一种用于好氧发酵工艺的智能控制装置及控制方法[0002]有机固废物的好氧发酵处理工艺是指有机废物在微生物的作用下转化成稳定的腐殖质的过程，在这个过程中需要通过鼓风机的强制通风来供应微生物活动所需的氧气，同时调节好氧过程中的环境温度，使微生物处于最佳活动环境中，从而达到有机固废物得以充分发酵的目的。[0003]在好氧发酵过程中，起主要作用的是嗜氧微生物群，而这个微生物群种需要在一定温度和一定氧浓度条件下才能正常生产并繁殖，供风量过大或过小，抑或温度过高或过低，均会抑制其繁衍，因此，需要一个智能控制器能够根据发酵所需的环境，对上述因素做出合理的调节，以达到相应的目的。[0004]然而，现有控制器仅是通过传感器采集发酵物料的发酵温度或氧气浓度来控制供风量，有的控制器甚至仅仅采用是风机间歇启停的方式来对发酵物料进行强制通风，无法真正满足好氧发酵所需气候环境。
[0005]针对上述现有技术中 提到的问题，本发明的目的是:提供一种用于好氧发酵工艺的智能控制器及控制方法，该控制装置通过采用多级模糊控制理论综合处理发酵过程中的各个关键工艺参数，并根据处理结果输出供风量控制信号，使好氧发酵过程更加符合好氧发酵反应过程对所需气候环境的要求，同时具有降低能耗的效果。[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:[0007]—种用于好氧发酵工艺的智能控制装置，所述智能控制装置包括:
[0008]用于承担模糊综合处理功能，并将模糊处理后的结果生成控制信号的控制器；
[0009]用于采集处理发酵过程中的氧气浓度和环境温度的实时信号，并将实时信号转换为数字信号的输入信号调理电路，所述输入信号调理电路与所述控制器连接；
[0010]用于将所述控制信号转为能够控制鼓风机供风量的脉冲信号或模拟信号的输出信号调理电路；所述输出信号调理电路与所述控制器连接；
[0011]用于采集好氧发酵工艺中其他信号或完成其他相关控制功能的其它接口电路；及
[0012]用于为分布式控制系统组建通信网络的网络通信模块。
[0013]进一步，所述控制器将传感器采集到的模拟信号经输入信号调理电路转换成数字信号，再经中央处理器处理后，将数字信号经输出信号调理电路转换成控制信号。
[0014]进一步，所述智能控制装置还包括:用于保存一定周期过程参数值的大容量存储器；所述过程参数值用于控制过程中对控制规则库进行自我修复和优化。
[0015]进一步，所述智能控制装置还包括:用于参数设置及显示好氧发酵过程参数和运行数据的按键及显示模块。
[0016]进一步，所述智能控制装置设有扩展接口，可用于无线通信及其他功能的扩展。
[0017]进一步，所述智能控制装还包括加装抗干扰电路、避雷处理电路、输入端保护电路、过压保护电路、过流保护电路和反接保护电路。
[0018]一种用于好氧发酵工艺的智能控制方法，包括以下步骤:
[0019]步骤S1:根据好氧发酵工艺所需的参数要求及专家经验知识，建立适用于好氧发酵工艺多级模糊器的模糊控制规则库，并将其保存于控制器中；
[0020]步骤S2:利用不同类型的传感器对好氧发酵的环境参数进行信号采集，并将采集到的不同种类的模拟信号经输入信号调理电路转换为数字信号；
[0021]步骤S3:从步骤S2中所述的不同种类的数字信号中任选两个为一组，并将其传送至控制器进行模糊处理，并根据模糊控制规则库输出第I级模糊控制量；
[0022]步骤S4:将上述步骤S3中的第I级模糊控制量再与剩下的任一未做过模糊处理的数字信号组成一组，再传送至控制器进行模糊处理，并根据模糊控制规则库输出第2级模糊控制量，以此类推，直至输出最后一个模糊控制量，即第N级模糊控制量；
[0023]步骤S5:将第N级模糊控制量进行解模糊化处理，并输出数字控制量，再经输出信号调理电路将数字控制量转换为模拟控制信号，从而实现对执行机构的调控。
[0024]作为优选方案，所述步骤SI中模糊控制规则库的划分具体分为以下步骤:
[0025]1、首先划分输入变量和控制变量的模糊集，将温度信号和温度变化率的模糊集分别定义为:{很小，较小，小，中，大，较大，很大}和{较小，小，中，大，较大}，将氧气浓度值的模糊集定义为:{较低，低，中，高，较高}，将执行机构即通风量的模糊集定义为:{很小，较小，小，中，大，较大，很大};
[0026]2、将根据上述各类模糊集根据好氧发酵工艺要求及专家经验知识，分别整理对应级别模糊控制器的模糊控制规则库，并保存至控制器的存储器中。
[0027]作为优选方案，所述步骤S2具体包括:对好氧温度值、温度变化速率和好氧环境中的氧气浓度进行模拟信号采集，然后再经过输入信号调理电路输出与之对应的数字信号。
[0028]作为优选方案，所述步骤S3具体包括:将好氧的温度值与温度变化速率对应的数字信号传送至智能控制器装置，由相应的模糊控制器进行模糊化，并根据对应模糊控制规则库进行模糊处理，输出第I级模糊控制量。
[0029]作为优选方案，所述步骤S4具体包括:将第I级模糊控制量与反应氧气浓度的数字信号传送至智能控制器装置，由相应的模糊控制器进行模糊化，并根据对应模糊控制规则库进行模糊处理，输出第2级模糊控制量。
