堆肥法处理有机垃圾系统设计
本系统实现了堆肥法处理有机垃圾所产生的甲烷气体浓度的控制，保证垃圾堆放处的甲烷浓度处于安全水平。通过甲烷浓度传感器，温度传感器对仓库中的各项环境指标进行检测，并将测量值通过转换传入PLC中，PLC将接收到的值与设定值进行比较，将比较的结果按程序给出相应动作给变频器，从而控制风机转速来控制仓库中的甲烷浓度实现甲烷浓度的自动化控制。与此同时，通过XC-E4AD触摸屏的人机界面设计，实现了对甲烷浓度和温度的实时显示，并通过动画和历史曲线等功能使控制系统更加人性化。 M000162
关键词：堆肥法 温度控制 可编程控制器 有机垃圾
Design for Composting of organic waste treatment control system
In this paper, the system realizes the composting of organic waste treatment reduce of methane gas generated,ensure that the concentration of methane in the dump at a safe level.
By methane concentration sensors,temperature sensors in the warehouse for testing various environmental indicators,and compare preset values with measured value.The results will given by appropriate action to the inverter to control the speed to help reduce the methane gas .To realize the automation of methane concentration control.Through the XC-E4AD touch screen human-machine interface design,to realize the real-time display of methane concentration and temperature.And through features such as animation and historical curve makes the control system more humane.
Key words: Composting; Temperature Control; Programmable Controller；Organic waste
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1绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 国内外研究现状及分析 2
1.4 本研究课题的主要内容 2
2系统总体方案设计 4
2.1 系统的设计任务 4
2.2 系统的控制方案 4
2.2.1 甲烷浓度控制方案 4
2.2.3 自动控制方案 5
2.2.4 系统信息提示与报警方案 5
2.3 系统的工作原理 6
3控制系统的硬件设计 7
3.1 控制系统硬件配置 7
3.1.1 输入部件选型 7
3.1.2 输出部件选型 9
3.1.3其它部件选型 12
3.2 PLC硬件电路的设计 13
3.2.1 PLC型号选择 13
3.2.2 PLC IO地址分配 15
3.2.3 元器件明细表 16
3.3 电气控制系统设计 19
3.3.1 系统主电路设计 19
3.3.2 主电机控制电路图 20
3.3.3 备用电机控制电路图 20
3.3.4 系统控制电路设计 21
3.3.5 硬件接线图设计 22
4 控制系统的软件设计 24
4.1 PLC程序的设计 24
4.1.1 控制程序流程图 24
4.1.2 控制程序设计及分析 27
5 人机界面的设计方案 33
5.1触摸屏设计软件Touch Win 的功能和特点 33
5.2 堆肥法处理有机垃圾的触摸屏画面设计 33
结束语 37
参考文献 38
附录 39
附录1 39
致谢 55
1.1 课题背景 查看完整请+Q:351916072获取
自从改革开放以来我国经济保持高速的发展势头，人们生活水平得到很大的改善，加上我国的人口数量非常庞大使得各类垃圾数量在不断增长。而垃圾中含量高达60％～70%的有机垃圾数量庞大，大量的有机垃圾的堆放不仅造成城市的大气污染且占用宝贵的土地资源，而且其散发出的CO2和CH4还能导致温室效应。其中CH4为易爆气体会处理不当会增加垃圾场的安全隐患。世界各国目前大都采用堆肥法处理有机垃圾，但是有机垃圾的长期堆放处理就需要控制系统能够完成温度和甲烷浓度的监测与控制。因此，设计一个高效的温度和甲烷浓度监测与控制系统就显得十分重要了。
1.2 课题研究的目的和意义
