一种基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制系统，其可以提供高可靠性的气柜高度监测，为实现发电机组的24小时无人值守运行提供可靠保障。

背景技术：

在沼气发电领域，通常发酵池产生的沼气经脱水、脱硫处理通过管路输送至低压贮气柜进行缓存，经再次冷干脱水、增压、空气混配后进入发电机组进行稀薄燃烧发电。对于现有的沼气发电机组而言，发电机组的保护主要是在机组本身，很少考虑气柜的状态，因此在没有对气柜进行高度实时监测的情况下，操作人员需要巡回检查气柜状态，根据气量来启动或停止发电机组，因而无法实现24小时无人值守运行。

因此，为实现沼气发电机组的24小时无人值守运行，实时监测气柜气量状态尤为必要，从而能够在贮气柜中的气量不足时，使发电机组及配套的增压风机、冷干机组等自动停机，以防止气柜、发酵池顶膜因形成负压而遭到损坏，同时确保机组运行安全。

在现有的沼气发电机组中，常用的一些监测装置有霍尔接近开关、光电开关等，但其灵敏度可靠性存在问题。例如，霍尔接近开关的感应区域小，且其存在磁感应退化问题，而光电开关则存在灰尘干扰等问题，因此无法满足测量的高精确和高可靠性，使得沼气发电机组的运行和气柜的实时状态之间存在因无法实时馈及精确测量而造成的脱节问题。

正是在这种背景下，出现了本发明。

技术实现要素：

本发明的解决方案的目的是至少部分地解决前面强调的问题，并在总体上对沼气发电机组的安全运行和气柜的实时状态检测问题提供改进的解决方案。

更具体地，本发明要解决的问题是针对沼气发电机组运行和气柜状态存在脱节问题，寻找一种高可靠性气柜高度监测装置，通过监测信号实现对发电机组及其关联装置自动判断是否停机及发出报警信号，进而保护贮气柜、发酵池顶膜及机组安全。

为此，本发明提供了一种基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制装置，其包括：检测单元，其位于贮气柜的顶部的安装支架上，且被配置成检测所述贮气柜的气囊高度状态；控制单元，其与所述检测单元连接，且被配置成与发电机组以及发电机组的关联装置连接；以及信号传输单元，其连接所述检测单元和所述控制单元，且被配置成将所述检测单元的检测结果输送至所述控制单元，其中所述控制单元还被配置成将所述检测单元的检测结果与预定阈值进行比较并且基于比较结果来控制所述发电机组以及发电机组的关联装置是否停机。

在一些实施方式中，所述检测单元包括用于检测所述贮气柜的气囊高度的超声波物位计。在一些实施方式中，所述超声波物位计包括电子单元、安装螺纹以及传感器，且所述传感器经由所述安装螺纹被安装成垂直于所述安装支架且面向所述贮气柜的配重架上平面放置。在另一些实施方式中，所述超声波物位计被安装成伸入所述安装表面30cm至50cm。在另一些实施方式中，所述超声波物位计被定位在所述安装支架上的靠近侧壁的位置。

通过采用这样的超声波物位计，可以实现比霍尔接近开关、光电开关更可靠的监测，并且其安装简单，便于系统维护。通过将气柜高度转换成对应的信号输出到控制单元，有利于控制单元快速判断是否需要使发电机组以及配套装置停机，可以实现气柜高度与机组运行状态的实时控制。

在一些实施方式中，当所述检测结果小于所述预定阈值时，所述控制单元发送停机指令以使所述发电机组以及发电机组的关联装置停机。

在另一些实施方式中，其还包括连接到所述控制单元的报警装置，所述报警装置配置成：在所述控制单元使发电机组以及发电机组的关联装置停止时发出警告，直到所述报警装置被人为地复位。在一些实施方式中，所述报警装置为蜂鸣器。

