一种沼气发酵环境在线监控预警系统的制作方法

本发明涉及一种沼气发酵的监控系统，属于沼气能源安全监测技术领域。

背景技术：

能源紧张和环境污染是如今全球直接面临的两大问题，而我国是能源消耗大国，煤的消耗量逐年增长，己经越来越不能满足需求。我国正处在经济高速稳定发展的关键阶段，能源短缺肯定影响我国经济稳速发展的步伐，同时全球气候变暖和大气污染日益严重：禽畜粪便污染、工业废水、城市垃圾、生活污水等。因此，寻求能源发展的新机遇，缓解能源短缺现象，解决能源消耗带来的环境污染，是我国亟待解决的问题。

沼气是在严格的厌氧条件下，有机物经微生物的代谢发酵作用而生成的一种可燃气体，作为一种无污染可再生的生物质燃料，不仅可代替煤资源缓解国家能源消耗，而且可减少二氧化碳、二氧化硫的排放，有效控制环境污染问题。

沼气工程技术应用于工业有机废水、城市有机垃圾、禽畜粪便、生活污水、秸秆焚烧，能够将生物质废弃物得到最彻底的利用，是我国可持续发展的重要内容之一，越来越得到国家的重视。

在国家政策的大力支持下，以沼气为模型的各类型能源生态模式和工程技术得到了充分的发展。据农业部不完全统计，至2008年底，全国农村沼气池增长到3049万户，年平均增长29.1％。至2011年底，我国已有3690余处大中型沼气工程(日产沼气量规模在以上)和24000余处小型沼气工程(日产沼气量规模在500m³以下)。目前年产沼气量折合标准煤2500万t，二氧化碳可减少排放5000万t。

沼气产业是一个方兴未艾的朝阳产业，但是产业刚刚形成，还存在很多问题，尤其是沼气工程在生产运行中的控制问题，主要表现在以下几个方面：

(1)沼气工程的预警手段不健全；

(2)沼气工程的监测方法相对落后，运行过程中的数据不能实时记录和统计，导致劳动力、原材料浪费；

(3)沼气工作信息化流程不健全；

(4)沼气工程的安全评估不完善；

(5)专业技术人员匮乏。

因此，沼气工程运行的智能监控与管理已成为发展沼气产业的必要措施。随着科学技术的进步和工业自动化水平的不断提到，利用传感器对发酵参数进行自动检测、利用plc和计算机构建厌氧发酵工艺自动控制系统，对于提高控制精度、提高池容产气率，降低劳动强度具有重要意义，也是未来大型沼气工程技术的发展趋势。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中上述的不足，提供了一种沼气发酵环境在线监控预警系统。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种沼气发酵环境在线监控预警系统，包括沼气发酵装置、防爆摄像头、激光器、探头、光谱仪、温度传感器、ph传感器、信息计算处理单元、控制单元、远程监控单元和预警信号发出单元，沼气发酵装置的顶端安装有防爆摄像头，沼气发酵装置的一端侧壁上具有温度传感器和ph传感器，沼气发酵装置的另一端侧壁上安装有激光器、探头和光谱仪，探头与沼气发酵装置内部连通，光谱仪用于接收透射光谱，所述的防爆摄像头、温度传感器、ph传感器和光谱仪均通过电缆与信息计算处理单元连接，信息计算处理单元分别与控制单元、远程监控单元和预警信号发出单元连接。

优选的：沼气发酵环境在线监控预警系统具有两级ph预警功能，其中一级ph预警时，ph传感器设定的一级ph阈值为：6.9＞ph≥6.7；二级ph预警时，ph传感器设定的二级ph阈值为：6.7＞ph。

优选的：所述的温度传感器用于探测沼气发酵装置内温度，当沼气发酵装置内温度低于温度传感器设定值±3℃时，温度传感器采集信息通过信息计算处理单元传递给预警信号发出单元，预警信号发出单元发出一级温度预警；当沼气发酵装置内温度低于温度传感器设定值±6℃时，温度传感器采集信息通过信息计算处理单元传递给预警信号发出单元，预警信号发出单元发出二级温度预警。

