基于PLC控制的养殖场氨气生物氧化装置的研发

摘要

随着我国畜禽养殖业规模化、集约化和专业化的水平不断提高，畜禽养殖业产生的环境污染问题也日趋严重，尤其是畜禽养殖场产生恶臭气体对大气环境的影响。养殖场中的恶臭气体不仅对人类和畜禽健康产生影响，而且会对养殖场和养殖场周围环境产生严重的破坏。随着国家有关环保的各项法律法规的不断完善和落实，养殖场恶臭气体的减排工作越来越被重视，因此养殖场恶臭物质生物氧化装置的设计与研究具有重要的意义。
　　本文设计了一款基于生物法除臭技术与PLC控制技术的养殖场氨气生物氧化装置，生物法相对于传统除臭技术具有成本低、不易产生二次污染、除臭效率高等优点受到国内外普遍关注。PLC控制系统设计主要包含硬件电路设计、PLC软件与人机交互界面设计两方面的内容。其中硬件系统以台达DVP32ES200RPLC为控制单元，搭配各类传感器（温湿度、pH等），采用台达公司 DOP-B10S411型人机界面作为控制系统上位机；软件系统基于梯形图语言采用台达公司为自身产品开发的PLC开发工具WPLSoft软件开发，系统实现数据的采集、处理以及显示存储等功能。
　　（1）本文首先在实验室中完成小式装置实验，小式装置运行2个月完成生物填料的选择以及专有微生物菌群的培养及驯化，生物氧化装置填料选用火山石填料和聚氨酯填料两种填料作为实验对象。实验结果表明火山石填料和聚氨酯填料的氨氮去除效率都能可以达到85％左右，但是火山石填料的氨氮转换效率仅为60%左右，聚氨酯填料的氨氮转换率可以达到75%。通过比较两种填料的物理特性及性价比，本生物氧化装置的填料选用聚氨酯填料。
　　（2）本生物氧化装置的监控系统部分具有良好的人机交互界面（HMI），操作简单方便，用户可以在工业显示屏上非常方便的查看整体装置的运行情况以及各个监控参数的数据、修改控制时间以及被控对象的启停。
　　（3）针对养殖场氨气污染排放规律，结合养殖场猪舍通风实际情况，完成养殖场中式示范装置设计，生物氧化装置采用通风管道与猪舍相连，生物氧化装置有独立的风机，不受猪舍风机的影响。完成设计后在北京市昌平区北京原种猪场进行了中式装置的示范搭建，完成搭建后通过长期实验和连续实验验证其处理效果。运行结果表明：实施监测实验期间，猪舍内氨气体积分数在1.0×10-5~3.0×10-5昼夜波动，该生物氧化装置的氨气去除率可达到90%左右。
　　本生物氧化装置中式装置是国内首次将生物法除臭技术应用于养殖场现场臭气处理，并达到很好的预期效果。本装置实现反应器环境参数实时监测与控制，提高了整个装置的控制能力，有效的降低了系统的故障和维护费用，并减少了养殖场工作人员接触污染物的机会，改善了养殖场空气环境，有效的避免了二次污染的产生，且整个装置具有操作简单、运行安全可靠、运行成本低等特点。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2养殖场恶臭污染物的主要组成及相关排放标准

1.3国内外研究进展

1.4课题来源及研究内容

2生物氧化装置总体设计方案及分析方法

2.1引言

2.2生物氧化装置整体设计方案

2.3生物氧化反应器设计

2.4实验分析方法

3硬件系统设计

3.1引言

3.2PLC及扩展模块的功能介绍

3.3控制系统的硬件配置

3.4控制系统的组成

3.5硬件系统的电路设计

4 软件系统设计

4.1引言

4.2人机交互界面设计

4.3PLC程序设计

5整体调试与实验

5.1引言

5.2生物氧化装置实验室实验

5.3生物氧化装置中现场实验

5.4生物氧化装置建造成本

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果