、堆肥過程大致分為以下四個階段，在不同的階段，堆體對通風(fēng)量的需求如下表所述：序號階段名稱溫度變化需要時間對通風(fēng)需求描述主要作用需求量備注1堆肥起爆期室溫升至301236h供氧盡量小防止風(fēng)量大帶走熱量2快速升溫期30升至60±53654h供氧小防止風(fēng)量大帶走熱量3高溫持續(xù)期維持60±5144240h控溫后期去水大不厭氧情況下控制溫度4脫水期60±5降至室溫4896h去水大降溫去水這個表雖然定性地描述了不同階段的通風(fēng)作用，但沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來確定控制過程，這還不足以轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)的算法語言，另一方面，堆肥是一個因地制宜的過程，與當(dāng)?shù)貧夂?，污染性固體廢棄物成分、菌群種類等都

20、有一定關(guān)系，為了能夠以最優(yōu)化的通風(fēng)來滿足堆體的反應(yīng)需求，優(yōu)化處理效果（堆肥有較高的腐熟度），縮短反應(yīng)時間，減少設(shè)備能耗。我們有必要利用國際和國內(nèi)的科研成果，建立一套數(shù)學(xué)模型，來對堆肥反應(yīng)過程進(jìn)行描述，并用實驗的方法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，以求得在堆料含水率，溫度、有機(jī)質(zhì)含量、顆粒度、碳氮比、碳磷比、pH值等大致一定的情況下，環(huán)境溫室度的變化對堆體通風(fēng)量是一個怎樣的關(guān)系，從而得出一套控制算法，保證堆肥以最優(yōu)的方式進(jìn)行。經(jīng)過工程經(jīng)驗，針對以往大量工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，我們根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)的各項指標(biāo)參數(shù)（管徑大小、管道長短等）以及建立起的溫度模型及氧氣模型，建立起一套一次發(fā)酵的數(shù)學(xué)模型。基本數(shù)學(xué)模型如下： T

21、0 環(huán)境溫度( ) ；T 發(fā)酵溫度( ) ；t 發(fā)酵時間(天)；K ,B1 ,B2 為回歸系數(shù)。式中的Ct 為每天每kg 干固體中剩余可降解有機(jī)物參與氧化反應(yīng)所要消耗的氧量,t 為時間,Q 為氣量。該式描述了消化污染性固體廢棄物堆肥過程中可降解有機(jī)物的降解規(guī)律,可用作模擬消化污染性固體廢棄物堆肥過程的計算機(jī)動力學(xué)模型,通過模擬獲得堆肥供氣系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)數(shù)據(jù)。 一次發(fā)酵曲線模型通過該數(shù)學(xué)模型能夠很好的通過我們的控制系統(tǒng)來控制整套發(fā)酵系統(tǒng)的自動化發(fā)酵過程，達(dá)到堆肥發(fā)酵的最優(yōu)控制，保證堆肥質(zhì)量、減小堆肥發(fā)酵周期、節(jié)省人力物力資源。控制軟件作為控制系統(tǒng)的大腦，是本次工程的核心，由于污染性固體廢棄物好氧

22、堆肥系統(tǒng)國內(nèi)成熟案例不多和它因地制宜的兩個特點，決定了本次項目的控制算法必須是就地開發(fā)的，根據(jù)控制的輸入和輸出量，參考國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料，我們設(shè)計了單堆體軟件的控制邏輯。該控制思想在模擬狀態(tài)下，曾成功地實現(xiàn)了對溫度和含氧量的控制。從軟件結(jié)構(gòu)圖中可以看出，我們需要知道：不同階段堆體氧濃度的最低值既a，b、c、d四個參數(shù)，各個階段最合適的控制溫度，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也就是間隙通風(fēng)的時間。其實所有的這些值根據(jù)國內(nèi)外的文獻(xiàn)記載和工藝要求，都可以初步定出，a，b、c、d氧濃度值根據(jù)國內(nèi)文獻(xiàn)記載，大約在5%15%左右；各個階段合適的溫度我們將配合項目的工藝技術(shù)人員，結(jié)合通風(fēng)調(diào)試過程，一起來確定；風(fēng)機(jī)按照要求是盡量柔

