PLC在渗滤液焚烧发电系统中的应用

      1前言
　　
　　中国的经济在快速发展、人们生活水平在不断提高、城市化进程也在不断加快，但同时却面临着日趋严重的环境问题，特别是城市垃圾的处理。城市生活垃圾已经成为中国最严重的公害之一。及时处理城市垃圾是建设现代化城市不可缺少的条件。如何解决垃圾问题，已引起全社会的广泛关注。
　　
　　目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等，这三种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境、垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别。中国城市生活垃圾的厨余物多、含水率高、热值较低，利用焚烧法处理垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾储坑中储存3～5天进行发酵熟化，以达到渗出水分、提高热值的目的，才能保证后续焚烧炉的正常运行，将此过程中渗出的水分称为“渗滤液”。垃圾渗滤液中的成分比较复杂，主要是有机物污染物、氨氮磷、重金属等，是一种高污染、强烈恶臭的呈黄褐色或灰褐色污水，对于环境有极大的破坏力。目前主要运用的处理技术方法有回喷法、反渗透法处理、生化处理等。垃圾焚烧处理相对于其它两种方法在减量化、无害化、资源化等方面具有很大优势，这种集环保、发电于一体的垃圾处理技术，正在使垃圾成为一种资源，具有广阔的发展空间，成为解决城市垃圾出路的一个新方向。
　　
　　2控制系统的要求
　　
　　本系统要求包括（1）能够对实时监控现场的各种状态，显示当前的温度、流量、电机转速、变频器频率（2）能够在现场设定各种控制参数，（3）能够产生报警事件，包括温度过高、过低，流量过大、过小，电机转速过高、过低以及用户特殊定制的报警等。（4）能够加密以防止非专业人员修改系统参数。（5）能够为用户提供远距离开关控制。
　　
　　3工艺流程
　　
　　本系统的工艺流程主要是渗滤液原料罐首先经过过滤及反冲装置除去渗滤液中的悬浮物和漂浮物，然后送入传输管道，利用高压泵将其直接喷入焚烧炉燃烧。渗滤液流量和焚烧炉温度可以分别通过流量计和温度传感器测出，传给PLC模拟量模块,PLC通过自由口与变频器进行通讯，从而根据炉温来控制电机和泵的转速，以达到控制流量的效果。渗滤液高温焚烧中产生的热能转化为高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机。有毒的烟气则利用吸收塔回收净化，然后排入大气层。具体工艺流程图见图1。
　

　
　　                                      　　图1工艺流程图
　　
　　4系统结构及硬件配置
　　
　　本系统结构如图2所示：
　　

                                　　图2系统结构
　　
　　根据系统要求我们选择S7-226PLC,因为它有两个通讯接口port0、port1。将1口设为自由口通讯方式，与变频器进行通讯，0口保留为PPI协议与人机界面进行连接。模拟量模块选择EM235,具有4路模拟量输入，可以直接与各种参数变送器连接。人机界面选择eview的触摸屏，用户可以方便的定义机组的开关、状态设定、参数修改、报警复位以及显示一些重要参数。变频器选择台达变频器，该变频器操作简单，与西门子PLC组合使用性价比高。
　　
　　5西门子PLC与台达变频器的通讯
　　
　　本系统采用自由口通讯，众所周知采用D/A输出扩展模块来进行运动控制会因为模拟信号的波动和衰减使得系统不稳定，而RS-485通讯仅仅使用一条通讯电缆就可以完成变频器的启动、停止、频率设定，容易实现多台电机的同步运行，降低了系统的成本，增加了信号的传输距离和抗干扰能力。
　　
　　频器RS485端口定义如下：
　　
　　3:SG+信号正端，连接RS485口引脚3
　　
　　4:SG-信号负端，连接RS485口引脚4
　　
　　台达变频器支持Modbus通讯协议，该协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过该协议，控制器与其他设备、网络可以进行通讯。为了使西门子PLC能够与变频器进行RS485通讯设定相互认定的参数，只有设定一致才能进行通讯。这些参数包括波特率、停止位、奇偶校验和数据长度等。设置变频器通讯参数如下：
　　
　　F2-00 d4 由RS485通讯界面输入

　　F2-01 d3 由RS485通讯界面操作，键盘STOP有效

　　F9-00 dn 通讯地址为n,根据变频器的站号设置为1，2，3……..

　　F9-01 d1 波特率为9600位/秒

　　F9-04 ASCII mode 7,E,1

　　Modbus通讯协议包括两种通讯模式：ASCII模式和RTU模式，在一个Modbus网络中所有的设备必须选择相同的传输模式与窜口参数。本设计采用ASCII模式，消息帧格式如下所示：
　　
　　表1消息帧格式
　　

　　PLC采用自由口通讯，首先通过相关程序来读取Modbus通讯协议消息帧的ASCII码值并将其存放到指定的存储单元。将EM235采集到的模拟信号经处理转换为相应的频率ASCII码值替换掉原先存储单元的频率ASCII码值，并利用XMT发送指令实时发送给变频器，以达到实时控制电机转速的目的。
　　
　　按照通讯协议让变频器工作在正转50HZ需要发送的字符窜为：
　　
　　　　：01 06 2001 1388 3D

　　：为起始位，01为变频器站地址，06为功能码，表示写入字符至变频器，2001为变频器单元地址，1388为命令码，在此表示频率50HZ，3D为校验位，结束符为回车换行

　　正转、反转、停止的字符窜分别为

　　：0n 06 2000 0012 C7

　　：0n 06 2000 0022 B7

　　：0n 06 2000 0001 D8

　　n为被监控变频器的站号，值为1,2……..32。

　　6PID控制
　　
　　在工业控制中目前应用最多的仍然是PID控制，我们采用CPU内部的PID指令，使用十分方便。S7-200的V4.0版编程软件STEP7-Micro/WIN32提供PID参数的自整定控制面板，可以在线修改PID参数，察看运行结果。由于温度控制是一个大滞后我们采用改进后的PID控制。

　　
　　其中SPn第n个采样时刻的给定值,PVn第n个采样时刻的过程变量值,KC回路增益，Ts采样时间间隔,Ti积分时间，Td微分时间,Mx第n-1采样时刻的积分项,PVn-1第n-1采样时刻的过程变量值。根据设定温度与当前温度的差值利用PID调节功能实现对温度的精确监控。PID参数可以根据现场工况通过触摸屏进行现场调节，以保持系统的最佳性能。
　　
　　7PLC的程序结构框图
　　
　　根据整个系统的控制要求PLC的程序结构框图3所示：
　　
　　

 

                                       图3程序结构框图

      8 控制系统程序流程图

　　整个系统的程序流程图如图4所示：

 

图4程序流程图