專利名稱：一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及有機(jī)固廢物的好氧發(fā)酵工藝領(lǐng)域，特別涉及一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置。
背景技術(shù)：
[0002]有機(jī)固廢物的好氧發(fā)酵處理工藝是指有機(jī)廢物在微生物的作用下轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程，在這個(gè)過程中需要通過鼓風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制通風(fēng)來供應(yīng)微生物活動(dòng)所需的氧氣， 同時(shí)調(diào)節(jié)好氧過程中的環(huán)境溫度，使微生物處于最佳活動(dòng)環(huán)境中，從而達(dá)到有機(jī)固廢物得以充分發(fā)酵的目的。[0003]在好氧發(fā)酵過程中，起主要作用的是嗜氧微生物群，而這個(gè)微生物群種需要在一定溫度和一定氧濃度條件下才能正常生產(chǎn)并繁殖，供風(fēng)量過大或過小，抑或溫度過高或過低，均會(huì)抑制其繁衍，因此，需要一個(gè)智能控制器能夠根據(jù)發(fā)酵所需的環(huán)境，對(duì)上述因素做出合理的調(diào)節(jié)，以達(dá)到相應(yīng)的目的。[0004]然而，現(xiàn)有控制器僅是通過傳感器采集發(fā)酵物料發(fā)酵溫度或氧氣濃度來控制鼓風(fēng)機(jī)啟停，有的控制器甚至僅僅采用是風(fēng)機(jī)間歇啟停的方式來對(duì)發(fā)酵物料進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，無法真正滿足好氧發(fā)酵所需環(huán)境。實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中提到的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制器及控制方法，該控制裝置通過采用模糊控制理論來控制鼓風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，進(jìn)而控制好氧發(fā)酵的反應(yīng)過程。[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是[0007]—種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，所述智能控制裝置包括[0008]用于承擔(dān)模糊綜合處理功能，并將模糊處理后的結(jié)果生產(chǎn)控制信號(hào)的控制器；[0009]用于采集處理發(fā)酵過程中的氧氣濃度和環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)信號(hào)，并將實(shí)時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的輸入信號(hào)調(diào)理電路，所述輸入信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接；[0010]用于將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)為能夠控制鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)的輸出信號(hào)調(diào)理電路；所述輸出信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接；[0011]用于采集好氧發(fā)酵工藝中其他信號(hào)或完成其他相關(guān)控制功能的數(shù)字量輸入輸出電路；及[0012]用于為通信模塊組建通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信模塊。[0013]進(jìn)一步，所述控制器將傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)輸入信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)中央處理器處理后，將數(shù)字信號(hào)經(jīng)輸出信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)。[0014]進(jìn)一步，所述智能控制裝置還包括用于保存一定周期過程參數(shù)值的大容量存儲(chǔ)器；所述過程參數(shù)值用于控制過程中對(duì)控制規(guī)則庫進(jìn)行自我修復(fù)和優(yōu)化。[0015]進(jìn)一步，所述智能控制裝置還包括用于過程參數(shù)設(shè)置及顯示好氧發(fā)酵過程參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的按鍵及顯示模塊。[0016]進(jìn)一步，所述智能控制裝置設(shè)有擴(kuò)展接口，可用于無線通信及其他功能的擴(kuò)展。[0017]進(jìn)一步，所述智能控制裝置還包括加裝抗干擾電路、避雷處理電路、輸入端保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路和反接保護(hù)電路。[0018]本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型采用了多變量模糊智能控制的方法，能夠?qū)⒏屿`活，更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)對(duì)好氧發(fā)酵的所需環(huán)境因素的控制，從而達(dá)到最佳好氧發(fā)酵環(huán)境。


