论文部分内容阅读
近年来，我国沼气工程建设成效显著，但控制水平不高，多采用人工手动控制，导致发酵过程不稳定，产气率不高。解决的方法是建立以先进控制方法与工业自动化装置为主体的计算机监测控制系统。目前，PLC作为一种通用的工业自动化设备，以其强大的功能被广泛应用于工业自动化控制各领域。工业组态软件为过程控制的实时数据处理与管理提供了软件平台。因此利用PLC和组态软件构建沼气工程自动控制系统将会极大提高厌氧发酵工艺自动控制水平，提高沼气工程厌氧发酵效果。本研究以沼气发酵系统为研究对象，在总结已有厌氧发酵控制技术及其研究现状的基础上，详细分析了两相厌氧发酵工艺，确定了系统控制参数和控制任务，利用模糊控制理论设计了厌氧发酵温度模糊控制器并进行了MATLAB仿真。设计了基于PLC和组态软件的厌氧发酵工艺自动控制系统。厌氧发酵工艺自动控制系统为两级监控系统，上位机采用研祥工控机并选用力控组态软件作为系统开发平台，开发了厌氧发酵工艺自动控制系统人机交互界面；下位机采用西门子S7-300系列PLC，配置了PS307（10A）电源模块、CPU313C-2DP、SM321/SM322DI/DO、SM331/SM332AI/AO等模块。使用STEP7V5.4编程软件设计了厌氧发酵工艺控制梯形图，实现了厌氧发酵现场设备的逻辑控制和发酵罐恒温模糊控制。基于PLC和力控组态软件的厌氧发酵工艺自动控制系统可实现功能如下：（1）发酵状态参数采集与处理。对发酵罐内物料液位、温度、pH值、氧化还原电位等发酵状态参数进行采集、处理与控制。（2）逻辑自动控制。通过逻辑控制和顺序控制实现所有厌氧发酵现场设备的动作以及设备之间的动作顺序地精确控制；（3）发酵过程实时监测与管理。通过上位机人机交互界面实现发酵参数的实时动态显示，实现监控生产、发酵参数设定与修改、手动/自动控制工作方式切换、实时数据查询等功能。（4）报表查询、打印和故障报警。通过数据库可随时调取历史数据，生成报表和打印。当发酵参数超出预设上下限时，系统将自动报警，提示操作人员排除故障。该厌氧发酵工艺自动控制系统已安装调试完毕，并已正式投料运行。运行结果表明：系统运行平稳可靠、操作简便，较好地满足了工艺提出的控制要求，保证了两相厌氧发酵环境，使各阶段菌系活性都得到明显提高，实现了快速、高效、稳定产气，达到了预期效果。