CN108658635A - 一种有机肥好氧发酵控制*** - Google Patents

一种有机肥好氧发酵控制*** Download PDF

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盖忠辉
蒋立民
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    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
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    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
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Abstract

本发明属于电路控制技术领域，特别涉及一种有机肥好氧发酵控制***的实现方法。所述控制***包括数据采集监测单元、数据处理及存储单元、现场调节单元及中央控制计算机四个部分。数据处理及存储单元为PLC控制***，数据采集监测单元包括温度变送器、压力变送器及湿度计，现场调节单元由压力调节装置、电动排气阀和加湿装置构成。中央控制器即PLC控制***根据在线监测仪表反馈的温度、压力、湿度等参数对有机肥好氧发酵过程进行实时监控，实现了有机肥好氧发酵过程的精确自动控制，在不对微生物自然生长特性进行过度刺激的前提下，尽可能的为微生物提供合适的生长环境，充分的将微生物自身的发酵能力发挥出来，以获得优质的发酵产品。

Description

一种有机肥好氧发酵控制***
技术领域
本发明属于电路控制技术领域，特别涉及一种有机肥好氧发酵控制***的实现方法。
背景技术
有机肥是指含有大量生物物质、动植物残体、***物等物质的缓效肥料，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。有机肥富含大量有益物质，包括：多种有机酸、肽类等有丰富的有机养分以及包括氮、磷、钾在内的丰富的植物生长所必需的大量、或微量营养元素，不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色植物生长的主要养分。
有机肥生产属于固态发酵，是在没有或几乎没有游离水的不溶性固体基质中培养微生物的生物反应过程。与液态发酵相比，固态发酵是更简单、清洁的生产工艺。生产过程中，进行准确温度、湿度和通风的控制，便能获得优良的生产品质。目前市场对高品质发酵产品需求不断增加，对有机肥的生产设备的性能要求也越来越高。随着堆肥技术的发展，市场上已有很多用于有机肥发酵的设备出现。但现有的很多生产设备不具有智能性，使得发酵过程不易控制，人工成本较高。因此，设计一种专门针对有机肥生产的通用的、简洁的、低成本高性能的智能控制***，便显得尤为重要了。
目前，针对有机肥发酵的控制***并不多，多为针对温度控制的***或结构，并不能完全满足有机肥发酵的生产过程。其中，针对温度控制的***或设备，多数从温度曲线的角度出发，强调精确地温度控制，保证箱体内平均温度形成符合要求的温度曲线。然而在微生物的生长过程中，生长温度并不需要强制的按照某一种标准的温度曲线进行，而是在保证最基本舒适的生长环境下，可以让微生物自由的生长。而设备的作用是配合微生物的特性，适当的加以引导。设备要尽可能的减少对环境的控制，在环境控制和微生物特性之间达到一个平衡点。
综上所述，在有机肥的固态发酵过程中，温度是一个非常重要的因素，但不是关键因素。堆体内的湿度和堆体对氧气的利用能力是决定堆肥成功与否以及肥料品质的关键。
发明内容
在利用固态发酵技术进行有机肥的堆肥生产过程中，通过对堆体内部的湿度和堆体内部的气压进行检测和控制，达到有效控制堆肥过程的目的。本发明在总结前期有机肥实际发酵经验的基础上，设计了一种基于湿度和压力控制的有机肥生产控制***。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种有机肥好氧发酵控制***，所述控制***包括数据采集监测单元、数据处理及存储单元、现场调节单元及中央控制计算机四个部分。所述数据处理及存储单元为PLC控制***，所述数据采集监测单元包括温度变送器、压力变送器及湿度计，所述现场调节单元由压力调节装置、电动排气阀、加湿装置构成。中央控制器即PLC控制***接收所述数据采集监测单元反馈的4-20mA信号得到现场数据，所述PLC控制***根据反馈的现场数据通过内部程序运算得到各个控制参数的调整量，产生用于进行参数调整的控制指令，控制现场调节单元动作，达到有效控制堆肥过程的目的。