通过设置这样的报警装置，可以及时提醒操作者当前的气量不足，以防止对设备造成损坏。

在一些实施方式中，所述装置还包括与所述检测单元和所述控制单元连接以用于向所述检测单元提供电力的电源装置，所述电源装置配置成由所述控制单元控制。

采用这样受控的电源装置，控制单元还能够实现对检测单元的启动和停止，以对检测单元进行例如维修、替换等操作。

在一些实施方式中，所述控制单元采用可编程逻辑控制器(plc)。

在一些实施方式中，所述信号传输单元包括信号屏蔽电缆，所述信号屏蔽电缆的一端连接到所述检测单元的输出端，另一端连接到所述控制单元的输入端。在另一些实施方式中，所述信号屏蔽电缆穿过镀锌管且沿着所述贮气柜的外框架自上而下地布线。

通过使用这样的信号屏蔽电缆，可以实现信号的准确传输，确保在控制单元中可以正确判断当前的气量状态，从而将其与控制单元中的预定阈值进行比较，以对系统中的装置采取适当的启停控制。

在一些实施方式中，所述发电机组的关联装置包括增压风机和冷干机。但本发明不限于此，所述发电机组的关联装置也可以包括其他与发电机组相关联的装置。

本领域技术人员在阅读整个说明书和权利要求书时将理解本发明的这些优点和其它优点。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式参照所附附图描述其优选实施方式，其中：

图1是使用根据本发明的实施方式的基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制装置的一个实施方式的示意图。

图2是图1的实施方式中的超声波物位计的安装示意图。

图3是图1的实施方式中的超声波物位计的组成结构示意图。

图4是根据本发明的实施方式的基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制装置的一个实施方式中的可编程控制器的电气连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。在下文所描述的本发明的具体实施例中，为了能更好地理解本发明而描述了一些很具体的技术特征，但显而易见的是，对于本领域的技术人员来说，并不是所有的这些技术特征都是实现本发明的必要技术特征。下文所描述的本发明的一些具体实施例只是本发明的一些示例性的具体实施例，其不应被视为对本发明的限制。另外，为了避免使本发明变得难以理解，对于一些公知的技术没有进行描述。

现在参考图1，其示出了使用根据本发明的实施方式的基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制系统100的示意图。图1示例性地示出了全混发酵池101、贮气柜102、发电机组104和控制器105。贮气柜102的顶部安装有用于检测贮气柜102的气囊高度状态的检测装置，该检测装置通过信号线与控制器交互连接。此外，控制单元通过控制线与发电机组104交互连接。图1还示出了与发电机组104关联的增压风机106以及连接贮气柜102和增压风机106的冷干机103。控制器105通过控制线与增压风机106和冷干机103相关联，以用于控制其是否停机操作。

为了实现对贮气柜102中的气量状态的实时监测，在本发明的一个实施方式中，采用超声波物位计用以检测贮气柜的气囊高度。

更具体而言，参考图2，其示出了在根据本发明的实施方式的基于气柜状态的沼气发电机组停机闭锁控制装置中使用超声波物位计的一个实例。

图2详细示出了超声波物位计200在贮气柜上的安装方式。更具体而言，在该实施方式中，超声波物位计200被安装在贮气柜的顶部的框架上的一侧且靠近其内壁位置。可以通过多种方式将该物位计固定，例如，可以在贮气柜外部框架上安装用于固定超声波物位计的支架，并在该支架上设置与物位计口径大小相同的孔以安装固定超声波物位计。此外，还可以通过其他附件将超声波固定在外部框架上，例如通过绑接或粘附等。

图3示出了超声波物位计的一个具体实施例。在该实施例中，超声波物位计包括自上向下连接为一体的电子单元201、安装螺纹202和传感器203。在电子单元201的控制下，传感器203向被测物体发射一束超声波脉冲，超声波被物体表面反射，反射回波由传感器203的超声波探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物的距离成比例。电子单元检测该时间而计算出被测距离，进而得出气柜高度。

在该实施例中，在安装超声波物位计时，可以通过安装螺纹202进行固定。传感器203经由该安装螺纹202安装，且被安装成垂直于其安装支架。使物位计的传感器与贮气柜的配重架上平面处于垂直状态，是因为物位测量过程中，超声波信号由超声波探头发出，经被测物体表面反射后折回，由同一探头接收，测量超声波的整个往返时间，从而实现物位的测量，垂直测量可以确保检测到的信号更加准确。

