沼氣工程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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在產(chǎn)氣方面，根據(jù)工藝需求，通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)合動(dòng)作，整個(gè)沼氣工程自動(dòng)有序工作，使沼氣工程的自動(dòng)化水平得到大幅度的提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。在沼氣供氣方面，以IC卡為管理核心來(lái)管理農(nóng)村沼氣的供氣和收費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了合理收費(fèi)和良好有序的管理。河南省滑縣八里營(yíng)鄉(xiāng)伍縣村集中供氣工程于2012年7月投入使用，并運(yùn)用了該控制系統(tǒng)，目前運(yùn)行良好。該豬場(chǎng)建成了日產(chǎn)400m3軟體沼氣池工程，含1個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)池，2個(gè)發(fā)酵池，2個(gè)儲(chǔ)氣池。所產(chǎn)沼氣通過(guò)IC卡智能管理系統(tǒng)鋪設(shè)管網(wǎng)的方式，可供全村200多農(nóng)戶集中使用，基本上解決了全村農(nóng)戶的炊事燃料問(wèn)題。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1工藝要求

整個(gè)系統(tǒng)由3部分組成:第1部分產(chǎn)氣部分，第2部分氣體處理部分，第3部分供氣部分。

1.2硬件的選擇系統(tǒng)

整個(gè)硬件部分分為3層:第1層為集中控制臺(tái)(上位機(jī))，上位機(jī)選用臺(tái)達(dá)5．7寸屏，在SCREENEDITOR開發(fā)環(huán)境下，開發(fā)出1套沼氣工程控制監(jiān)控程序，作為實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)出指令的中樞。第2層為現(xiàn)場(chǎng)控制層?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)有近20個(gè)輸入點(diǎn)和近8個(gè)輸出點(diǎn)，4個(gè)模擬量輸入?，F(xiàn)場(chǎng)控制層采用西門子226作為核心控制器，擴(kuò)展1個(gè)EM235模塊，根據(jù)集中控制臺(tái)的指令、規(guī)定的工藝要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制。第3層為現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器。傳感器主要由液位計(jì)、操作按鈕、現(xiàn)場(chǎng)隔離開關(guān)組成，執(zhí)行器主要由接觸器，執(zhí)行閥等。

1.3全自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖

在沼氣生產(chǎn)過(guò)程中，沼氣產(chǎn)氣過(guò)程比較復(fù)雜。夏天溫度高，產(chǎn)氣多;冬天氣溫低，產(chǎn)氣量少。晴天產(chǎn)氣量大，陰冷天氣產(chǎn)氣量少。這就需要對(duì)發(fā)酵池有一個(gè)合適的溫度控制范圍。傳統(tǒng)的鍋爐加熱方式既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境，本工程采用沼氣發(fā)電和空氣源熱泵聯(lián)產(chǎn)的方式加熱水，保證了發(fā)酵池溫度的恒定。這樣把多余的沼氣充分利用起來(lái)，再加上節(jié)能效率達(dá)75%的空氣源熱泵產(chǎn)生熱水，只需要少量的沼氣即可維持沼氣池的正常需要。由于沼氣池的產(chǎn)氣過(guò)程是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，產(chǎn)出的沼氣被送到儲(chǔ)氣室，當(dāng)達(dá)到儲(chǔ)氣極限而沒(méi)有使用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。2012年就曾報(bào)道有些地方出現(xiàn)儲(chǔ)氣室把房頂拱榻的現(xiàn)象，本工程采用獨(dú)特的防爆傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以解決儲(chǔ)氣室的壓力安全問(wèn)題。沼氣在使用過(guò)程中不是均衡的，而產(chǎn)氣是連續(xù)的，當(dāng)作飯時(shí)，用氣量增加，壓力會(huì)迅速減低，遠(yuǎn)端的沼氣灶由于壓力低可能打不著火。而不用氣時(shí)，沼氣池同樣會(huì)產(chǎn)氣，有些地方就會(huì)把沼氣白白放掉，造成二次污染。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本工程采用寬壓力調(diào)壓控壓裝置。汽水分離室時(shí)間久了會(huì)集存大量的積水，要求及時(shí)放水。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本工程采用四通道自動(dòng)放水控制裝置和安全裝置。

2結(jié)論與討論

1)通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)了沼氣工程的自動(dòng)化管理和穩(wěn)定有序工作。

2)通過(guò)寬壓力調(diào)壓、控壓裝置解決了恒壓穩(wěn)壓遠(yuǎn)距離供氣問(wèn)題。

3)通過(guò)防爆傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)解決安全放氣排水問(wèn)題。

4)通過(guò)沼氣發(fā)電空氣源熱泵聯(lián)產(chǎn)方式解決冬季產(chǎn)氣量低問(wèn)題。

作者：胡萬(wàn)里 劉榮厚 杜章永 資源與環(huán)境學(xué)院?jiǎn)挝唬喊碴?yáng)工學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院