[0030]作为优选方案，所述步骤S5具体包括:将第2级模糊控制量进行解模糊化，得到供风量的数字控制信号，再经输出信号调理电路将数字控制信号转换为模拟控制信号，将模拟控制信号传送给鼓风机的调节装置(如调节阀、变频器等)，从而控制鼓风机的供风量。
[0031]本发明的有益效果是:本发明采用了多变量模糊智能控制的方法，能够将更加灵活，更加精准的实现对好氧发酵的所需环境因素的控制，从而达到最佳好氧发酵环境，且大大降低了好氧发酵过程的能耗。


[0032]图1是一种用于好氧发酵工艺的智能控制装置应用示意图；
[0033]图2是一种用于好氧发酵工艺的智能控制装置控制模块结构框图；
[0034]图3是智能控制装置的控制器电路图；
[0035]图4是输入信号调理电路结构示意图 ；
[0036]图5是输出信号调理电路结构示意图；
[0037]图6是多级模糊控制原理图。
[0038]其中，1-好氧发酵物料，2-氧浓度传感器，3-温度传感器，4-传感器电缆，5-控制器，6-通风管,7-鼓风机,8-电力电缆。

[0039]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0040]附图1所示的为一种用于好氧发酵工艺的智能控制装置在实际应用环境中的状态，其中，主要包括:好氧发酵物料1、氧浓度传感器2、温度传感器3，控制器5，通风管6和鼓风机7，所述氧浓度传感器2和所述温度传感器3 —端插在好氧发酵物料I中，采集其中的好氧发酵环境中的温度值、温度变换速率及含氧浓度，两个传感器通过传感器电缆4将采集到的模拟信号量送给控制器5进行模糊分析处理，控制器5将模糊分析处理的结果再通过电力电缆8传送给鼓风机，并控制鼓风机在通风管6的供风量，从而达到改善好氧发酵环境的目的，结合附图1便于理解下述部分的内容。
[0041]如附图2-5所示:一种用于好氧发酵工艺的智能控制器装置，所述装置包括:控制器主机，用于承担模糊域分析、参数模糊化、模糊算子、模糊控制算法等模糊综合处理功能，并将模糊处理后的解模糊化结果生成控制信号；输入信号调理电路，与所述控制器相连接，用于采集并处理与好氧过程密切相关的过程参数实时信号，并将这些信号实时值转换成数字信号，供控制器主机取用；输出信号调理电路，与所述控制器相连接，用于处理所述控制器发出的控制信号，使之转换成可用于控制鼓风机供风量的模拟信号或脉冲信号；数字量输入输出电路，用于采集好氧发酵工艺中所需其他信号或完成其它相关控制功能；网络通信模块，用于为多控制器组建通信网络。
[0042]所述智能控制器主机将采集到的传感器信号经输入信号调理电路，转换成数字信号，再经中央处理器信号处理后，将数字信号经过输出信号调理电路转换成控制信号。
[0043]所述装置还包括大容量存储器，用于保存一定周期的过程参数值。这些过程参数值可用于在控制过程中对控制规则库进行自我修复和优化。
[0044]所述装置包含按键及显示模块，用于过程参数设置及显示好氧发酵过程参数及运行数据；所述装置同时预留了其他功能模块的扩展接口，用于无线通信等其他功能的扩展。
[0045]为保证所述控制装置在正常电压下工作，所述装置还包括加装抗干扰、避雷处理、输入端保护、过压保护、过流保护、反接保护等保护电路。
[0046]控制器平台以单片微型处理器PIC24FJ64G为例，其电路图如图3所示。好氧工艺传感器经由接线端接入控制装置，其信号经过A/D转换隔离电路(图4)连接到微处理器上。微处理器经过数据处理后经由D/A转换隔离电路(图5)转换成执行机构所能接受的模拟量信号，从而控制鼓风机的供风量。存储器电路与为处理器器相联接，用于存储在好氧控制的工艺参数及过程参数。键盘/显示接口模块直接与控制器主机相连，用于人机交互。控制器可单机运行，也可作为智能终端通过RS485网络通信接口模块组成分布式控制网络。
[0047]结合附图6:以有机固废物好氧发酵为例，有机固废物进行好氧发酵的关键工艺参数有温度、氧浓度、物料含水率、耗氧率、二氧化碳浓度等，此处以温度和氧浓度两种参数作为控制器的输入信号，有机固废物好氧发酵的适宜温度在45°C~70°C，适宜氧气浓度范围在5%~15%。
[0048](I)首先划分输入变量和控制变量的模糊集。控制器主机将温度信号的模糊集分别定义为{很小，较小，小，中，大，较大，很大};温度变化率的模糊集定义为{较小，小，中，大，较大}而氧气浓度值的模糊集为{较低，低，中，高，较高}。执行机构为通风量，此处为模拟量调节信号，模糊集取为{很小较小，小，中，大，较大，很大}。
[0049](2)根据好氧工艺专家经验及各变量的模糊化结果，分别整理出对应单变量的模糊控制规则库，保存在控制器主机的存储器内。
[0050](3)输入实时信号的处理。控制器首先根据采集到的信号类别的不同判断变量类型。假设系统同时采集到温度传感器和氧气传感器的信号，则自动调用多级模糊控制处理程序。将处理结果进行解模糊化处理，即可得到实际需要通风量，由控制信号调理电路(图5)输出模拟控制信号对执行机构进行调控，调节鼓风机的通风量。
[0051]以上所述的利用较佳的实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域技术人员可通过阅读本发明后，做出细微的改变和调整，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范 围。