[0019]圖1是一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置應(yīng)用示意圖；[0020]圖2是一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；[0021]圖3是一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置的控制器電路圖；[0022]圖4是輸入信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖5是輸出信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖6是多級(jí)模糊控制原理圖。[0025]其中，1-好氧發(fā)酵物料，2-氧濃度傳感器，3-溫度傳感器，4-控制電纜，5-控制器， 6-通風(fēng)管,7-鼓風(fēng)機(jī),8-電力電纜。
具體實(shí)施方式
[0026]現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0027]附圖1所示的為一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的狀態(tài)，其中，主要包括好氧發(fā)酵物料1、氧濃度傳感器2、溫度傳感器3，控制器5，通風(fēng)管6和鼓風(fēng)機(jī)7，所述氧濃度傳感器2和所述溫度傳感器3 —端插在好氧發(fā)酵物料I中，采集其中的好氧發(fā)酵環(huán)境中的溫度值、溫度變換速率及含氧濃度 ，兩個(gè)傳感器通過控制電纜4將采集到的模擬信號(hào)量送給控制器5進(jìn)行模糊分析處理，控制器5將模糊分析處理的結(jié)果再通過電力電纜8傳送給鼓風(fēng)機(jī)，并控制鼓風(fēng)機(jī)在通風(fēng)管6的供風(fēng)量，從而達(dá)到改善好氧發(fā)酵環(huán)境的目的，結(jié)合附圖1便于理解下述部分的內(nèi)容。[0028]如附圖2-5所示一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制器裝置，所述裝置包括控制器主機(jī)，用于承擔(dān)模糊域分析、參數(shù)模糊化、模糊算子、模糊控制算法等模糊綜合處理功能， 并將模糊處理后的解模糊化結(jié)果生成控制信號(hào)；輸入信號(hào)調(diào)理電路，與所述控制器相連接， 用于采集并處理與好氧過程密切相關(guān)的過程參數(shù)實(shí)時(shí)信號(hào)，并將這些信號(hào)實(shí)時(shí)值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供控制器主機(jī)取用；輸出信號(hào)調(diào)理電路，與所述控制器相連接，用于處理所述控制器發(fā)出的控制信號(hào)，使之轉(zhuǎn)換成可用于控制鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的模擬信號(hào)或脈沖信號(hào)；數(shù)字量輸入輸出電路，用于采集好氧發(fā)酵工藝中所需其他信號(hào)或完成其它相關(guān)控制功能；網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用于為多控制器組建通信網(wǎng)絡(luò)。[0029]所述智能控制器主機(jī)將采集到的傳感器信號(hào)經(jīng)輸入信號(hào)調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)中央處理器信號(hào)處理后，將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過輸出信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)。[0030]所述裝置還包括大容量存儲(chǔ)器，用于保存一定周期的過程參數(shù)值。這些過程參數(shù)值可用于在控制過程中對(duì)控制規(guī)則庫進(jìn)行自我修復(fù)和優(yōu)化。[0031]所述裝置包含按鍵及顯示模塊，用于過程參數(shù)設(shè)置及顯示好氧發(fā)酵過程參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)；所述裝置同時(shí)預(yù)留了其他功能模塊的擴(kuò)展接口，用于無線通信等其他功能的擴(kuò)展。[0032]為保證所述控制裝置在正常電壓下工作，所述裝置還包括加裝抗干擾、避雷處理、 輸入端保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、反接保護(hù)等保護(hù)電路。[0033]控制器平臺(tái)以單片微型處理器PIC24FJ64G為例，其電路圖如圖3所示。好氧工藝傳感器經(jīng)由接線端接入控制裝置，其信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換隔離電路(圖4)連接到微處理器上。 微處理器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換隔離電路(圖5)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接受的模擬量信號(hào)，從而調(diào)控控制鼓風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量。存儲(chǔ)器電路與為處理器器相聯(lián)接，用于存儲(chǔ)在好氧控制的工藝參數(shù)及過程參數(shù)。鍵盤/顯示接口模塊與控制器主機(jī)相連，用于人機(jī)交互。控制器可單機(jī)運(yùn)行，也可作為智能終端通過RS485網(wǎng)絡(luò)通信接口模塊組成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。[0034]結(jié)合附圖6 :以有機(jī)固廢物好氧發(fā)酵為例，有機(jī)固廢物進(jìn)行好氧發(fā)酵的關(guān)鍵工藝參數(shù)有溫度、氧濃度、二氧化碳濃度、含水率等，此處以溫度和氧濃度兩種參數(shù)作為控制器的輸入信號(hào)，有機(jī)固廢物好氧發(fā)酵的適宜溫度在45 V 70V，適宜氧氣濃度范圍在5% 15%。[0035](I)首先劃分輸入變量和控制變量的模糊集。此處模糊控制器的輸入變量為溫度、溫度變化率和氧氣濃度，其中溫度的模糊集定義為(很小，較小，小，中，大，較大，很大); 溫度變化率的模糊集定義為{較小，小，中，大，較大};而氧氣濃度值的模糊集為(較低，低， 中，高，較高)?？