一种高温堆肥调控系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种高温堆肥调控系统，属于堆肥技术领域。


背景技术：

2.肥料的生产中，超高温好氧堆肥是重要的加工工艺之一。在超高温好氧堆肥陈化车间里，粪污的发酵过程中产生大量的有害气体，车间内温度高，工人在发酵车间操作极为困难。目前，在发酵车间，有半自动翻抛机、曝气系统等，工人还需要在车间内操作。
3.比如cn113139342 a公开了一种好氧堆肥监测系统及结果预测方法，该方法是通过堆肥反应器内的一些参数作为测量指标，建立lstm模型进行模拟演练，根据结果进行预测，最后达到对堆肥腐熟进行预测及调控出最佳时间；该方法只是对堆肥腐熟度结果进行预测调控，还是不能达到实现自动化堆肥的过程。
4.cn112710610a实用新型了一种有害气体监测系统以及有害气体监测激光器，通过发射宽带光信号测气室内，对有害气体进行监测，产生预警信号，该方法不需要化学药剂就可以对气体进行测量；但是对于超高温堆肥在线监测很少。
5.因此，实用新型一种自动监测控制及调控系统非常有必要，可以进行远程操作、掌握发酵现状，可以减少工人与有毒物的接触。自动生产调控的实现，降低人工成本，提高了生产的效率。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种高温堆肥调控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种高温堆肥调控系统，包括：
9.数据采集模块：所述数据采集模块分布在各个监测区域，所述数据采集模块包括nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器、o2传感器和温度传感器；
10.控制模块：所述控制模块包括曝气系统、翻抛机和排气扇和喷洒系统；
11.数据分析反馈模块：所述数据分析反馈模块用于接收数据采集模块的数据并与预设值进行比较、控制曝气系统、翻抛机排气扇和喷洒系统。
12.所述nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器设置在粪污堆体外，所述o2传感器和温度传感器设置在粪污堆体内。
13.优选的，同一个监测区域的nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器、o2传感器和温度传感器均安装在同一根竖杆上。
14.优选的，多组所述竖杆均安装在活动架底部，所述活动架通过升降装置驱动升降。
15.优选的，所述竖杆上任意位置有安装座，所述nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器均安装在安装座上。
16.优选的，所述安装座上开设有与nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器各自形状相适
配的卡槽，所述nh3传感器、h2s传感器、湿度传感器可拆卸安装在对应的卡槽内。
17.优选的，所述安装座外侧开设有滑槽，所述滑槽内设置有弹性件和限位件，所述弹性件驱动限位件常态下闭合一一对应的卡槽开口。
18.优选的，设置有固定架，所述固定架上安装有若干与外部正压气源连接的喷气嘴；所述升降装置带动竖杆上升时，所述喷气嘴对准o2传感器和温度传感器。
19.本实用新型具有如下有益效果：
20.将粪污堆体均匀分隔成若干监测区域，每个监测区域内安装一套数据采集模块和控制设备，可全面掌握发酵现状，避免粪污堆体发酵不均匀；
21.监测粪污在发酵过程中产生的nh3、h2s、o2、湿度及温度，通过监测分析nh3、h2s、o2、湿度及温度来对车间的工艺系统进行调控，实现高温堆肥发酵车间的自动化控制。
附图说明
22.图1为本实用新型控制模块组成示意图；
23.图2为本实用新型控制原理示意图；
24.图3为本实用新型控制流程图。
25.图4为本实用新型翻抛后堆体局部分布图；
26.图5为本实用新型活动架上竖杆分布结构示意图；
27.图6为本实用新型竖杆上部件结构示意图；
28.图7为本实用新型固定架结构示意图。
29.图中附图标记表示为：
30.1、活动架；2、升降装置；3、竖杆；4、安装座；41、滑槽；42、限位件；43、卡槽；51、o2传感器；52、温度传感器；6、nh3传感器；7、h2s传感器；8、湿度传感器；9、固定架；91、喷气嘴。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
32.实施例：
33.如图1-4所示：
34.利用摄像头获取发酵槽内粪污堆体的分布图；
35.将所获取的粪污堆体分布图分割1m*1m的若干个正方形单元格作为监测区域，把每个正方形单元格监测区域做标记，标记为i(i＝1
…
i)，在正方形单元格正中间位置粪污堆体外设置有nh3传感器6、h2s传感器7、湿度传感器8，在正方形单元格正中间位置粪污堆体内插有o2传感器51及温度传感器52。分别用于测量堆体外的nh3浓度、h2s浓度、湿度及堆体内o2浓度和温度；
36.对正方形单元格内设置的各种传感器进行编号，第i个单元格内的传感器的标记分别为：nh3传感器6标记为ni、h2s传感器7标记为hi、湿度传感器8标记为si、o2传感器51标记为oi及温度传感器52标记为ti，建立各自的模型。
