基于虛擬儀器的沼氣發(fā)酵環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究

【摘要】： 大型養(yǎng)殖場排放的畜禽糞便已成為環(huán)境污染的主要來源之一。在環(huán)境污染加劇,煤、石油等不可再生資源日益緊張的今天,沼氣發(fā)酵作為一種新型的變廢為寶、保護環(huán)境的方法,意義重大,越來越受到國內(nèi)外的廣泛重視。發(fā)酵過程中,如何始終維持較高的產(chǎn)氣率,是檢驗一個沼氣工程成功與否的標(biāo)準(zhǔn),而對發(fā)酵工藝參數(shù)的實時監(jiān)測與調(diào)控是提高產(chǎn)氣率的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前黑龍江省實施沼氣工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)基本成熟,但其發(fā)酵環(huán)境自動控制水平相對較低,生產(chǎn)效率比較低下。 沼氣發(fā)酵就是培養(yǎng)厭氧消化菌,由于過程復(fù)雜,且黑龍江省地處高寒區(qū),僅靠自然發(fā)酵難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),必須對發(fā)酵過程的生物環(huán)境進行調(diào)控,為優(yōu)勢發(fā)酵菌提供良好的生長與繁殖環(huán)境,才能維持較高的產(chǎn)氣率。其中發(fā)酵溫度、消化器負(fù)荷、pH值、壓力等工藝參數(shù)是沼氣發(fā)酵微生物繁殖環(huán)境的關(guān)鍵因素。 本文通過對發(fā)酵工藝原理及發(fā)酵過程的分析研究,確定溫度、壓力、液位、pH值等發(fā)酵工藝參數(shù)為研究對象。以傳感器技術(shù)、儀器技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)為開發(fā)平臺,充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能對沼氣發(fā)酵環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行研究。以NI公司M系列數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡PCI-6221為核心,結(jié)合相應(yīng)傳感器及信號調(diào)理電路,完成系統(tǒng)硬件設(shè)計;在虛擬儀器軟件LabVIEW開發(fā)環(huán)境下,通過編程,對發(fā)酵過程中的上述關(guān)鍵工藝參數(shù)進行實時監(jiān)控與顯示,同時對歷史數(shù)據(jù)實時存儲,以便日常管理和日后分析。溫度監(jiān)控子系統(tǒng)采用模糊控制算法,實現(xiàn)了自動監(jiān)控。對DAQ采集信號中的干擾成分采用無限沖擊響應(yīng)濾波器(IIR)——橢圓濾波器進行濾波。 本系統(tǒng)利用現(xiàn)代先進的虛擬儀器技術(shù),對沼氣發(fā)酵環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行研究,實驗表明,系統(tǒng)滿足監(jiān)控要求,管理人員可通過計算機大屏幕實時掌握現(xiàn)場的各種工況,對各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析,使控制和管理相結(jié)合,提高控制精度及管理水平。系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu),具有很好的可擴充性,為沼氣工業(yè)化生產(chǎn)提供了高效可靠的調(diào)控手段。 【關(guān)鍵詞】：沼氣 發(fā)酵環(huán)境 虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP277
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究的目的與意義11
• 1.3 國內(nèi)外研究概況11-14
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容14-15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 2 虛擬儀器及LABVIEW 概述16-22
• 2.1 虛擬儀器技術(shù)概述16-20
• 2.1.1 虛擬儀器的發(fā)展16-17
• 2.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成17-19
• 2.1.3 虛擬儀器的特點19-20
• 2.2 虛擬儀器的開發(fā)平臺20-21
• 2.2.1 概述20
• 2.2.2 LabVIEW 簡介20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計22-45
• 3.1 沼氣發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程22-23
• 3.2 測控參數(shù)的確定23-26
• 3.2.1 溫度23-25
• 3.2.2 壓力25
• 3.2.3 負(fù)荷25-26
• 3.2.4 pH 值26
• 3.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計的基本原理26-27
• 3.4 系統(tǒng)硬件模塊27-37
• 3.4.1 數(shù)據(jù)采集卡28-33
• 3.4.2 傳感器33-37
• 3.5 溫度控制子系統(tǒng)的設(shè)計37-42
• 3.5.1 溫度測量部分38-41
• 3.5.2 溫度控制部分41-42
• 3.6 PH 值監(jiān)測子系統(tǒng)的設(shè)計42-44
• 3.6.1 pH 值測量原理42-43
• 3.6.2 pH 值信號放大電路43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 4 控制算法設(shè)計45-61
• 4.1 溫度控制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展概況45-46
• 4.2 傳統(tǒng)控制理論在應(yīng)用中面臨的難題46-47
• 4.3 發(fā)酵系統(tǒng)的特點47-48
• 4.4 模糊控制48-60
• 4.4.1 模糊控制的特點48
• 4.4.2 模糊控制理論研究的問題48-49
• 4.4.3 模糊控制實現(xiàn)的步驟與方法49-50
• 4.4.4 模糊控制器的設(shè)計流程50-51
• 4.4.5 系統(tǒng)中采用的模糊控制器結(jié)構(gòu)及算法51-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 5 軟件系統(tǒng)設(shè)計61-83
• 5.1 系統(tǒng)軟件模塊62-65
• 5.2 實時測控模塊65-74
• 5.2.1 參數(shù)設(shè)定模塊65
• 5.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊65-67
• 5.2.3 數(shù)據(jù)處理模塊67-69
• 5.2.4 控制功能模塊69-72
• 5.2.5 實時存儲及顯示模塊72-74
• 5.3 數(shù)據(jù)管理模塊74
• 5.3.1 歷史數(shù)據(jù)查詢模塊74
• 5.3.2 圖形顯示模塊74
• 5.3.3 報表輸出模塊74
• 5.4 主要模塊實現(xiàn)方案74-76
• 5.4.1 采集方式75
• 5.4.2 配置步驟75-76
• 5.5 數(shù)據(jù)分析模塊程序框圖76-77
• 5.6 濾波器的LABVIEW 實現(xiàn)77-79
• 5.6.1 數(shù)字濾波器簡介77-78
• 5.6.2 需注意的問題78-79
• 5.7 溫度監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計79-82
• 5.7.1 設(shè)計原則79-81
• 5.7.2 主要功能模塊框圖81-82
• 5.8 本章小結(jié)82-83
• 6 結(jié)論83-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89
• 附錄89-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91

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