基于PLC控制系統(tǒng)的餐廚垃圾處理自控方案

蔣金明，楊　程，孔　超，王　玥，李　妍

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074）

基于PLC控制系統(tǒng)的餐廚垃圾處理自控方案

蔣金明，楊程，孔超，王玥，李妍

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074）

以深圳市生物質(zhì)處理工程為例，闡述了一種基于PLC的餐廚垃圾處理自控方案。利用可編程控制器、工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件等技術(shù)形成過程控制級(jí)與過程監(jiān)控級(jí)組成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

餐廚垃圾處理；PLC；過程控制

1　餐廚垃圾處理工藝流程

深圳市生物質(zhì)處理項(xiàng)目主要處理對(duì)象為餐廚垃圾與城市脫水污泥，其工藝流程見圖1。

圖1　餐廚垃圾處理工藝流程

餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)粉碎處理后送入重力分選裝置，將易沉降的物料分離出來，剩余的利用破碎制漿裝置制漿后流入漿料暫存池，在暫存池內(nèi)提高物料含固率，含固率調(diào)節(jié)完成后的物料經(jīng)除砂、酸化、厭氧發(fā)酵、沼氣提純、沼渣脫水等工序，使餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃NG。

城市污泥經(jīng)地磅稱量后送入預(yù)處理車間污泥貯存?zhèn)}，與回流濾液混合制漿后，進(jìn)行水熱處理，然后進(jìn)入板框壓濾機(jī)脫水，得含固率為55%脫水泥餅及高濃度濾液。脫水泥餅通過車輛運(yùn)往附近糞便處理廠進(jìn)行堆肥，高濃度脫水濾液進(jìn)入廠區(qū)內(nèi)厭氧反應(yīng)器與餐廚垃圾有機(jī)漿料混合進(jìn)行厭氧消化。

2　餐廚垃圾處理自控系統(tǒng)

針對(duì)餐廚垃圾處理各系統(tǒng)較分散的工藝特點(diǎn)，全套自控方案由現(xiàn)場(chǎng)控制站與廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成［1］，其中現(xiàn)場(chǎng)控制站主要完成進(jìn)料及預(yù)處理、厭氧發(fā)酵、沼渣脫水、酸化、沼氣凈化提純的控制，并測(cè)控生產(chǎn)相關(guān)的重要過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、pH、溶解氧、電導(dǎo)率等；廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)主要確保各類設(shè)備的可靠運(yùn)行、安全生產(chǎn)、合理調(diào)度，保證系統(tǒng)運(yùn)行過程有直觀明了的信號(hào)和狀態(tài)顯示，并有完善的故障報(bào)警系統(tǒng)和機(jī)制。控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式將各控制子系統(tǒng)的工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)采集到綜合樓中央控制室操作員站上進(jìn)行集中管理，且預(yù)留數(shù)據(jù)通訊接口以便將數(shù)據(jù)上傳至接上級(jí)主管部門計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　餐廚垃圾處理自控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

2.1現(xiàn)場(chǎng)控制站

根據(jù)餐廚垃圾處理流程，PLC控制系統(tǒng)按不同車間分為預(yù)處理車間控制站、沼渣脫水車間控制站、沼氣提純車間控制站。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)置單獨(dú)的控制室或值班室，操作員可在控制室內(nèi)通過上位控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件或PLC柜上的觸摸屏讀取底層數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)、算法庫(kù)，進(jìn)行一系列的運(yùn)算，最終將AO/DO信號(hào)反饋結(jié)果傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并將整體數(shù)據(jù)上傳至中央控制室，實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理的目的［2］。

1）預(yù)處理車間控制站。

預(yù)處理車間控制站主要完成預(yù)處理、厭氧發(fā)酵、酸化等工藝的控制任務(wù)。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程，各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過PLC內(nèi)部預(yù)設(shè)的順序自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，把測(cè)控的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)PID計(jì)算后，通過控制器發(fā)送控制信號(hào)至蒸汽閥門、進(jìn)料泵等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

其中，預(yù)處理工藝包含餐廚垃圾與污泥預(yù)處理的接收與分選，接收系統(tǒng)測(cè)控集液箱液位、滲瀝液提升泵壓力及流量等參數(shù)，通過泵的啟停完成控制液位的目的。分選系統(tǒng)主要測(cè)控漿料加熱裝置的溫度與液位等參數(shù)。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)主要包含厭氧池液位、溫度、pH，厭氧循環(huán)泵流量、壓力，厭氧輸氣總管沼氣流量測(cè)量等。厭氧發(fā)酵側(cè)重點(diǎn)在于厭氧加熱的恒溫控制，采用蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽對(duì)厭氧進(jìn)料泵管道出口物料進(jìn)行直接加熱，加熱方式為蒸汽混合換熱，同時(shí)管路設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器與蒸汽管路上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)為PID調(diào)節(jié)，即溫度傳感器測(cè)得的傳感信號(hào)反饋給系統(tǒng)PLC，通過PLC實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)蒸汽管路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開啟度，以達(dá)到恒溫控制的目的。另外厭氧反應(yīng)器上設(shè)有額外的溫度傳感器，以便于實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行溫度校驗(yàn)，確定PID調(diào)節(jié)所需設(shè)置的溫度值。