23、和緩慢均勻通風(fēng)。按照建設(shè)部頒發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程()，“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的風(fēng)量宜為每立方米垃圾/；風(fēng)壓可按堆層每升高m增加選取。通風(fēng)次數(shù)和時間應(yīng)保證發(fā)酵在最適宜條件下進(jìn)行”，這些定性的參考值，使得堆肥過程不再神秘，有章可循，有法可依，也為我們項目的調(diào)試打下了基礎(chǔ)，節(jié)省了時間，我們認(rèn)為作為一個有著較強技術(shù)實力的工程公司，我們完全有能力和信心做好本項目。同時，對于具體這些值最合理的確定，還是我們需要下大力氣，在現(xiàn)場調(diào)試時需要做的工作。我們將和業(yè)主有關(guān)人員一起，先按照理論計算出的各個反應(yīng)階段的需氧量結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)給出的需氧量的經(jīng)驗值，對系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)，通風(fēng)時按照均勻柔和節(jié)能保護(hù)設(shè)備

24、的原則，根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力流量關(guān)系曲線，變頻器較高效率的變頻范圍，確定合適的通風(fēng)轉(zhuǎn)速和通風(fēng)時間。然后對堆肥后的污染性固體廢棄物的腐熟度，堆體堆肥反應(yīng)的均勻性、有機(jī)物含量進(jìn)行檢測或化驗室檢驗，并將這些結(jié)果進(jìn)行分析和輸入數(shù)學(xué)模型結(jié)算，然后調(diào)整通風(fēng)量，如此反復(fù)試驗，直至找到控制參數(shù)為止。在保證一次發(fā)酵順利穩(wěn)定的運行情況下，我們在具體的發(fā)酵階段中采用以下不同的控制方法來滿足堆肥發(fā)酵不同階段的最優(yōu)控制。1）時間控制法時間控制法可分間歇通風(fēng)。間歇式堆肥操作的氣量控制實際上是控制溫度,使其處于堆肥的最佳溫度范圍并予以保持。而通風(fēng)速率又可采用恒定和變化的兩種,在堆肥的過程中,最好采用變化的通風(fēng)速率。間歇式堆

25、肥過程的氣量控制可分為三個階段:第一階段通氣量應(yīng)盡量小,以保證在好氧條件的前提下使氣體對堆肥的冷卻作用最小,使堆溫盡快達(dá)到最佳溫度范圍55 - 60 度; 第二階段,應(yīng)加大通氣量,使反應(yīng)熱和散熱量持平,以控制堆溫不至過高;第三階段,反應(yīng)速率因有機(jī)物含量的減少而下降,無法產(chǎn)生足夠熱量以維持最佳堆溫,溫度開始降低,最好逐漸減小氣量。2）溫度反饋控制法在生產(chǎn)實際中,往往通過溫度- 供氣反饋系統(tǒng)來完成溫度的自動控制。堆肥作為一種生物反應(yīng)系統(tǒng),是與非生物系統(tǒng)有差別的。對于非生物系統(tǒng)而言,反應(yīng)速度直接與溫度相關(guān),一般情況下,溫度越高,反應(yīng)速度越快。然而,靠酶催化進(jìn)行的堆肥生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng),則只在某些限度范

26、圍內(nèi)與溫度正相關(guān),當(dāng)超過60 度時,溫度若再增高,反應(yīng)速度反而迅速衰退。當(dāng)溫度超過6570 度時,進(jìn)入孢子形成階段,因為孢子為非活動狀態(tài),使有機(jī)物的分解速度相應(yīng)變慢。此外,在此溫度范圍內(nèi),形成的孢子再發(fā)芽繁殖的可能性也很小。所以高溫堆肥溫度最好控制在5560 度左右。當(dāng)溫度達(dá)到60 度時,通過溫度- 供氣反饋裝置啟動鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng),以降低堆溫;當(dāng)溫度低于60 度時,停止鼓風(fēng),讓堆溫上升;如此反復(fù),使堆溫始終保持在60 度左右。這也是去除過多水分的有效方法。3）耗氧速率控制法 耗氧速率可作為好氧微生物分解和轉(zhuǎn)化有機(jī)物速率的標(biāo)志。在污染性固體廢棄物堆肥過程中,單位時間內(nèi)被分解和轉(zhuǎn)化的有機(jī)物越多,微

27、生物的耗氧速率亦越大,這時就需要加大通氣量。堆料孔隙中氧濃度大于10 %時,耗氧速率不變,即微生物的活動正常;當(dāng)氧濃度低于10 %時,氧的擴(kuò)散動力降低,傳遞速度變慢,由此降低了提供給好氧微生物進(jìn)行生化反應(yīng)所必須的氧,這將影響到微生物的正常活動,使其分解有機(jī)物的速度變慢,氧濃度越低,這種影響就越大。所以,為提高堆肥速率,應(yīng)保證足夠的氧濃度,以縮短堆肥發(fā)酵的周期。4）綜合控制法 綜合以上各種控制方式，取長補短，采用綜合控制方式將有效提高控制系統(tǒng)的的最大價值，提高堆肥效率，將溫度傳感器及氧氣傳感器等測得的數(shù)據(jù)連續(xù)輸入控制器,經(jīng)過程序加工處理后,來反饋控制鼓風(fēng)機(jī)的運行?？蓪囟瓤刂品ê秃难跛俾士刂品ㄓ?/p>