随着城市的不断扩大人口的不断增加，城市有机垃圾的总量将不可避免的增多，如何安全环保地处理这些垃圾将是一项艰巨的任务。在现有可行的垃圾处理方法中，堆肥法处理有机垃圾是最环保可行的方法之一。
所谓堆肥法就是利用自然界中的各种细菌分解垃圾中的有机成分，在这个过程中会产生各种生物化学反应从而达到将有害物质重新分解为无害物质。堆肥法处理有机垃圾作为一种新型的替代性技术，不仅可以把有害的垃圾无害化处理还可以得到数量可观的有机肥。
在垃圾处理处，用堆肥法处理的有机垃圾需要长期堆放在一个相对封闭的地方。由于生物降解的有机物等化学反应的发生，将会产生许多热量和CH4等气体。如果任由其不断的发展而不加以控制，将使垃圾堆放处的温度不断升高甲烷气体的浓度不断增加。在高温环境下一定浓度的甲烷气体极易发生爆炸或者引发燃烧事故，加重环境污染危害人们的生命财产安全。所以通过控制系统时时检测堆肥法处理有机垃圾所产生的温度及CH4浓度。设定安全的浓度值一旦浓度过高启动风机和报警设备提醒管理人员并降低甲烷浓度，这样便于消除危险状况使得垃圾处理不会造成二次污染或更严重的灾害发生。
城市有机垃圾堆肥法处理在过程中产生的不利因素的控制是一项复杂而又需要我们深入研究的内容。随着世界人口的不断增多，城市化的不断加深，城市有机垃圾量必然逐渐增多。如何更加安全环保的处理这些垃圾这项工作对当前全球日益严峻的环境问题肯定会产生重要的影响。伴随着日新月异的控制科技的发展与堆肥技术的不断成熟完善，必将会使这项传统技术在更加安全的环境下发挥更加有效的作用。这项研究不仅会对垃圾处理的发展起到重要的作用，还会使城市环境的更加的美好。
1.3 国内外研究现状及分析
在国外，尤其是美欧等老牌发达国家，他们在生物处理垃圾技术上起步较早。发现利用生物分解城市生活的有机垃圾是最为行之有效的方法，因为该方法不仅土地占用相对较少造成二次污染的可能性降低。加上他们发达的控制系统能够最大程度上减少垃圾处理带来的负面影响。美欧等国家在这方面取得了长足的发展并且技术已经趋于完备，控制发展趋势向完全无人化发展。
反观国内，垃圾处理还是以低成本高环境污染的传统方式为主。浪费大量宝贵的土地资源尤其在一线大城市土地资源本就非常稀缺，管理机构还得花费大量的时间和金钱。随着政府不断重视环境对发展的重要性，各方面在垃圾无害化处理的投资越来越大且取得了丰富的成果。随着人们对垃圾无害化处理技术的重视，堆肥法处理有机垃圾越来越受到人们的重视并取得了显著地成果。但是目前的控制技术与西方国家还有很大的差距，因此堆肥法处理有机垃圾控制系统具有很好的发展前景。
处理有机垃圾的方法有很多，堆肥法相对于焚烧、填埋、等方法具有无可比拟的优势。填埋法会造成水资源污染，焚烧法会产生有毒有害气体会对空气质量产生严重的破坏作用。而堆肥法不仅可以除去有机垃圾中的有害物质，同时可以分解成包含许多营养成分的有机肥料替代传统的有害化学肥料，解决环境被严重破坏的问题。所以堆肥法成为一种最为行之有效的有机垃圾处理方法，它能最大限度无害化有机垃圾的同时产生出天然绿色肥料。
1.4 本研究课题的主要内容
本课题主要研究的是利用PLC控制系统处理堆肥法处理有机垃圾所产生的甲烷气体并检测温度，提高人员对垃圾处理处的管理效率和安全。在垃圾堆放处，通过堆肥法处理的有机垃圾需要堆放较长的时间。经过一系列的生物化学反应将产生较高浓度的甲烷气体和温度。所以需要有能及时降低甲烷浓度的控制系统提高人员的管理效率和垃圾处理场的安全。本系统通过安装在处理场的传感器输出标准的4～20mA的电流，通过模拟量扩展模块对温度和甲烷传感器检测的数据经过模数转换发送给PLC，再经由信捷PLC对数据经行线性变换和比较后控制变频器输出相应的段速给风机。在风机通风过程中使仓库中的空气得到流通降低甲烷的浓度。在此过程中PLC会对甲烷浓度实时监控直到甲烷浓度在设定的安全范围内。在本系统中通过变频器可以更好的控制风机转速还能节约能源，通过蜂鸣器和指示灯给管理人员相应的信息提示。
2系统总体方案设计
2.1 系统的设计任务
堆肥法处理有机垃圾所产生的甲烷气体是最大的安全威胁，如何安全有效的监控甲烷的浓度是本控制系统的重点。为了使垃圾场处于安全的环境，该系统需要对甲烷浓度经行时时的检测。系统通过安装在垃圾场中的温度传感器和甲烷浓度传感器得到的信息，经过变送成标准的模拟量信号传给模拟量扩展模块。PLC将得到的数据与设定好的安全值经行比较控制变频器输出不同的段速，风机也做出相应的动作。另外检测到的温度经过变换输出到触摸屏上，供管理人员经行参考。在风机运转的过程中PLC的检测不会停止，直到甲烷的浓度处于安全的范围内。 查看完整请+Q:351916072获取
关键词：堆肥法 温度控制 可编程控制器 有机垃圾
Design for Composting of organic waste treatment control system
In this paper, the system realizes the composting of organic waste treatment reduce of methane gas generated,ensure that the concentration of methane in the dump at a safe level.