优选的：所述的信息计算处理单元与远程监控单元通过远程模块实现移动4g网络连接。

优选的：所述的信息计算处理单元包括cpu、通讯模块、模拟输入\输出模块和数字量输入\输出模块。

优选的：所述的控制单元包括空气开关、交流接触器、继电器、热继电器、变频器、搅拌电机、增温单元和保温单元。

优选的：所述的远程监控单元包括工业远程模块和计算机。

优选的：所述的预警信号发出单元包括液晶显示屏和蜂鸣器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，能够实现了对沼气发酵装置中沼气浓度、温度和ph值的信息采集，并结合智能终端通过信息计算处理单元分别与控制单元、远程监控单元和预警信号发出单元进行通信，实时检查安装有预警装置的沼气发酵装置的沼气发酵程度信息，具有通信距离长、功耗低、数据实时采集、有益效果显著和便于推广应用的优点。

2、本发明通过过传感器节点采集的数据与控制技术相互结合，实现了对沼气池环境信息的有效监测和控制，同时传送到服务器，用户可通过网络途径查看，使管理和工作模式更加高度智能化、人性化和安全化。

附图说明

图1是一种沼气发酵环境在线监控预警系统的连接关系图；

图中：1-沼气发酵装置，2-防爆摄像头，3-激光器，4-探头，5-光谱仪，6-温度传感器，7-ph传感器，8-信息计算处理单元，9-控制单元，10-远程监控单元，11-预警信号发出单元。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，包括沼气发酵装置1、防爆摄像头2、激光器3、探头4、光谱仪5、温度传感器6、ph传感器7、信息计算处理单元8、控制单元9、远程监控单元10和预警信号发出单元11，沼气发酵装置1的顶端安装有防爆摄像头2，沼气发酵装置1的一端侧壁上具有温度传感器6和ph传感器7，沼气发酵装置1的另一端侧壁上安装有激光器3、探头4和光谱仪5，探头4与沼气发酵装置1内部连通，光谱仪5用于接收透射光谱，所述的防爆摄像头2、温度传感器6、ph传感器7和光谱仪5均通过电缆与信息计算处理单元8连接，信息计算处理单元8分别与控制单元9、远程监控单元10和预警信号发出单元11连接，其中，温度传感器6的型号是：北京星仪：cwdz15；防暴摄像头2的型号是：rfmc-ex；ph传感器7的型号是：mik-ph6.0在线ph计；沼气发酵装置是沼气发酵罐；激光器3是hl-2000钨灯光源；探头4是：fb150d光纤探头，长度1.5m配光纤准直镜；光谱仪5的型号是：eu2000+快速光谱分析仪；光谱仪5与探测器的探头4位于同一直线上，主要用于检测挥发性脂肪酸等生化指标；

1、防暴摄像头2与信息计算处理单元连接8，当摄像头判断出发酵液面结壳的时候，将会通过显示屏、蜂鸣器发出警报信号，同时信息计算处理单元将会向控制单元发出指令，将延长搅拌电机搅拌时间；

2、信息计算处理单元与远程监控系统通过工业远程模块，实现移动4g网络连接。

3、温度传感器与信息计算单元连接，当出现一级预警的时候，仅会通过显示屏发出警报信号；当出现二级预警的时候，将会通过显示屏、蜂鸣器发出警报信号，同时信息计算处理单元将会向控制单元发出指令，通过增温保温单元增加或降低温度。