28、機(jī)地結(jié)合起來,保持最佳的堆溫和氧含量,當(dāng)氧濃度控制在15 %左右時,可保證在整個堆肥過程中堆溫不會超過70度,水分含量逐漸降低,獲得滿意的衛(wèi)生學(xué)效果和合格的堆肥產(chǎn)品,并實現(xiàn)堆肥通風(fēng)系統(tǒng)的完全自動化控制。2臭氣控制系統(tǒng)堆肥發(fā)酵車間內(nèi)，由于發(fā)酵過程中會產(chǎn)生很多氨氣等有害氣體，由此造成對人體及周圍環(huán)境的的危害，環(huán)境的污染及人體的危害，使我們清醒的認(rèn)識到在處理污染性固體廢棄物的同時，也要避免二次污染的產(chǎn)生。因此在污染性固體廢棄物堆肥發(fā)酵過程中臭氣污染的治理是一個重要的環(huán)節(jié)。采取的控制策略是根據(jù)我們公司自己研發(fā)的相關(guān)氣體的傳感器，通過一定的信號形式采集到控制器中，通過控制器的運算以及結(jié)合目前的實際情況來

29、對排氣的風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動和停止的控制。5.6.3. 系統(tǒng)的I/O點數(shù)分布（單槽）輸入、輸出、通訊類型單位輸入模擬量輸入AI點數(shù)字量輸入DI點輸出數(shù)字量輸出DO點模擬量輸出點通訊RS485個RJ45個輸入、輸出點數(shù)合計(不含通訊接口數(shù)量)個5.6.4. 系統(tǒng)的硬件組成（單槽）序號設(shè)備名稱型號品牌單位1智能堆肥控制器BRET-CC100A瑞陽恒興個1測量儀表瑞陽恒興批5.7. 系統(tǒng)涉及的上位部分污染性固體廢棄物堆肥發(fā)酵自動控制系統(tǒng)注重于節(jié)省勞動力，提高生產(chǎn)的效率和技術(shù)水平，實現(xiàn)溫度、氧濃度的測量記錄和調(diào)節(jié)的自動化控制，實現(xiàn)溫度控制、氧濃度控制和堆料含水率的調(diào)整的結(jié)合。從而大幅度提高污染性固體廢棄物堆肥

30、生產(chǎn)的技術(shù)水平，協(xié)助推進(jìn)污染性固體廢棄物堆肥系統(tǒng)的高效、高產(chǎn)。1.2.3.4.5.5.1.5.2.5.3.5.4.5.5.5.6.5.7.5.7.1. 上位系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)服務(wù)器，操作員站、工程師站、通訊網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)交換機(jī)、防火墻、打印機(jī)、UPS電源等組成。對規(guī)模較小的可以不設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器，由工程師站兼數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能。5.7.2. 上位軟件的特點使用1-2套組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，開發(fā)系統(tǒng)是一個集成的開發(fā)環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面、分析曲線、報表生成，定義變量、編制動作腳本等，同時可以配置各種系統(tǒng)參數(shù)等。最好用“組態(tài)”在這里完成，運行系統(tǒng)將開發(fā)完的系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行，完成計算機(jī)監(jiān)控的過程。開發(fā)人員可以在開

31、發(fā)環(huán)境中完成監(jiān)控界面的設(shè)計、動畫連接的定義、數(shù)據(jù)庫的配置等。開發(fā)系統(tǒng)可以方便的生成各種復(fù)雜生動的畫面，可以逼真的反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)。組態(tài)軟件經(jīng)過二次開發(fā)，可以實現(xiàn)以下多種功能：1動態(tài)圖形及實時數(shù)據(jù)顯示在上位監(jiān)控管理計算機(jī)彩色顯示器上，動態(tài)實時顯示溫室內(nèi)的參數(shù)等各主要工藝設(shè)備的運行狀態(tài)、溫度、氧氣等過程控制的運行趨勢的生產(chǎn)運行情況，能從總圖詳圖多層次監(jiān)測。2報警處理計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)配置了故障處理專家系統(tǒng)軟件，通過預(yù)裝的專家系統(tǒng)得到故障原因的詳細(xì)資料及排除故障的對策。在任何時間和在任何顯示上工作站都能在畫面頂部或底部顯示出總的報警信息，操作人員點擊該報警信息可以快速地調(diào)出與本報警有關(guān)的畫面，該畫面可以顯示出