By methane concentration sensors,temperature sensors in the warehouse for testing various environmental indicators,and compare preset values with measured value.The results will given by appropriate action to the inverter to control the speed to help reduce the methane gas .To realize the automation of methane concentration control.Through the XC-E4AD touch screen human-machine interface design,to realize the real-time display of methane concentration and temperature.And through features such as animation and historical curve makes the control system more humane.
Key words: Composting; Temperature Control; Programmable Controller；Organic waste
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1绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 国内外研究现状及分析 2
1.4 本研究课题的主要内容 2
2系统总体方案设计 4
2.1 系统的设计任务 4
2.2 系统的控制方案 4
2.2.1 甲烷浓度控制方案 4
2.2.3 自动控制方案 5
2.2.4 系统信息提示与报警方案 5
2.3 系统的工作原理 6
3控制系统的硬件设计 7
3.1 控制系统硬件配置 7
3.1.1 输入部件选型 7
3.1.2 输出部件选型 9
3.1.3其它部件选型 12
3.2 PLC硬件电路的设计 13
3.2.1 PLC型号选择 13
3.2.2 PLC IO地址分配 15
3.2.3 元器件明细表 16
3.3 电气控制系统设计 19
3.3.1 系统主电路设计 19
3.3.2 主电机控制电路图 20
3.3.3 备用电机控制电路图 20
3.3.4 系统控制电路设计 21
3.3.5 硬件接线图设计 22
4 控制系统的软件设计 24
4.1 PLC程序的设计 24
4.1.1 控制程序流程图 24
4.1.2 控制程序设计及分析 27
5 人机界面的设计方案 33
5.1触摸屏设计软件Touch Win 的功能和特点 33
5.2 堆肥法处理有机垃圾的触摸屏画面设计 33
结束语 37
参考文献 38
附录 39
附录1 39
致谢 55
1.1 课题背景 查看完整请+Q:351916072获取
自从改革开放以来我国经济保持高速的发展势头，人们生活水平得到很大的改善，加上我国的人口数量非常庞大使得各类垃圾数量在不断增长。而垃圾中含量高达60％～70%的有机垃圾数量庞大，大量的有机垃圾的堆放不仅造成城市的大气污染且占用宝贵的土地资源，而且其散发出的CO2和CH4还能导致温室效应。其中CH4为易爆气体会处理不当会增加垃圾场的安全隐患。世界各国目前大都采用堆肥法处理有机垃圾，但是有机垃圾的长期堆放处理就需要控制系统能够完成温度和甲烷浓度的监测与控制。因此，设计一个高效的温度和甲烷浓度监测与控制系统就显得十分重要了。
1.2 课题研究的目的和意义
随着城市的不断扩大人口的不断增加，城市有机垃圾的总量将不可避免的增多，如何安全环保地处理这些垃圾将是一项艰巨的任务。在现有可行的垃圾处理方法中，堆肥法处理有机垃圾是最环保可行的方法之一。
所谓堆肥法就是利用自然界中的各种细菌分解垃圾中的有机成分，在这个过程中会产生各种生物化学反应从而达到将有害物质重新分解为无害物质。堆肥法处理有机垃圾作为一种新型的替代性技术，不仅可以把有害的垃圾无害化处理还可以得到数量可观的有机肥。
