基于虚拟仪器的沼气发酵环境监控系统的研究

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1、摘要摘要大型养殖场排放的畜禽粪便己成为环境污染的主要来源之一。在环境污染加剧，煤、石油等不可再生资源日益紧张的今天，沼气发酵作为一种新型的变废为宝、保护环境的方法，意义重大，越来越受到国内外的广泛重视。发酵过程中，如何始终维持较高的产气率，是检验一个沼气工程成功与否的标准，而对发酵工艺参数的实时监测与调控是提高产气率的关键技术。当前黑龙江省实施沼气工业化生产技术基本成熟，但其发酵环境自动控制水平相对较低，生产效率比较低下。沼气发酵就是培养厌氧消化菌，由于过程复杂，且黑龙江省地处高寒区，仅靠自然发酵难以实现工业

2、化生产，必须对发酵过程的生物环境进行调控，为优势发酵菌提供良好的生长与繁殖环境，才能维持较高的产气率。其中发酵温度、消化器负荷、pH值、压力等工艺参数是沼气发酵微生物繁殖环境的关键因素。本文通过对发酵工艺原理及发酵过程的分析研究，确定温度、压力、液位、pH值等发酵工艺参数为研究对象。以传感器技术、仪器技术和计算机技术相结合的虚拟仪器技术为开发平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能对沼气发酵环境监控系统进行研究。以NI公司M系列数据采集(DAQ)卡PCI．622l为核心，结

3、合相应传感器及信号调理电路，完成系统硬件设计；在虚拟仪器软件LabVIEW开发环境下，通过编程，对发酵过程中的上述关键工艺参数进行实时监控与显示，同时对历史数据实时存储，以便日常管理和日后分析。温度监控子系统采用模糊控制算法，实现了自动监控。对DAQ采集信号中的干扰成分采用无限冲击响应滤波器(IIR)——椭圆滤波器进行滤波。本系统利用现代先进的虚拟仪器技术，对沼气发酵环境监控系统进行研究，实验表明，系统满足监控要求，管理人员可通过计算机大屏幕实时掌握现场的各种工况，对各种生产数据进行分析，使控制和管理相结合，

4、提高控制精度及管理水平。系统采用开放式结构，具有很好的可扩充性，为沼气工业化生产提供了高效可靠的调控手段。关键词：沼气；发酵环境；虚拟仪器：数据采集；监控AbstractResearchonMethaneFermentationEnvironmentMonitoringSystemBasedonVirtualInstrumentationMallureoflargefarmshasbeenonekindofthemainenvironmentalpollutionsources．Withtheaggravat

5、edenvironmentalpollutionandnon—renewableresourceslikecoal，oilbecomingincreasinglytense，asonemethodsofturningwasteintogoldandprotectingenvironment，methanefermentationissignificant,andCapturesmoreandmoreextensiveattentionathomeabroad．Infermentationprocess，how

6、tomaintainahighergasproductionrateallthetimeisthestandardtotestifabiogasprojectissuccessful，andthenmonitoringthefermentationprocessparametersbecomesthekeytechnology．NowindustrializationofbiogasproductioninHeilongjiangprovinceisripe，buttheautomaticcontrollev

7、eloffermentationandproductionefficiencyisrelativelylow．Methanefermentationiscultivatinganaerobicdigestionbacteria．FortheprocessiscomplicatedandHeilongjiangisinalpineregion，onlyrelyingonnaturalfermentationisdifficulttorealizeindustrialization．Monitoringthebi

8、ologicalenvironmentoffermentationprocessisnecessary．ThenitCallprovideforfermentationbacteriawithagoodgrowthandpropagationenvironment，SOastomaintainahighergasproductionrate．Ofallthefactors，temperature，d