醫療垃圾焚燒爐計算機監控系統的研究開發

摘要：文章以醫療垃圾焚燒處理系統為研究對象，對小型熱工監控系統的應用進行了深入的研究。本研究采用可編程控制器（PLC）作為下位機、工控機（PC）作為上位機與各種熱工參數組成一個集散控制系統（DCS），自動監測醫療垃圾焚燒爐的各項參數，并對醫療垃圾焚燒爐實行自動控制與調節，從而保證焚燒系統“經濟、安全、穩定”的運行。

關鍵詞：醫療垃圾；計算機；監控系統

中圖分類號：TP3273.4文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0090-01

目前一些發達國家對醫療廢棄物的處置主要是高溫高壓蒸汽滅菌法、電磁波滅菌法、化學消毒法、等離子體法和焚燒法等，其中應用最普遍的是焚燒處置法。焚燒處置法把處理過程產生的污染物控制在標準范圍內，處理后的廢物不可辨認、減容減量比大。

文章以醫療垃圾焚燒處理系統為研究對象，對小型熱工監控系統的應用進行了深入的研究，最后研制出一套安全、穩定、可靠的計算機熱工監控系統，從而保證焚燒系統“經濟、安全、穩定”的運行。

1醫療垃圾焚燒爐熱工監控系統總體設計

集散型控制系統由于具有連接方便、顯示方式靈活、數據存儲量大、監督方便、危險分散等優點，本監控系統采用集散型控制方式。根據監控系統運行上經濟性、經濟性和穩定性的要求本監控系統做如下總體設計。

1.1焚燒爐熱工自動監測功能

焚燒爐熱工監控系統中的自動監測系統是整個焚燒爐的操作和信息中心，負責檢查和測量焚燒爐的各種熱工參數（如壓力、溫度、流量和流速等）以及焚燒爐各個系統的工作情況，其主要功能有：

①數據的采集和處理。數據的采集和處理也是焚燒爐自動檢測系統中最核心最基本的功能，主要包括各種模擬量、開關量、設備運行方式的周期采樣或中斷請求采集。

②顯示屏顯示/操作。自動監測系統在顯示屏上把過程變量、控制參數、設定值、變化趨勢、報警狀態等信息用數字、文字以及圖形的形式清楚形象的顯示出來。畫面通過工具欄、菜單、快捷菜單等方式調用，使用十分方便。

③報警監視。自動檢測系統對任一過程變量進行限值檢查，一旦超過限定值即在顯示屏上顯示并可以在打印機上打印。報警方式有：設置報警欄、報警按鈕顯示、改變模擬圖中相應參數的顯示顏色或者背景顏色、報警列表等。

1.2焚燒爐自動控制功能

為了方便操作人員本監控系統分為自動控制和手動控制兩種控制方式，操作運行人員可以根據實際情況進行選擇。焚燒爐在運行過程中往往受到各種干擾而偏離正常工況，特別是醫療廢棄物存在給料量波動、發熱量不均勻、暴燃現象等，這樣就更加容易偏離正常工況，這就要求在設計自動控制功能時必須充分考慮各種可能的故障，對焚燒爐進行聯鎖保護和啟停控制，以方便運行人員的操作，確保焚燒爐安全、可靠、穩定的運行。

2醫療垃圾焚燒爐控制系統硬件設計

參照現代熱工控制系統的一般選擇策略，本醫療垃圾焚燒爐控制系統采用上位機(PC)和下位機（PLC）相結合的方案，具體的硬件設計如下：

①可編程控制器（PLC）的選擇。考慮到熱工控制系統對硬件的要求很高，其生產過程中的特點決定了系統必須具備較快的相應速度、較高的穩定性，本焚燒爐計算機熱工監控系統選用了西門子公司的SEMATIC S7-300可編程控制器，該PLC具有結構緊湊、性能優良、價格合適的優點。根據焚燒爐監控系統的實際需要和性能價格比綜合考慮，文章選用CPU 313作為PLC的中央處理器，該處理器可以滿足監控系統中參數采集、信號處理、與上位機通訊和控制輸出的需要。