有机肥好氧发酵生产过程分为升温控制、正常发酵控制和降温控制三个阶段，本发明中，发酵监测器通过温度传感器、气体压力传感器、湿度传感器生成发酵过程图像参数，当参数变化超出设定范围时，发酵监测器会自动识别发酵阶段，结合不同阶段的特点，调整风扇、加湿器等其他设备配合工作；若压力、温度长期达不到设定值，中央控制器驱动报警器报警，并提示故障原因。
有机肥好氧发酵控制***，其特征是，具体包括以下步骤：
在升温控制阶段，设定堆体内压力值15KPa，偏差2KPa。PLC控制***在每次获得堆体内的压力后，将压力值与设定值进行比较。当堆体内压力值高于13KPa低于15KPa时，通过调节电动阀开度增大进风量，当堆体内压力值高于15KPa时，通过调节电动阀开度减小进风量，控制堆体内压力在13KPa-15KPa之间。
PLC控制***实时采集环境内多点温度，根据环境结构设置各采集点温度权重，将各点温度值加权运算，获得环境内整体温度值。
本发明中采用3台温度变送器检测堆体内三个点的温度值，并将温度值反馈至PLC控制***，经***内部程序运算后，若其平均值高于30℃低于55℃，PLC控制***输出控制指令，电动排气阀打开，外循环风扇开始运行，上位机控制，适当增大排风量。
所述升温控制阶段，其特点是，前若干个升温梯度内，控制***只运行内循环风扇任务，后期才开始运行外循环风扇任务。内环风扇任务控制相应继电器，一直保持常开状态。而外循环风扇任务则在前若干升温梯度结束后，开始控制相应继电器。根据用户参数，外循环风扇运行一段时间便暂停一段时间，保持一定周期状态运行。运行时间和暂停时间的比例根据菌类特性来定。
在正常发酵控制阶段，设定堆体内压力值15KPa，偏差2KPa。PLC控制***将压力值与设定值进行比较。当堆体内压力值高于13KPa低于15KPa时，通过调节电动阀开度增大进风量，当堆体内压力值高于15KPa时，通过调节电动阀开度减小进风量，控制堆体内压力在13KPa-15KPa之间。
当堆体温度达到40℃以上时，视为进入高温期发酵过程，此阶段的特点是，内循环风扇和外循环风扇按照两种模式，一直保持运行状态。
在降温控制阶段，设定堆体内压力值15KPa，偏差2KPa。PLC控制***将获得的堆体内的压力值与设定值进行比较。当堆体内压力值高于13KPa低于15KPa时，通过调节电动阀开度增大进风量，当堆体内压力值高于15KPa时，通过调节电动阀开度减小进风量，控制堆体内压力在13KPa-15KPa之间。外循环风扇继续运行，直至温度降至30℃以下时，停止运行外循环风扇。
此阶段的特点是，设定堆体内含水率为50%，偏差5%，当PLC控制***接收到湿度计的反馈值低于45%时，PLC控制***输出指令，打开加湿装置，补充水分，当堆体内的含水率高于55%时，关闭加湿装置。
本发明优点在于：
本发明对温度不进行控制，在微生物生长的前期阶段，致力于给菌类生长一个稳定的空气环境，控制设备可在不对微生物产生不良刺激的前提下，尽可能的为微生物提供一个舒适的生长环境。
本发明将堆体内的气压控制在13-15 Kpa左右，使得堆体内的气压大于大气压，氧气更容易渗透到堆体内的每一个角落，防止死角出现，引起发酵不均匀的现象。
本发明加入湿度控制任务，可满足某些发酵产品对环境的湿度要求。
该控制***还具有较高的可扩展性，可按照用户需求添加温度记录、报警、湿度调节等功能。
本发明能全面及时的监测有机肥好氧发酵的过程变化情况，而且设计简单，低成本高性能，自动化程度高。
附图说明
附图1是本发明的控制结构框图。
具体实施方式：
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
本发明是一种有机肥好氧发酵控制***，包括数据采集监测单元、数据处理及存储单元、现场调节单元及中央控制计算机四个部分。所述数据处理及存储单元为PLC控制***，所述数据采集监测单元包括温度变送器、压力变送器及湿度计，所述现场调节单元由压力调节装置、电动排气阀、加湿装置构成。中央控制单元即PLC控制***接收所述数据采集监测单元反馈的4-20mA信号得到现场数据，所述PLC控制***根据反馈的现场数据通过程序内部运算得到各个控制参数的调整量，产生用于进行参数调整的控制指令，控制现场调节单元动作，达到有效控制堆肥过程的目的。
本发明的有机肥好氧发酵控制***的技术方案包括如下三个设计：
设计1：发酵升温阶段，关小排气阀，将堆体内压力控制在13-15 Kpa，适当减小进风量，控制***逐步提升堆体温度。在升温控制阶段，内循环风为主要控制模式。