此外，该超声波物位计安装支架伸入距离贮气柜配重架上平面一侧30-50cm，牢固安装该超声波物位计，防止其松动。

在本发明的装置中，为确保信号的正确性，优选的是，检测信号通过屏蔽信号电缆连接到控制器。例如，在一个实施方式中，超声波物位计具有4～20ma的模拟量信号输出，其可以通过例如rvvp2*0.75mm2的信号屏蔽线进行架空布线。又例如，在一个实施方式中，信号屏蔽线可以沿气柜的外框架的封闭阳光板自上而下铺设至地面，在贮气柜的外部框架封闭阳光板打一孔以便于架空布线。

为了使检测到的信号能够更加准确地传输，优选的是采用镀锌管来对所述信号屏蔽线进行穿管布线。此外，在架空布线时应当避免与强电交叉布线，以防止信号干扰。

所述的信号线被铺设至控制器，在控制器中设置有预定阈值，在控制器中将检测信号与该预定阈值比较，例如，当检测信号对应的参数值小于预定阈值时表示气量不足，则控制器可以发出停机指令自动停止发电机组，并且还可以停止与发电机组关联的关联装置。例如，在图1中的示例性系统中，控制器105可以在判断气柜中气量不足时，发出停机指令使发电机组104以及与其关联的增压风机106和冷干机103停机。

此外，控制器还可以连接到检测装置的电源，以控制供应到检测装置的电力。由此，控制器可以控制检测装置的启动和停止，以方便操作者替换或维护该检测装置。控制器还可以连接到报警装置或者将报警装置集成于其中，由此可以在检测到气柜中气量不足而使发电机组及其关联装置停机的同时发出报警，直到人为地将报警装置复位。

更具体地，图4示出了采用可编程控制器(plc)作为控制器并且结合之前所述的超声波物位计一起使用的电气控制接线示意图。如图4所示，可以安装一个ac220v/dc24v的开关电源，以用于给超声波物位计提供直流电源。具体而言，将220v的l线(即俗称火线)接到开关电源的l端，将n线(俗称零线)接到开关电源的n端，将开关电源的“v+”极用导线接到超声波物位计的“+”极，超声波物位计的“-”输出端接到可编程控制器的输入端，从plc控制器的输出端接到开关电源的“v-”端。

操作者可以根据实际需要在plc控制器内设置阈值。例如，可以设定该阈值为0.5m。在这种情况下，当气柜高度距离地面0.5m时，控制器将发出停机指令，使发电机组及其关联装置停机。plc控制器还可以控制蜂鸣器发出报警，直到人为将报警信号复位，蜂鸣器才会停止发出蜂鸣声。在使用蜂鸣器的情况下，优选的是，将蜂鸣器安装在发电机组控制间，便于现场人员发现，同时声音不要过大。

在监测贮气柜中的气量状态的示例性过程可以如下，首先，超声波物位计的传感器的探头发送超声波，该超声波经被测物体表面反射后折回，由同一探头接收，测量超声波的整个往返时间以计算气柜高度，并将该气柜高度的检测结果转换成对应的电信号。接着，检测结果将通过信号传输线被传输至控制器。在控制器内将所述检测结果与预定阈值进行比较来判断气柜中的气量是否不足，当判定气量不足时，控制器将发送停机指令使发电机组及其关联装置停机。此外，控制器还可以在发送所述停机指令的同时，通过报警装置发送报警，以通知操作者来进行下一步操作。

本发明提供的装置可以实现高可靠性的气柜高度监测，通过监测信号实现对发电机组自动判断是否停机及发出报警信号，以保护贮气柜、发酵池顶膜及机组安全。

尽管已经根据优选的实施方案对本发明进行了说明，但是存在落入本发明范围之内的改动、置换以及各种替代等同方案。还应当注意的是，存在多种实现本发明的工艺的可选方式。因此，意在将随附的权利要求书解释为包含落在本发明的主旨和范围之内的所有这些改动、置换以及各种替代等同方案。