②工控機的選用。根據實時監控系統在硬件方面的要求，工控機選用“研華”工業控制計算機作為上位機，上位機的具體配置為:賽揚1.8GHz的CPU、 2G內存、320G硬盤、聯想19寸液晶顯示器，光電鼠標，防水鍵盤等。選用西門子公司的SIMATIC S7-300可編程控制器作為下位機，下位機系統主要配置包括：SM332 4×12位模擬量輸出模塊（AO）、SM331 8×12位模擬量輸入模塊（AI）、CPU模塊上自帶數字量輸出模塊（DO）和數字量輸入模塊（DI）等。適配器選用S7-300專用多點接口卡，上位機通過多點接口卡與PLC互相通訊聯系。這樣上位機、下位機、變送器、運行參數測量傳感器、操作控制器等組成計算機集散型控制系統 （DCS），對醫療垃圾焚燒系統進行自動監測與自動控制。

③各種熱工儀表的選擇。熱工儀表作為監控數據的來源和控制執行的終端機構，它的準確選用是整個監控系統正常工作的前提，熱工儀表主要包括：壓力傳感器，監控系統在采集數據的過程中，壓力傳感器檢測的信號需要轉換成電信號然后接入到PLC的輸入模塊，根據工作原理的不同傳感器有電感式壓力變送器、霍爾壓力變送器、電容式壓力變送器等，目前電容式壓力變送器以其體積小、可靠性高在工業生產中得到廣泛的應用;執行器，執行器是自動控制系統中一個重要的組成部分，電動執行器具有動作快、便于和計算機配合適用、特別適用于遠距離的信號傳送等優點，本監控系統就選擇電動執行結構；測溫元件，熱電偶和熱電阻在溫度的測量中應用最為廣泛，本監控系統中根據焚燒爐各段溫度的高低上分別選用K分度和E分度的熱電偶。

3醫療垃圾焚燒爐監控系統軟件設計

該醫療垃圾焚燒爐計算機監控系統就是工控機通過它的監控系統將焚燒爐系統設備的狀態參數和運行參數采集到計算機中，然后對采集的數據進行處理，再以一定的方式報告給操作人員。本軟件的最大特點就是其組態功能強大，上位機軟件提供了一般的數據存儲功能、流程圖顯示功能、歷史數據查詢功能、系統安全管理功能、曲線跟蹤功能等。下位機軟件的主要設計任務是數據的采集（AI/DI）、數據的發送（AO/DO）、與上位機的通信和部分控制功能。

①上位機（PC）的程序設計。上位機軟件需要實現基本的數據存儲、流程圖顯示、數據查詢、報表打印、系統安全管理、歷史數據查詢等功能，因此上位機軟件在整個熱工監控系統中占的比重相當大，是整個系統開發最復雜的部分，本監控系統中上位機軟件采用通用組態軟件作為開發平臺。建立組態王工程的一般過程是：設計圖形界面、定義設備、構造數據庫、建立動畫連接、運行和調試。

②下位機（PLC）的程序設計。下位機軟件模塊主要負責模擬量/開關量的采集、各種熱工參數的傳輸和自動控制回路的實現。下位機軟件雖然代碼量少、結構簡單、處于集散控制系統（DCS）的底層，但是卻是整個控制系統的核心部分。S7-300 PLC的編程語言是STEP-7，該編程語言具有結構化程序設計的優點，它用文件塊的形式管理用戶編寫的程序和程序運行所需要的數據。

③上位機和下位機通訊。醫療垃圾焚燒爐計算機監控系統上位機（PC）通過MPI卡與可編程控制器（PLC）進行通訊，通過對PLC進行集中管理和監視，從而構成分散控制、集中管理的分布式多級控制系統。該控制系統中PLC是直接控制級，它負責現場過程的控制和監測。上位機是協調管理級，它要與下位機直接控制級、自身的人機界面和上位機信息管理級進行信息交換。

4結語

根據醫療垃圾焚燒爐系統對計算機控制系統自動控制和自動監測的功能要求，通過文章所做的研究工作，希望能為小型實時熱工監控系統的良好開發提供一條有效的參考途徑。

參考文獻：

[1] 王瑩瑩，張玉紅.西安市醫療垃圾處理現狀和污染防治對 策[J].黑龍江科技信息，2007，(3).

[2] 郭瑞國.基于PLC的垃圾焚燒爐控制系統的設計[D].南京: 河海大學，2006.