4、ph传感器与信息计算单元连接，当出现一级预警的时候，仅会通过显示屏发出警报信号；当出现二级预警的时候，将会通过显示屏、蜂鸣器发出警报信号。

5、光源发出的光经过探头，射向发酵沼液，光谱仪将会接收透射光谱，并将信号传至信息计算处理单元。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，沼气发酵环境在线监控预警系统具有两级预警功能，其中一级预警时，ph传感器7设定的一级ph阈值为：6.9＞ph≥6.7；二级预警时，ph传感器7设定的二级ph阈值为：6.7＞ph。如此设置，ph值是沼气发酵过程中非常重要的参量，沼气发酵液的ph值对沼气的顺利产出和质量有着至关重要的影响。沼气生产不仅对沼气池、温度、湿度、碳氮比有一定要求，对原料发酵的酸碱度(ph值)也有一定的要求，酸碱度(ph值)过大或过小，沼气都不能正常产出，沼气产生最适宜的酸碱度(ph值)是6.8-7.5之间，通过设定相应的酸碱度报警，能够更科学的确保沼气发酵环境，同时通过测定酸碱度值也能间接验收沼气发酵装置是否出现漏水漏气现象。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的温度传感器6用于探测沼气发酵装置1内温度，当沼气发酵装置1内温度低于温度传感器6设定值±3℃时，温度传感器6采集信息通过信息计算处理单元8传递给预警信号发出单元11，预警信号发出单元11发出一级温度预警；当沼气发酵装置1内温度低于温度传感器6设定值±6℃时，温度传感器6采集信息通过信息计算处理单元8传递给预警信号发出单元11，预警信号发出单元11发出二级温度预警。如此设置，如果(温度传感器-3℃)低于发酵反应器最低温度要求或(温度传感器+3℃)高于发酵反应器最高温度要求，将发出一级预警，提醒运行人员；如果(温度传感器-6℃)低于发酵反应器最低温度要求或(温度传感器+6℃)高于发酵反应器最高温度要求，将发出二级预警，提醒运行人员，并通过控制单元启动紧急措施。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的信息计算处理单元8与远程监控单元10通过远程模块实现移动4g网络连接。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的信息计算处理单元8包括cpu、通讯模块、模拟输入\输出模块和数字量输入\输出模块。如此设置，cpu的型号为simatics7-200smartcpusr60)、通讯模块的型号为：s7-200smartsr/st、模拟输入\输出模块的型号为emae06、数字量输入\输出模块的型号为sbdt04。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的控制单元9包括空气开关、交流接触器、继电器、热继电器、变频器、搅拌电机、增温单元和保温单元；其中变频器的型号为西门子mm420。如此设置，防爆摄像头2与信息计算单元8连接，当摄像头判断出发酵液面结壳的时候，由于发酵原料在浮力的作用下上浮产生浮渣，进而形成结壳，而这种结壳导致池内产生的沼气集聚受阻，有效容积和贮气室减小，原料利用率降低，产气量减少，结壳严重时，往往会使一座好端端的沼气池变成“病池、废池”；此时通过摄像头的判断并反馈给信息计算单元8，信息计算单元8发出指令给预警信号发出单元，预警信号发出单元将会通过显示屏、蜂鸣器发出警报信号，同时信息计算处理单元将会向控制单元发出指令，将延长搅拌电机搅拌时间，通过勤搅拌方式解决沼气发酵装置1内部结壳的问题。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的远程监控单元10包括工业远程模块和计算机。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种沼气发酵环境在线监控预警系统，所述的预警信号发出单元11包括液晶显示屏和蜂鸣器。

另外随着科学技术的进步和工业自动化水平的不断提高，利用传感器对发酵参数进行自动检测、利用plc和计算机构建厌氧发酵工艺自动控制系统，对于提高控制精度、提高池容产气率，降低劳动强度具有重要意义，也是未来大型沼气工程技术的发展趋势。

其社会效益与生态效益如下：

(1)增加农村优质能源供应，减少化石能源消耗，沼气是可再生清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等生物质能源，也可替代煤炭、天然气、液化石油气等化石能源。优化生活能源消费结构，降低薪柴等生物质能源和石油、煤炭等化石能源的消耗强度，对于增加农村优质能源供应、缓解农村能源供应紧张状况具有重大的现实意义。

(2)发展农村沼气，建设生态家园，综合利用人畜粪便，对废弃物进行无害化处理，消灭传染源，切断疫病传播渠道，把环境卫生问题解决在家居、庭院和街区之内，可有效地改善农村公共卫生脏、乱、差的现状，这是一条成本低、见效快、技术成熟、综合效益明显、农民欢迎的改善农村公共卫生的捷径，是目前改善农村公共卫生最经济、最有效、最便捷的方式。不仅促进了农民传统生活方式的改变，而且使广大农民走向清洁、卫生、健康的生活之路。

(3)综合利用农村生物资源，发展循环经济。农村沼气根本上改变了传统的粪便利用方式，提高了资源利用率。农村沼气生产上联养殖业，下承种植业，促进了物质高效转化和能量高效循环，推进了农业种养一体化。以沼气为纽带的高效生态农业技术，是发展循环经济、显著节约资源的生产模式和消费模式，是建立资源节约型社会的有效途径。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。