PLC在滲濾液焚燒發電系統中的應用

分類：技術教程日期：2009-06-03 17:07:54 來源：中國傳動網

摘要：本文主要介紹了西門子S7-226PLC、臺達變頻器和eview觸摸屏在滲濾液焚燒發電系統中的具體應用，著重討論了該控制系統的設計、數據采集、通訊、監控。

關鍵詞：PLC 變頻器觸摸屏自由口通訊 PID

1 前言

　　中國的經濟在快速發展、人們生活水平在不斷提高、城市化進程也在不斷加快，但同時卻面臨著日趨嚴重的環境問題，特別是城市垃圾的處理。城市生活垃圾已經成為中國最嚴重

　　的公害之一。及時處理城市垃圾是建設現代化城市不可缺少的條件。如何解決垃圾問題，已引起全社會的廣泛關注。

　　目前國內外廣泛采用的城市生活垃圾處理方式主要有衛生填埋、高溫堆肥和焚燒等，這三種主要垃圾處理方式的比例，因地理環境、垃圾成份、經濟發展水平等因素不同而有所區別。中國城市生活垃圾的廚余物多、含水率高、熱值較低，利用焚燒法處理垃圾時必須將新鮮垃圾在垃圾儲坑中儲存3～5天進行發酵熟化，以達到滲出水分、提高熱值的目的，才能保證后續焚燒爐的正常運行，將此過程中滲出的水分稱為“滲濾液”。垃圾滲濾液中的成分比較復雜，主要是有機物污染物、氨氮磷、重金屬等，是一種高污染、強烈惡臭的呈黃褐色或灰褐色污水，對于環境有極大的破壞力。目前主要運用的處理技術方法有回噴法、反滲透法處理、生化處理等。垃圾焚燒處理相對于其它兩種方法在減量化、無害化、資源化等方面具有很大優勢，這種集環保、發電于一體的垃圾處理技術，正在使垃圾成為一種資源，具有廣闊的發展空間，成為解決城市垃圾出路的一個新方向。

2 控制系統的要求

　　本系統要求包括（1）能夠對實時監控現場的各種狀態，顯示當前的溫度、流量、電機轉速、變頻器頻率（2）能夠在現場設定各種控制參數，（3）能夠產生報警事件，包括溫度過高、過低，流量過大、過小，電機轉速過高、過低以及用戶特殊定制的報警等。（4）能夠加密以防止非專業人員修改系統參數。（5）能夠為用戶提供遠距離開關控制。

3 工藝流程

　　本系統的工藝流程主要是滲濾液原料罐首先經過過濾及反沖裝置除去滲濾液中的懸浮物和漂浮物，然后送入傳輸管道，利用高壓泵將其直接噴入焚燒爐燃燒。滲濾液流量和焚燒爐溫度可以分別通過流量計和溫度傳感器測出，傳給PLC模擬量模塊,PLC通過自由口與變頻器進行通訊，從而根據爐溫來控制電機和泵的轉速，以達到控制流量的效果。滲濾液高溫焚燒中產生的熱能轉化為高溫高壓蒸汽，驅動汽輪發電機。有毒的煙氣則利用吸收塔回收凈化，然后排入大氣層。具體工藝流程圖見圖1。

圖1工藝流程圖

4 系統結構及硬件配置

　　本系統結構如圖2所示：

圖2系統結構

　　根據系統要求我們選擇S7-226 PLC,因為它有兩個通訊接口port0、port1。將1口設為自由口通訊方式，與變頻器進行通訊，0口保留為PPI協議與人機界面進行連接。模擬量模塊選擇EM235,具有4路模擬量輸入，可以直接與各種參數變送器連接。人機界面選擇eview的觸摸屏，用戶可以方便的定義機組的開關、狀態設定、參數修改、報警復位以及顯示一些重要參數。變頻器選擇臺達變頻器，該變頻器操作簡單，與西門子PLC組合使用性價比高。

5 西門子PLC與臺達變頻器的通訊

　　本系統采用自由口通訊，眾所周知采用D/A輸出擴展模塊來進行運動控制會因為模擬信號的波動和衰減使得系統不穩定，而RS-485通訊僅僅使用一條通訊電纜就可以完成變頻器的啟動、停止、頻率設定，容易實現多臺電機的同步運行，降低了系統的成本，增加了信號的傳輸距離和抗干擾能力。

　　頻器RS485端口定義如下：

　　3: SG+ 信號正端，連接RS485口引腳3

　　4: SG- 信號負端，連接RS485口引腳4

　　臺達變頻器支持Modbus通訊協議，該協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過該協議，控制器與其他設備、網絡可以進行通訊。為了使西門子PLC能夠與變頻器進行RS485通訊設定相互認定的參數，只有設定一致才能進行通訊。這些參數包括波特率、停止位、奇偶校驗和數據長度等。設置變頻器通訊參數如下：

　　F2-00 d4 由RS485通訊界面輸入

　　F2-01 d3 由RS485通訊界面操作，鍵盤STOP有效

　　F9-00 dn 通訊地址為n,根據變頻器的站號設置為1，2，3……..

　　F9-01 d1 波特率為9600位/秒

　　F9-04 ASCII mode 7,E,1

　　Modbus通訊協議包括兩種通訊模式：ASCII模式和RTU模式，在一個Modbus網絡中所有的設備必須選擇相同的傳輸模式與竄口參數。本設計采用ASCII模式，消息幀格式如下所示：

　　表1消息幀格式

　　PLC采用自由口通訊，首先通過相關程序來讀取Modbus通訊協議消息幀的ASCII碼值并將其存放到指定的存儲單元。將EM235采集到的模擬信號經處理轉換為相應的頻率ASCII碼值替換掉原先存儲單元的頻率ASCII碼值，并利用XMT發送指令實時發送給變頻器，以達到實時控制電機轉速的目的。

　　按照通訊協議讓變頻器工作在正轉50HZ需要發送的字符竄為：

　　：01 06 2001 1388 3D

　　：為起始位，01為變頻器站地址，06為功能碼，表示寫入字符至變頻器，2001為變頻器單元地址，1388為命令碼，在此表示頻率50HZ，3D為校驗位，結束符為回車換行

　　正轉、反轉、停止的字符竄分別為

　　：0n 06 2000 0012 C7

　　：0n 06 2000 0022 B7

　　：0n 06 2000 0001 D8

　　n為被監控變頻器的站號，值為1,2……..32。

6 PID控制

　　在工業控制中目前應用最多的仍然是PID控制，我們采用CPU內部的PID指令，使用十分方便。S7-200的V4.0版編程軟件STEP7-Micro/WIN32提供PID參數的自整定控制面板，可以在線修改PID參數，察看運行結果。由于溫度控制是一個大滯后我們采用改進后的PID控制。
　　
　　其中SP_n第n個采樣時刻的給定值, PV_n第n個采樣時刻的過程變量值, K_C回路增益，T_s采樣時間間隔, T_i積分時間，T_d微分時間, M_x第n-1采樣時刻的積分項, PV_n-1第n-1采樣時刻的過程變量值。根據設定溫度與當前溫度的差值利用PID調節功能實現對溫度的精確監控。PID參數可以根據現場工況通過觸摸屏進行現場調節，以保持系統的最佳性能。