在垃圾处理处，用堆肥法处理的有机垃圾需要长期堆放在一个相对封闭的地方。由于生物降解的有机物等化学反应的发生，将会产生许多热量和CH4等气体。如果任由其不断的发展而不加以控制，将使垃圾堆放处的温度不断升高甲烷气体的浓度不断增加。在高温环境下一定浓度的甲烷气体极易发生爆炸或者引发燃烧事故，加重环境污染危害人们的生命财产安全。所以通过控制系统时时检测堆肥法处理有机垃圾所产生的温度及CH4浓度。设定安全的浓度值一旦浓度过高启动风机和报警设备提醒管理人员并降低甲烷浓度，这样便于消除危险状况使得垃圾处理不会造成二次污染或更严重的灾害发生。
城市有机垃圾堆肥法处理在过程中产生的不利因素的控制是一项复杂而又需要我们深入研究的内容。随着世界人口的不断增多，城市化的不断加深，城市有机垃圾量必然逐渐增多。如何更加安全环保的处理这些垃圾这项工作对当前全球日益严峻的环境问题肯定会产生重要的影响。伴随着日新月异的控制科技的发展与堆肥技术的不断成熟完善，必将会使这项传统技术在更加安全的环境下发挥更加有效的作用。这项研究不仅会对垃圾处理的发展起到重要的作用，还会使城市环境的更加的美好。
1.3 国内外研究现状及分析
在国外，尤其是美欧等老牌发达国家，他们在生物处理垃圾技术上起步较早。发现利用生物分解城市生活的有机垃圾是最为行之有效的方法，因为该方法不仅土地占用相对较少造成二次污染的可能性降低。加上他们发达的控制系统能够最大程度上减少垃圾处理带来的负面影响。美欧等国家在这方面取得了长足的发展并且技术已经趋于完备，控制发展趋势向完全无人化发展。
反观国内，垃圾处理还是以低成本高环境污染的传统方式为主。浪费大量宝贵的土地资源尤其在一线大城市土地资源本就非常稀缺，管理机构还得花费大量的时间和金钱。随着政府不断重视环境对发展的重要性，各方面在垃圾无害化处理的投资越来越大且取得了丰富的成果。随着人们对垃圾无害化处理技术的重视，堆肥法处理有机垃圾越来越受到人们的重视并取得了显著地成果。但是目前的控制技术与西方国家还有很大的差距，因此堆肥法处理有机垃圾控制系统具有很好的发展前景。
处理有机垃圾的方法有很多，堆肥法相对于焚烧、填埋、等方法具有无可比拟的优势。填埋法会造成水资源污染，焚烧法会产生有毒有害气体会对空气质量产生严重的破坏作用。而堆肥法不仅可以除去有机垃圾中的有害物质，同时可以分解成包含许多营养成分的有机肥料替代传统的有害化学肥料，解决环境被严重破坏的问题。所以堆肥法成为一种最为行之有效的有机垃圾处理方法，它能最大限度无害化有机垃圾的同时产生出天然绿色肥料。
1.4 本研究课题的主要内容
本课题主要研究的是利用PLC控制系统处理堆肥法处理有机垃圾所产生的甲烷气体并检测温度，提高人员对垃圾处理处的管理效率和安全。在垃圾堆放处，通过堆肥法处理的有机垃圾需要堆放较长的时间。经过一系列的生物化学反应将产生较高浓度的甲烷气体和温度。所以需要有能及时降低甲烷浓度的控制系统提高人员的管理效率和垃圾处理场的安全。本系统通过安装在处理场的传感器输出标准的4～20mA的电流，通过模拟量扩展模块对温度和甲烷传感器检测的数据经过模数转换发送给PLC，再经由信捷PLC对数据经行线性变换和比较后控制变频器输出相应的段速给风机。在风机通风过程中使仓库中的空气得到流通降低甲烷的浓度。在此过程中PLC会对甲烷浓度实时监控直到甲烷浓度在设定的安全范围内。在本系统中通过变频器可以更好的控制风机转速还能节约能源，通过蜂鸣器和指示灯给管理人员相应的信息提示。
2系统总体方案设计
2.1 系统的设计任务
堆肥法处理有机垃圾所产生的甲烷气体是最大的安全威胁，如何安全有效的监控甲烷的浓度是本控制系统的重点。为了使垃圾场处于安全的环境，该系统需要对甲烷浓度经行时时的检测。系统通过安装在垃圾场中的温度传感器和甲烷浓度传感器得到的信息，经过变送成标准的模拟量信号传给模拟量扩展模块。PLC将得到的数据与设定好的安全值经行比较控制变频器输出不同的段速，风机也做出相应的动作。另外检测到的温度经过变换输出到触摸屏上，供管理人员经行参考。在风机运转的过程中PLC的检测不会停止，直到甲烷的浓度处于安全的范围内。 查看完整请+Q:351916072获取
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