中国畜禽养殖业的迅速发展导致畜禽粪便年产量达50亿吨,是世界上产量最大的国家。畜禽粪便富含营养物质,但也含有砷、钴、磷等有害物质,这就使粪便无害化处理和资源化利用成为一个重要的研究问题。厌氧发酵就是一种能源化利用的处理方式,是一种降解有机物质最有效的处理方式之一。温度、湿度、p H、碳氮比、负载率等因素都会影响厌氧发酵的进程,有效控制这些因素在厌氧发酵的最优范围内,对提高发酵的进程和效果有重要意义。在上述背景下,本课题开始设计智能厌氧发酵罐,旨在提高厌氧发酵的效果和速率,实现厌氧发酵的自动化控制。本课题从算法创新和控制平台两方面入手,以厌氧发酵罐为对象,开展厌氧发酵罐内部环境控制方案的研究。厌氧发酵伴随着生物反应和化学反应,因此,发酵罐控制系统具有很大时变性,滞后性大与非线性。本文提出一种模糊神经网络PID智能控制算法,该算法以传统PID算法为基础,充分利用了神经网络算法优点和模糊控制算法优点。为保证厌氧发酵罐控制平台的稳定性与可靠性,本设计采用可编程逻辑控制器PLC西门子S7-200SMART作为核心控制器,采用上位机MCGS组态设计人机交互界面,验证了设计的可行性。主要研究内容如下:(1)厌氧发酵反应罐设计。研究厌氧发酵的工艺,根据厌氧发酵的特点、影响因素、控制结构和设备选型进行整体结构设计,包括罐体主体设计、保温装置、搅拌装置、多点传感器的选择和布局以及伺服搅拌系统的设计。(2)控制算法的选取。由于厌氧发酵的过程是一个具有多个变量,较大的滞后性和非线性的典型过程,所以很难获得精准的数学模型。本文引入模糊控制理论,对参数进行模糊控制,最后利用模糊算法求解模糊PID控制参数Kp,Ki和Kd以实现自适应调整。然后使用神经网络算法对模糊PID控制算法进行优化,首先在MATLAB软件中建立模糊推理系统FIS,对PID的Kp,Ki,Kd三个参数进行神经网络训练,同时运用Simulink模块进行仿真调试,通过MATLAB软件编写模糊神经网络程序,实现温度控制。考虑到厌氧发酵的过程伴随着产气,本文采用BP神经网络预测厌氧发酵的产气量。(3)控制平台搭建。利用PLC为控制核心设计厌氧发酵罐控制系统,STEP 7软件用于PLC程序编写和调试,MCGS组态软件用于设计昆仑通态触摸屏的人机界面,最后对伺服系统等执行设备和传感器进行接线工作后进行试验验证,最终得到智能厌氧发酵罐的温度控制准确率为99.17%,系统鲁棒性好,满足厌氧发酵控制设备的要求。