37.数据采集模块是根据设定的时间间隔，对监测的气体、湿度、温度进行采集，并将数据传送保存到数据库中，具体的保存方法：
38.各传感器在设定的时间内对目标进行监测，监测到的气体、湿度、温度都是单元格
编号、传感器编号、传感器测量值、测量时间形成一个数据集的格式保存到数据库中，即数据集＝{单元格编号，传感器编号，传感器测量值，测量时间}＝{i，a，m，t}，第i单元格第a次监测的各目标集合为：nh3数据集＝{i，ni，m
nia
，t
ia
}、h2s数据集＝{i，hi，m
hia
，t
ia
}、湿度数据集＝{i，si，m
sia
，t
ia
}、o2数据集＝{i，oi，m
oia
，t
ia
}、温度数据集＝{i，ti，m
tia
，t
ia
}；
39.其中：i单元格编号，a各传感器编号，m传感器测到各目标的测量值，t测量时间。
40.数据分析判断反馈模块是根据数据采集模块采集到的数据，对该监测区域的目标气体、湿度、温度进行分析判断，分析监测区域内的气体、湿度、温度动态变化，判断是否需要对监测区域内的气体、湿度、温度干预，结果反馈给处理器进行处理。
41.获取监测区域内nh3、h2s溢出速率方法：
42.分别获取监测区域单元格内所有监测的nh3、h2s浓度大于监测气体浓度国家规定的排放的临界值，组成一个集合，保存到数据库中，获取的每个集合元素个数分别为n1、n2，该集合分别为{m
nib
|b∈[1，n1]}；{m
sic
|c∈[1，n2]}；
[0043]
获得监测区域单元格内nh3、h2s浓度溢出平均速率：
[0044][0045]
其中：t为设置的获取数据的时间间隔，i为单元格编号，b、c分别为在集合数内的第b、c个监测值。
[0046]
对于nh3浓度超标时的降低方法为喷洒稀酸。当获取条件m
nie
组成新的集合，集合元素个数为n3，第i单元格内稀酸喷洒量为：其中c为稀酸与nh3的关系系数，为固定值。
[0047]
控制原理：当第i个单元格传感器在第e次监测到的nh3浓度满足时，启动稀酸喷洒装置，开始喷洒该单元格，喷洒稀酸量为直到监测的nh3浓度小于才停止喷洒，为nh3规定的排放的临界值浓度。
[0048]
获取湿度速率方法：
[0049]
按时间的先后顺序，获取监测区域单元格内的所有数据保存为一个数据集，将后数据与前数据的变化速率的平均值作为获取湿度速率，即
[0050][0051]
其中：t为设置的获取数据的时间间隔，i为单元格编号，d为单元格内传感器测所有量值的第d个监测值。
[0052]
对于h2s、湿度的调节方法为调节区域内通风口：
[0053]
当把相同单元格内所有达到条件的目标组成一个集合，集合个数分别为n4、n5，则通风口排气扇的排气速度
[0054]
其中，m为排气的安全系数值，cs为预设的湿度值，为h2s规定的排放的临界值浓度。
[0055]
监测区域内温度、曝气系统、翻抛系统的调节方法：
[0056]
在发酵的过程中，温度处于变化的过程，温度从升温到高温，在降温到稳定期，在升温到高温，微生物的繁殖代谢旺，消耗氧气大，此时需要对堆体进行曝气来提供充足的氧气，曝气时气体带走堆体内温度，此时温度下降。当温度保持一定时间后进行翻抛，
[0057]
列出温度与氧气的一个关系式：
[0058]qoie
＝m
oie-m
oc
/t；开始进行曝气；
[0059]qoie
＝0；不翻抛；
[0060]qoie
＝0；开始进行翻抛；
[0061]moc
为粪污发酵最活跃时的o2浓度，为了方便转化，把温度高于粪污发酵的理想温度输出为1，低于理想温度输出为0，把堆体内氧气的浓度高于理想耗氧浓度输出为1，低于理想耗氧浓度输出为0，最后通过对粪污发酵的影响值来控制曝气和翻抛系统。影响值公式：
[0062][0063]
其中，φ1为温度的输出值，为0或1；φ2氧气浓度的输出值，为0或1，为周围单元格对i单元格的影响系数可取值1；当w3＝0时，启动翻抛系统，当w3＝m
oie
时，曝气气体及翻抛系统不启动，w3＝m
oie
+t
if
或w3＝t
if
时，启动曝气系统；
[0064]
控制原理：
[0065]
当第i格的o2传感器和温度传感器同一时刻监测到o2的浓度和温度为
时，
[0066]
启动曝气系统进行曝气，曝气量q
oie
＝m
oie-m
oc
/t，不翻抛；
[0067]
当
[0068]
不曝气也不翻抛；
[0069]
当
[0070]
不曝气，开始启动翻抛系统进行翻抛；
[0071]
本实用新型采用plc控制，数据采集中心在设置的时间间隔内采集nh3传感器6、h2s传感器7、o2传感器51感应到的气体的浓度及湿度传感器8和温度传感器52感应到湿度和温度输送到plc进行处理后，把指令输送到相应的变频器进行控制排气电机、曝气风机电机、翻抛系统和喷洒系统等。
[0072]
电源模块是为整个系统的执行提供稳定的电。
[0073]
如图4所示，翻抛系统工作后堆体形成波浪形结构，形状有序分布；且曝气系统相对位于堆体下方的中心位置，o2传感器51及温度传感器52插入堆体深度为插入所在位置堆体高度的1/2。
[0074]
曝气系统、翻抛机和排气扇和喷洒系统均为现有结构附图中未表示出来；
[0075]
如图4-7所示，固定架9相对固定设置，固定架9上安装有多组喷气嘴91；
[0076]
