Для процессов анаэробного брожения выделяют три температурных режима, соблюдения в пределах которых является необходимым условием бесперебойного производства биогаза и жизнедеятельности метаноутворювальних бактерий.
Также к ограничительным условиям относится максимальная температура нагревательного элемента, не может превышать 60 ° С. Нагрев субстрата происходит за счет передачи тепла воды, протекающей через нагревательный элемент. Вода нагревается в котле за счет сжигания произведенного биогаза. При вращении пластины активатора происходит активное перемешивание субстрата, выравнивание полей температур, интенсификация теплообмена между нагревателем и субстратом. Для уменьшения энергозатрат и увеличения выхода биогаза необходимо контролировать и регулировать величины: температуру поверхности нагревательного элемента; температуру субстрата в трех слоях - верхнем, среднем и нижнем, скорость вибрации пластины-активатора или вращения мешалки. Для контроля и управления параметрами анаэробного брожения в биореакторе предлагается такая схема управления (рис. 4.1) [37 - 39]. Управление по данной схеме возможно в реакторе с интенсификацией теплообмена, предложенном авторами (см. рис. 2.3). Температура субстрата отслеживается сенсорамиы t2, t3, t4, температура поверхности нагревателя - сенсором t1. По данным сенсора t1 сервопривод трехходового клапана на подаче теплоносителя на нагреватель регулирует степень подмешивания обратной теплоносителя.
По показаниям всех температурных сенсоров по заложенной программе в ЭВМ происходит управление двигателем - возмутителем перемешиваний субстрата с помощью частотного регулятора. Количество оборотов двигателя отслеживается тахометром. Для передачи информации в ЭВМ от датчиков и тахометра служат устройства сопряжения ПС1 ... ПС3. Для передачи сигналов управления от ЭВМ к сервопривода и частотного регулятора служат устройства сопряжения ПС4 ... ПС5.
Для интенсификации теплообмена выбрано способ вибрации среды, что в отдельных случаях позволяет увеличить теплоотдачу в десятки раз. Вибрация или перемешивания среды или нагревательного элемента приводит к активному перемешивания среды, выравнивание температуры в объеме, интенсификации теплообмена. Это в конечном счете приводит к уменьшению площадей теплообмена, улучшения протекания технологических процессов и энергосбережения.
По показаниям всех температурных сенсоров согласно заложенной программе в стационарном компьютере происходит управление двигателем - возмутителем перемешиваний субстрата с помощью частотного регулятора. Количество оборотов двигателя отслеживается тахометром. Для передачи информации в ЭВМ от датчиков и тахометра служат устройства сопряжения ПС1 ... ПС3. Для передачи сигналов управления от ЭВМ к сервопривода и частотного регулятора служат устройства сопряжения ПС4-ПС5.
От микрокомпьютера (контроллера) обработанная информация направляется на стационарный компьютер, в котором с помощью специально разработанной программы она подается в графическом виде и записывается в текстовый файл. Принципиальная схема информационных связей экспериментальной установки приведена на рис. 4.1.
Алгоритм программы автоматического мониторинга работы БГУ реализован на языке программирования Object Pascal с использованием IDE Delphi 7. Рабочие окна программы обработки и сбора данных от экспериментальной установки приведена на рис. 4.2.
В главном окне 1 (рис. 4.2) строятся графики зависимости температуры и числа оборотов вала двигателя от времени исследования. На информационной панели 2 в соответствующих ячейках динамично фиксируются данные параметров в виде числовых значений.
Кнопки 3 - "R", "P", "S" соответственно: начало считывания данных, пауза и стоп - остановка работы. В окнах 4 и 5 происходит налаживание работы программы и работы COM порта:
- Интервал таймера (1-20 сек, с интервалом 0,1 сек);
- Режим работы программы (непрерывно, дискретно)
- Минимальные значения отображения всех параметров;
- Максимальные значения отображения всех параметров.
Параметры настройки СОМ порта:
- Номер порта;
- Скорость передачи / приема данных;
- Количество бит информации;
- Тип контроля достоверности информации;
- Количество стоп-бит.
Общий вид экспериментального контроллера приведен на рис. 4.3.
Структурно-логические схемы программы обработки и сбора данных от экспериментальной установки изображена на рис. 4.4.
Все устройства сопряжения конструктивно выполнен в виде микрокомпьютера. Микрокомпьютер выполнен на базе однокристаличного микроконтроллера PIC 16F876.
Программа позволяет записывать данные с интервалом в 1 секунду в текстовый файл, который затем можно прочитать в табличном редакторе. Запись данных ведется в формате: дата, время, количество оборотов вала двигателя, температура первого датчика, температура второго датчика, температура третьего датчика, усредненная температура датчиков, расположенных в нагревательном элементе.