刂谱兞繛檎{(diào)節(jié)通風(fēng)量大小的控制信號(hào)，此處為模擬量調(diào)節(jié)信號(hào)，模糊集取為{很小，較小，小，中，大，較大，很大}。[0036](2)根據(jù)好氧工藝專家經(jīng)驗(yàn)及各變量的模糊化結(jié)果，分別整理出對(duì)應(yīng)單變量模糊控制規(guī)則庫，保存在控制器主機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)。如當(dāng)溫度較大，而溫度變化率較小時(shí)，則通風(fēng)量較大；而若此時(shí)氧濃度較大，則通風(fēng)量較小。[0037](3)輸入實(shí)時(shí)信 號(hào)的處理?？刂破魇紫雀鶕?jù)采集到的信號(hào)類別的不同判斷是單變量輸入還是多變量輸入。假設(shè)系統(tǒng)同時(shí)采集到溫度傳感器和氧氣傳感器的信號(hào)，則自動(dòng)調(diào)用多級(jí)模糊控制處理程序。其中對(duì)兩個(gè)變量的實(shí)時(shí)值進(jìn)行模糊化，如采集到的溫度值為 900C，其模糊值為“很大”，而其變化速率為1°C /秒，模糊值為“很大”，則對(duì)應(yīng)控制變量模糊值為“較大”。而如果此時(shí)氧濃度的實(shí)時(shí)值為9%，其模糊值為“中”，則對(duì)應(yīng)控制變量模糊值為“大”。根據(jù)控制變量的論域劃分及其隸屬度函數(shù)計(jì)算出“大”的模糊值，并進(jìn)行解模糊化處理，即可得到實(shí)際需要控制變量，由控制信號(hào)調(diào)理電路(圖5)輸出模擬控制量對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量。[0038]以上所述的利用較佳的實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型，而非限制本實(shí)用新型的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過閱讀本實(shí)用新型后，做出細(xì)微的改變和調(diào)整，仍將不失為本實(shí)用新型的要義所在，亦不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述智能控制裝置包括 用于承擔(dān)模糊綜合處理功能，并將模糊處理后的結(jié)果生產(chǎn)控制信號(hào)的控制器； 用于采集處理發(fā)酵過程中的氧氣濃度和環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)信號(hào)，并將實(shí)時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的輸入信號(hào)調(diào)理電路，所述輸入信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接； 用于將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)為能夠控制鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)的輸出信號(hào)調(diào)理電路；所述輸出信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接；及 用于為分布式控制系統(tǒng)組建通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述控制器將傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)輸入信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)中央處理器處理后，將數(shù)字信號(hào)經(jīng)輸出信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述智能控制裝置還包括用于保存一定周期過程參數(shù)值的大容量存儲(chǔ)器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述智能 控制裝置還包括用于過程參數(shù)設(shè)置及顯示好氧發(fā)酵過程參數(shù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的按鍵及顯示模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述智能控制裝置設(shè)有用于無線通信及其他功能擴(kuò)展的擴(kuò)展接口。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，其特征在于，所述智能控制裝還包括加裝抗干擾電路、避雷處理電路、輸入端保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路和反接保護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于好氧發(fā)酵工藝的智能控制裝置，所述智能控制裝置包括控制器、輸入信號(hào)調(diào)理電路、輸出信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)字量輸入輸出電路及網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述輸入信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接，所述輸出信號(hào)調(diào)理電路與所述控制器連接。本實(shí)用新型采用了多變量模糊智能控制的方法，能夠?qū)⒏屿`活，更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)對(duì)好氧發(fā)酵的所需環(huán)境因素的控制，從而達(dá)到最佳好氧發(fā)酵環(huán)境。
文檔編號(hào)C12M1/36GK202881277SQ201220332828
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者張文杰, 韋小駟, 江利華, 嚴(yán)敏東, 宮寧 申請(qǐng)人:上海恒濟(jì)智能控制系統(tǒng)有限公司, 張文杰