环保——南大傲拓NA400系列PLC冗余系统在垃圾处理自控系统中的应用

 一、项目介绍
1.医疗垃圾处理项目作为我国近几年来的重点项目，国家环保总局非常重视，对主体设备和自控系统的要求也非常高。
2.本系统主要是通过检测现场烟气温度和压力，通过控制调节风机、水泵以及加药装置的频率和控制开关，从而达到控制烟气温度和含量的目的；通过南大傲拓NA系列PLC采集和控制模块对设备和现场仪表进行采集和控制，并把信号通过底版总线与CPU处理器传输，由CPU处理器完成处理后，再通过以太网与工控机连接；本套系统通过挂NA200PLC分别与远方的I/O模块通过MODBUS通讯，当一套发生故障时，备用系统自动投入运行；
当PLC把数据传送到工控机后，通过组态软件进行编程和组态，把数据显示在屏幕上，并在屏幕上制作操作开关对现场设备进行远程控制；并同时自动把数据转换为OPC的数据传输格式，把需要显示的数据传送给模拟屏。

二、系统介绍
1.项目简单工艺主要针对城市医疗垃圾进行处理，医疗垃圾收运后运到处置中心进行焚烧处理，垃圾首先进入焚烧炉和二燃室进行配风焚烧，焚烧后的烟气通过锅炉进行降温、除酸喷雾塔和布袋除尘器进行除酸和除尘，然后通过35米烟囱直接排放；锅炉产生的蒸汽用于发电或其它用途，本自控系统主要控制垃圾燃烧后产生的烟气温度和烟气成本含量，保证减少二次污染。
2.本项目主要使用南大傲拓NA系列PLC，模块选型如下：
中央处理器模块400CPU401-0501，冗余CPU，高性能CPU，内置2个RS232（标准MODBUS），1个以太网口（标准MODBUS/TCP），程序空间32M；
电源模块400PWM401-0501,功率：50W；
DI数字量输入模块400DIM401-3201，32点输入24VDC(漏型)采集现场设备的运转及故障状态；
DO数字量输出模块400DOM401-3201，32点输出24VDC晶体管控制现场设备的启停；
AI模拟量输入模块400AIM401-1601模拟量输入模块 16通道，电流型采集现场设备的压力、流量、烟气成分含量以及风机和加药泵的频率信号；
热电偶输入模块8通道400AIM401-0806采集1000度以上的烟气和蒸汽温度信号；
RTD热电阻输入模块8通道400AIM401-0805采集1000度以下的烟气和蒸汽温度信号
AO模拟量输出模块4通道400AOM401-0401通过程序的PID自动调节控制风机和加药装置的频率；

三、控制系统构成
1．本项目的硬件设备主要分为三个大部分：PLC部分、现场设备以及模拟屏部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传诵计算机下达的控制命令，并内部通过强大的内部运算国内进行PID自动调节，具体组成和选型依据如下：
PLC选用南大傲拓NA系列PLC，设计为0501两块CPU冗余系统，PLC与计算机采用以太网，并以以太网作为冗余网络；中控室计划设计为两台工业计算机模拟屏等设备，与计算机的通讯采用RS232直接串口通讯，软件选用IFIX组态软件。
现场采集和显示控制设备，基本选用国产元件，一般选用的测量1200度以上的温度S分度热电偶，1200度以下500度以上用S分度热电偶，500度以下用PT100热电阻测量，直接与相应的PLC模块连接，不需要任何的变送器元件；压力选用压力差压变送器把压力信号变成4-20mA的标准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过AI模块输入，频率的设定通过AO模块输出4-20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。
2．附加系统设备主要有变频器、压力变送器、温度传感器、智能仪表和控制继电器等，大部分设备与PLC之间全部采用硬连接，硬件配置及网络结构见下图：

四、控制系统完成功能

本系统的自动控制功能主要分以下几个部分：
一次风机、二次风机以及引风机的联动控制
在本系统中，焚烧系统的焚烧炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机以及引风机的运转频率全部联动控制；当引风机开启后，一次风机、二次风机才能开启，根据温度和烟气的氧气含量控制炉体转动的速度、加料电机的转速、一次风机、二次风机的频率进行调速控制，直接利用NAPRO的PID模块，直接设定设定值以及积分时间，非常简便；一燃室的烟气温度控制到850度，二燃室的烟气温度控制到1200度，使之不产生二恶英；一燃室温度过高时增大进料电机速度，同时减小一次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；二燃室温度过高时增减小一次风风机速度，同时增加二次风风机速度，同时要保证烟气的氧气含量在19-21之间，反之亦然；并且在控制一二次风的时候，必须自动调节引风机速度，保证烟道压力保证在-150PA左右。
碱液站的自动控制
在除酸喷雾塔中需要喷洒碱液以保证烟气的酸碱度，同上面一样直接利用NAPRO的PID模块，直接设定设定值以及积分时间，非常简便；
布袋除尘器的自动控制
设定温度值，利用PLC内部的比较指令，温度范围在130-190度之间时，启动布袋除尘器，超出范围时，通过PLC程序启动旁通阀，保护布袋。
锅炉给水自动控制
锅炉汽包水位是确保安全生产和维护正常供汽的主要条件，一般要求水位维持在设计水位的±50mm范围内；设定锅炉给水水位，通过PID模块自动调节给水阀门的开度，从而达到控制锅炉水位的功能。

系统最终检测结果：
PLC系统采集正常，数据显示和动作控制的时间不超过1000ms,数据交换的准确率为100%；
PLC数据传输精确，模拟量的精确度达到16BIT；
冗余系统正常，没有出现主从系统切换时中断，切换时一切控制正常，包括控制继电器不会断开、模拟量输出控制变频器转速不会丢失等；
模拟屏显示正常、数据刷新正常，数据刷新速度为1000ms；

该系统已在生产中得到实际使用，为企业带来了可观的经济效益，在该系统中，PLC系统的应用得到了充分的展示，这种冗余配置广泛的推广到其它行业应用提供一定的参考价值。