随着我国养殖畜牧业快速发展,养殖规模的不断增大,畜禽粪便的排放量在持续增加,给生态环境带来巨大压力。发酵是处理畜禽粪便的主要方法,用发酵罐发酵畜禽粪便不仅可以减少环境污染,还可以生产有机肥,实现绿色发展。传统的发酵罐操作复杂,且发酵的充分程度和有机肥质量依赖操作员的经验,单凭操作员很难进行精确控制。为了提高有机肥的质量,需要提高发酵过程的控制品质,温度和湿度是发酵过程中重要的过程参数,发酵罐内温度和湿度的控制是发酵过程中的一个重要环节,其控制精度直接影响到有机肥的质量。本文通过分析国内外发酵罐温湿度控制技术,研究基于PLC为核心的温湿度控制方法。以PLC为硬件平台,搭建人机交互界面,选用PID神经网络解耦算法,并结合BP神经网络控制策略,实现对发酵过程中温湿度的控制。本文完成的主要工作如下:(1)完成了有机肥发酵罐的总体方案设计。首先,介绍了发酵罐发酵的工艺流程,分析有机肥发酵罐构造及其各部分子系统工作原理;其次,通过分析其工作过程确定相应的控制要求,在此基础上完成硬件方案设计和软件方案设计,选取西门子S7-300 CPU315作为控制器,选取PT100为温度传感器、ES2-HB-N传感器为湿度传感器;第三,通过分析发酵罐发酵过程,推导容积为45m~3发酵罐的温湿度数学模型,并用阶跃响应法对模型参数进行辨识。(2)完成了温湿度解耦算法和控制策略的研究。发酵罐过程中温度和湿度间存在强耦合,控制难度比较大,需要进行解耦提高控制质量。首先,分析了前馈补偿解耦和PID神经网络解耦算法原理,通过仿真对比分析得出PID神经网络解耦响应时间快,能较大程度上减小温湿度间的耦合作用,前馈解耦虽然也能实现较好的解耦效果,但前提是需要知道被控对象精确的数学模型,而有机肥发酵罐温湿度数学模型难以建立,因此选择PID神经网络解耦算法进行解耦;其次,分析了传统PID控制与BP神经网络控制等控制算法的原理,并基于MATLAB仿真开发平台,在采用PID神经网络解耦算法的基础上,仿真验证传统PID控制和BP神经网络控制算法,结果表明在采用PID神经网络解耦算法基础上,BP神经网络控制算法响应时间快、超调小,输出最终达到稳态。(3)完成了发酵罐控制系统设计。根据发酵罐工艺要求和功能需求分析,确定了输入输出量,并完成了主电路和操作回路的设计;完成了PLC软件设计,包括主程序、初始化程序、数据采集子程序、温湿度控制算法子程序、故障与报警子程序和显示子程序等设计。(4)完成了有机肥发酵罐控制系统实验。首先,确定了发酵罐系统的加热和加湿装置;其次,完成了人机交互界面的设计,包括主界面、流程图界面、状态监控界面、温湿度曲线界面、参数设置界面等界面设计;再次,构建了HXC-FJJ02型号发酵罐系统,试制控制系统并对各模块单独地进行调试;最后,以牛粪为发酵物,进行了系统实验,并分析了实验结果,结果表明采用PID神经网络解耦和BP神经网络控制算法,能够满足系统设计要求。本文研究的发酵罐温湿度控制系统具有控制精度高、人机交互友好和成本低等优点,为畜牧业持续健康发展提供了保障,具有广泛的市场前景。