中国是农业大国,随着种植业、养殖业的不断发展,农业生产规模的扩大,我国农业废弃物的产量也不断增加。农业废弃物既是生态环境的污染源之一,同时也是一个巨大的资源宝库。农业废弃物的传统堆肥方式成本低廉、方法简单,但是占用场地面积较大,腐熟时间长,品质差,会对环境造成二次污染。随着社会的进步和科学技术的提高,集成式发酵设备堆肥已逐渐成为农业废弃物堆肥处理的主流方向。这种发酵方式占地面积小,可以通过设备进行除臭,以及杀灭病原物、寄生虫等,自动化程度高,发酵后的有机肥质量好。我国发酵装备技术起步较晚,发展迅速,但仍然存在着物料翻抛不均匀、曝气难控制、发酵不彻底及自动化程度低等问题。在本课题的研究中,针对现阶段好氧发酵设备普遍存在的问题,从快速堆肥发酵工艺的实现、自动控制、设备的普适性等方面对国内外好氧发酵设备进行了研究,吸收和借鉴国内外的经验,研制了一套农业废弃物快速发酵系统。本文的研究内容主要包括以下四个部分。(1)通过对好氧发酵工艺和国内外好氧发酵设备的研究分析,设计了一套农业废弃物快速发酵系统。具体设计要求为:满足项目要求的该系统堆肥周期为3天,腐熟周期小于市面上的大部分堆肥设备,在控制堆肥成本的同时提高发酵效率;适用于多种农业固体废弃物的堆肥配比,普适性强;自动化程度高,实现系统的手动/自动控制。(2)以实现快速发酵为目的,对快速发酵系统的发酵设备进行了结构设计。主要包括发酵装置、搅拌装置、喷淋系统、通风装置、加热装置及控制系统。按照使用要求对主要结构进行了设计、计算和校核,并对执行机构的部件进行了选型,确定了发酵设备主体结构。通过SolidWorks 2019对整个发酵设备进行建模,用AutoCAD 2020绘制了发酵设备的二维图,并进行试制加工。(3)快速发酵监控系统的软件设计。控制系统采用西门子S7-200 SMART CPU SR20作为控制器,MCGS触摸屏作为人机交互界面。根据控制要求和发酵设备的执行机构设计并绘制了该系统的主电路图和控制电路图,选择了控制柜内部的电器元件并完成了控制柜的组装和接线。在软件设计上,设计了PLC控制程序和触摸屏的界面;最后将PLC程序和触摸屏建立了连接。实现了发酵状态监控、实时控制、报警设置、数据浏览、历史数据导出等功能。(4)系统的调试与运行。该控制系统于2019年12月试制完成后在泰安宏创机械设备有限公司进行调试试验。现场调试过程顺利,控制系统稳定,满足设计要求,可以投入使用。