32、故障原因的詳細(xì)資料及排除故障的對策。所有的報警信號都以時間先后排隊，該隊可以在畫面上顯示并存貯在內(nèi)存內(nèi)。在任何時間該隊列在畫面上保留最新的128個報警點，發(fā)生事件報警時候相關(guān)的信息發(fā)布以及報警鈴聲、報警事件的確認(rèn)；查詢和存儲功能及相關(guān)設(shè)定報警點的修改。3歷史數(shù)據(jù)的存檔所有收集的實時數(shù)據(jù)都按類型、名稱、屬性分類，按時序依次存檔，可以保存一年的歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的永久保存是寫入光盤。歷史數(shù)據(jù)的采樣周期在1秒鐘到1小時內(nèi)可調(diào)。4事件檢索操作員可在“事件檢索”的視窗中按事件類別名稱、對象名稱、事件起始至截止的日期和時間及對象編號展品時序進(jìn)行檢索。5事件記錄存檔事件庫中具有足夠的容量存放事件登錄，事件登

33、錄每天以數(shù)據(jù)文件形式入庫，盤區(qū)存滿后通知操作員移出另外存檔。6 報表產(chǎn)生與打印工作站接收各溫室提供的帶時標(biāo)的數(shù)據(jù)，并儲存于計算機(jī)硬盤作為編輯報表的基礎(chǔ)。根據(jù)實際輸入信號，制作出班、日、月、年報表。報表可按照標(biāo)準(zhǔn)格式或用戶需要的格式打印。5.7.3. 上位實現(xiàn)的功能第一類是管理功能：即工藝流程實時動態(tài)圖，提供清晰、友善的人機(jī)界面，生動形象地反映工藝流程、和實時數(shù)據(jù)，完成報警歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢曲線的儲存、顯示和查詢/生成、打印各類生產(chǎn)運行管理報表。第二類是對控制站（PLC）的控制功能：即在基于圖形和中文菜單的方式上，操作人員在中控室上位監(jiān)控管理計算機(jī)控制系統(tǒng)站通過鍵盤或鼠標(biāo)在線修改PLC控制站內(nèi)各

34、控制回路的主要參數(shù)。第三類功能是通訊功能：具有強大的網(wǎng)絡(luò)支持功能，控制室上位監(jiān)控管理計算機(jī)系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，例如：可與其他現(xiàn)場控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通訊；可與公司遠(yuǎn)端調(diào)度系統(tǒng)通過OPC或GPRS進(jìn)行通訊等。第四類功能是操作性能強，簡單方便，容易上手，可以自己進(jìn)行相關(guān)的二次開發(fā)，詳細(xì)的工程和相關(guān)數(shù)據(jù)備份恢復(fù)功能，支持在線式的修改特性，提供了管理權(quán)限及運行記錄功能強大的數(shù)據(jù)庫連接和查詢記錄修改能功能以及可以連接標(biāo)準(zhǔn)的OPC軟件的功能。5.7.4. 上位系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)配置（推薦）序號設(shè)備名稱型號品牌單位1工控機(jī)臺2顯示器臺3交換機(jī)臺4智能管理平臺V2.1瑞陽恒興套5.7.5. 調(diào)度室中的臭氣排放

35、系統(tǒng) 根據(jù)我們多年的行業(yè)經(jīng)驗來看，我們建議在調(diào)度中心采取臭氣監(jiān)控系統(tǒng)，并配備小型的排風(fēng)系統(tǒng)，這樣就很方便的維護(hù)人們正常的工作環(huán)境，必要的時候可以采取強制的通風(fēng)來完成操作人員的工作環(huán)境，該系統(tǒng)本著節(jié)能和合理利用資源的條件下來實現(xiàn)的。5.8系統(tǒng)涉及的儀表組成5.1.5.2.5.3.5.4.5.5.5.6.5.7.5.8.1測溫儀表數(shù)顯溫度探桿（BERT-T2000-P）是我公司針對新興的堆料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)設(shè)計的便攜式堆料專用溫度探測器，它是采用分層、分段采集、可就地顯示數(shù)據(jù)的一套溫度探測設(shè)備，該探測器一次性可以監(jiān)測三個測溫點（上、中、下），使用方便靈活。見下圖： 數(shù)顯溫度探桿（BERT-T2000-P）集合了溫度探桿（BRET-T2000-W）的以高性能處理器為核心，集保護(hù)、測