设计2：正常发酵控制阶段，当堆体温度达到40℃以上时，视为进入高温期发酵过程，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在13-15 Kpa左右的同时，适当加大进风量。在正常发酵控制阶段，内循环风扇和外循环风扇按照两种模式，一直保持运行状态。
设计3：发酵降温阶段，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在13-15 Kpa左右的同时，适当加大进风量。在降温发酵控制阶段，内循环关闭，外循环风扇一直保持运行状态。在此阶段检测堆体内湿度，当含水率低于40%RH时，开加湿阀门，适当补充水分。
实施例1：
以该***在利用牛粪好氧发酵生产有机肥方面的应用为例：
控制***通过3个温度采集任务，使用DS18B20温度探头实时的采集环境内3个点的温度值，通过加权运算获得环境内整体温度。
升温控制阶段内循环风扇一直保持运行状态，不执行外循环风扇任务，直至堆体温度升到40℃以上，此阶段需要3天。
在正常发酵控制阶段，当堆体温度达到40℃以上时，视为进入高温期发酵过程，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在13-15 Kpa的同时，加大进风量。在正常发酵控制阶段，内循环风扇和外循环风扇按照两种模式，一直保持运行状态。此阶段堆体温度为55度左右，持续7-10天。
在降温阶段，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在13-15 Kpa左右的同时，适当加大进风量。在降温发酵控制阶段，内循环关闭，外循环风扇一直保持运行状态。在此阶段检测堆体内湿度，当含水率低于40%RH时，开加湿阀门，适当补充水分。此阶段持续7-10天，最后堆体温度会降到比环境温度略高为止。
实施例2：
以该***在利用猪粪好氧发酵生产有机肥方面的应用为例：
控制***通过3个温度采集任务，使用KTR-18b20温度探头实时的采集环境内3个点的温度值，通过加权运算获得环境内整体温度。
升温控制阶段内循环风扇一直保持运行状态，不执行外循环风扇任务，直至堆体温度升到38℃以上，此阶段需要3天。
在正常发酵控制阶段，当堆体温度达到40℃以上时，视为进入高温期发酵过程，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在15 Kpa的同时，加大进风量。在正常发酵控制阶段，内循环风扇和外循环风扇按照两种模式，一直保持运行状态。此阶段堆体温度为54度左右，持续8-10天。
在降温阶段，在此阶段通过电动阀控制加大排风量，在保持堆体内压力控制在15Kpa左右的同时，适当加大进风量。在降温发酵控制阶段，内循环关闭，外循环风扇一直保持运行状态。在此阶段检测堆体内湿度，当含水率低于43%时，开加湿阀门，适当补充水分。此阶段持续8-10天，最后堆体温度会降到比环境温度略高为止。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种有机肥好氧发酵控制***，其特征在于：包括数据采集监测单元即：湿度计、压力变送器、温度变送器，现场调节单元即压力调节装置、电动排气阀、加湿装置，数据处理及存储单元即PLC控制***以及中央控制计算机。
2.权利要求1所述一种有机肥好氧发酵控制***在有机肥发酵中的应用。
3.权利要求2所述有机肥发酵，其特征在于发酵过程中压力控制在13-15 Kpa。
4.权利要求2所述有机肥发酵，其特征在于发酵过程中温度在30-55℃之间。
5.权利要求2所述有机肥发酵，其特征在于发酵过程中含水率控制在50% -55%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109142647A (zh) * 2018-10-25 2019-01-04 农业部规划设计研究院 一种堆肥含水率在线监测仪器的标定方法
CN109553447A (zh) * 2018-12-27 2019-04-02 惠州学院 一种基于NB-Iot的有机肥发酵测控***及其方法

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CN104030749A (zh) * 2014-07-01 2014-09-10 北京航空航天大学 一种小型固废生物转化器

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