活动架1相对置于固定架9正上方，升降装置2可采用电动葫芦，活动架1底部均匀安装有多组竖杆3，o2传感器51及温度传感器52安装在竖杆3下端，nh3传感器6、h2s传感器7、湿度传感器8安装在安装座4上，安装座4通过夹紧手柄安装在竖杆3任意位置且位于o2传感器51及温度传感器52上方；
[0077]
升降装置2带动活动架1沿重力方向竖直下降，在活动架1、竖杆3重力作用下使得竖杆3下端插入粪污堆体内，使得o2传感器51及温度传感器52置于粪污堆体内中心位置，且安装座4上的nh3传感器6、h2s传感器7、湿度传感器8位于粪污堆体外。
[0078]
在粪污堆体发酵完成后，需要将粪污堆体移走时，升降装置2带动活动架1上升，从而带动竖杆3上升，使得o2传感器51及温度传感器52从粪污堆体内抽出；在竖杆3移动至上限位时，竖杆3下端的o2传感器51和温度传感器52刚好上升对准喷气嘴91位置，喷气嘴91与外部的正压气源连接喷射出气流，气流将附着在o2传感器51和温度传感器52上的粪污及时吹走，避免长时间不使用粪污凝固影响o2传感器51和温度传感器52工作效果。
[0079]
如图6所示，安装座4侧壁开设有三组卡槽43，nh3传感器6、h2s传感器7、湿度传感器8与三组卡槽43结构一一对应相适配，限位件42在对应的滑槽41内弧形滑动，且限位件42和滑槽41之间连接有弹性件；
[0080]
推动限位件42在滑槽41内滑动打开对应的卡槽43开口并压缩弹性件(附图中未表示出来)产生反向弹性力，将nh3传感器6从对应卡槽43开口插入，松开限位件42，在弹性件弹性力推动下限位件42复位闭合对应的卡槽43开口，从而防止nh3传感器6从卡槽43中脱离；h2s传感器7、湿度传感器8与对应的卡槽43配合相同不在赘述。
[0081]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种高温堆肥调控系统，其特征在于：包括：数据采集模块：所述数据采集模块分布在各个监测区域，所述数据采集模块包括nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)、o2传感器(51)和温度传感器(52)；控制模块：所述控制模块包括曝气系统、翻抛机、排气扇和喷洒系统；数据分析反馈模块：所述数据分析反馈模块用于接收数据采集模块的数据并与预设值进行比较、控制曝气系统、翻抛机、排气扇和喷洒系统；所述nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)设置在粪污堆体外，所述o2传感器(51)和温度传感器(52)设置在粪污堆体内。2.如权利要求1所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：同一个监测区域的nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)、o2传感器(51)和温度传感器(52)均安装在同一根竖杆(3)上。3.如权利要求2所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：多组所述竖杆(3)均安装在活动架(1)底部，所述活动架(1)通过升降装置(2)驱动升降。4.如权利要求3所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：所述竖杆(3)上任意位置有安装座(4)，所述nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)均安装在安装座(4)上。5.如权利要求4所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：所述安装座(4)上开设有与nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)各自形状相适配的卡槽(43)，所述nh3传感器(6)、h2s传感器(7)、湿度传感器(8)可拆卸安装在对应的卡槽(43)内。6.如权利要求5所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：所述安装座(4)外侧开设有滑槽(41)，所述滑槽(41)内设置有弹性件和限位件(42)，所述弹性件驱动限位件(42)常态下闭合一一对应的卡槽(43)开口。7.如权利要求3所述的一种高温堆肥调控系统，其特征在于：设置有固定架(9)，所述固定架(9)上安装有若干与外部正压气源连接的喷气嘴(91)；所述升降装置(2)带动竖杆(3)上升时，所述喷气嘴(91)对准o2传感器(51)和温度传感器(52)。

技术总结
本实用新型涉及一种高温堆肥调控系统，所述数据采集模块分布在各个监测区域，所述数据采集模块包括NH3传感器、H2S传感器、湿度传感器、O2传感器和温度传感器；所述控制模块包括曝气系统、翻抛机和排气扇和喷洒系统；所述数据分析反馈模块用于接收数据采集模块的数据并与预设值进行比较、控制曝气系统、翻抛机排气扇和喷洒系统；可全面掌握发酵现状，避免粪污堆体发酵不均匀；通过监测分析NH3、H2S、O2、湿度及温度来对车间的工艺系统进行调控，实现高温堆肥发酵车间的自动化控制。温堆肥发酵车间的自动化控制。温堆肥发酵车间的自动化控制。


技术研发人员：廖斌斌 林杰
受保护的技术使用者：福建省致青生态环保有限公司
技术研发日：2022.11.15
技术公布日：2023/8/5