為保證發(fā)酵產(chǎn)氣的穩(wěn)定，發(fā)酵罐采用連續(xù)進(jìn)料方式，根據(jù)厭氧池液位控制進(jìn)料與出料流量，以此恒定厭氧池內(nèi)物料體積，同時(shí)在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置厭氧池的進(jìn)料與排料時(shí)間。

沼氣發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)出沼氣，在沼氣易泄露的區(qū)域設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警探頭，并與有人值守的控制室或值班室內(nèi)的聲光報(bào)警器連接，提醒相關(guān)人員進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警處理操作。

2）沼渣脫水車間控制站。

沼渣脫水車間控制站主要完成沼渣脫水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、濾液池的控制任務(wù)。沼渣脫水系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的操作壓力、流量等參數(shù)。消防系統(tǒng)測(cè)控消防水池液位、高位水箱液位、消防泵出口壓力、流量等重要參數(shù)，并將部分信號(hào)送入電氣專業(yè)消防控制柜進(jìn)行連接。

3）沼氣提純車間控制站。

沼氣提純車間控制站主要完成沼氣提純凈化系統(tǒng)的控制任務(wù)。提純系統(tǒng)測(cè)控沼氣脫硫、脫碳系統(tǒng)以及脫水系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，并對(duì)沼氣組分進(jìn)行在線分析。

2.2廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)

全廠監(jiān)控系統(tǒng)由操作員站、工程師站、視頻監(jiān)控站、GPRS站、打印機(jī)、LED拼接大屏幕以及UPS組合，其中操作員站作為全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，可以動(dòng)態(tài)顯示全廠平面圖、全廠總工藝流程圖、局部工藝流程（剖面）圖等，并能對(duì)生產(chǎn)狀況實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、分析以及對(duì)設(shè)備、工藝過程中發(fā)生的故障進(jìn)行報(bào)警，顯示故障點(diǎn)和故障狀態(tài)。工程師站兼做數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)工藝的參數(shù)設(shè)定與調(diào)試、組態(tài)修改與編輯，并對(duì)各工段的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)，建立完備的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)通過硬件防火墻與上級(jí)主管部門安全連接，可以將餐飲垃圾處理系統(tǒng)的工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳給上級(jí)主管部門，從而使得上級(jí)主管部門能隨時(shí)掌握餐飲垃圾處理的運(yùn)行狀況，并對(duì)餐飲垃圾處理運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為上級(jí)主管部門提供1個(gè)對(duì)餐飲垃圾處理的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)督和協(xié)調(diào)的數(shù)字化平臺(tái)［3］。

視頻監(jiān)控站主要負(fù)責(zé)對(duì)全廠關(guān)鍵的工藝設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)控，攝像機(jī)的視頻信號(hào)傳輸至視頻分配器，處理后的信號(hào)送入拼屏控制器與硬盤錄像機(jī)，視頻監(jiān)控主機(jī)通過RS232接口控制拼屏控制器，將監(jiān)控圖像在55英寸LED拼接大屏幕上顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠集中監(jiān)控、集中管理、集中維護(hù)的目的。

GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，由車載終端、服務(wù)器和GPRS移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成現(xiàn)代化的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。餐飲垃圾收運(yùn)車上的車載設(shè)備獲取車輛地理信息數(shù)據(jù)，利用GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到綜合樓中央控制室GPS操作員站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。

3　結(jié)束語

利用PLC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和組態(tài)技術(shù)構(gòu)成完整的餐廚垃圾處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)，體現(xiàn)了分散控制、集中管理的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾處理流程的自動(dòng)化控制要求。但仍存在一些不足之處，本系統(tǒng)采用PID這一傳統(tǒng)方法來進(jìn)行溫度和壓力控制，隨著先進(jìn)控制技術(shù)的快速發(fā)展，在以后的研究中可以適當(dāng)?shù)丶尤胫悄芸刂扑惴▉砀纳瓶刂菩Ч缒Ｐ皖A(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

［1］王淑紅，李福進(jìn).基于PLC的污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（10）：7-8.

［2］劉宇.基于PLC的餐廚垃圾處理設(shè)備控制系統(tǒng)研究［J］.自動(dòng)化博覽，2014（2）：84-87.

［3］黃端.關(guān)于餐廚垃圾處理廠PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思考［J］.大科技，2013（17）：372-373.

Automatic Control Scheme of Kitchen Waste Treatment Based on PLC Control System

Jiang Jinming，Yang Cheng，Kong Chao，Wang Yue，Li Yan
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin300074）

Taking the biomass treatment project in Shenzhen as an example，a kitchen waste treatment automatic control scheme based on programmable logic controller（PLC）wasintroduced.A multi-level network architecture can be formed by using PLC，industrial automation configuration software and other related technologies and it consists of two stages：process control stage and processmonitoring stage.The automatic control scheme can be operated with safety and stability.

kitchen waste disposal；PLC；processcontrol

X799.3

B

1005-8206（2016）03-0016-03

蔣金明（1964—），高級(jí)工程師，從事采暖供熱、污水處理、垃圾焚燒、危險(xiǎn)廢物處理等工程自控儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2016-01-24