PDF《PLC 在渗滤液焚烧发电系统中的应用》

PLC 在渗滤液焚烧发电系统中的应用 The Application of PLC in the SYSTEM of Incinerating Leachate for generating electricity (天津科技大学)樊勇, 顾翼 fan,yong gu,yi 摘要:本文主要介绍了西门子 S7-226PLC、台达变频器和 eview 触摸屏在渗滤液焚烧发电系 统中的具体应用,着重讨论了该控制系统的设计、数据采集、通讯、监控.

关键词:PLC 变频器 触摸屏 自由口通讯 PID 中图分类号:TP271 文献标识码:A 天津科委科技攻关项目 项目编号:033103811 Abstract: The application of S7-226 PLC、DELTA frequency converter and Eview operator'

s interface in the system of incinerating leachate for generating electricity is introduced in this paper. More discussion has been given on the system design, data collection, communication and monitor. Keyword: PLC;

Frequency Converter;

Operator'

s Interface;

Freeport communication;

PID

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 S7-226 PLC,因为它有两个通讯接口 port

0、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

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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

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0012 C7 :0n

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0022 B7 :0n

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0001 D8 n 为被监控变频器的站号,值为 1,2……..32.

6 PID 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. n n n n M MP MI MD = + + 比例项 *( ) n c n n MP K SP PV = ? 积分项 * / *( ) n C S i n n X MI K T T SP PV M = ? + 微分项

1 * / *( ) n C d s n n MD K T T PV PV ? = ? 其中 n SP 第n个采样时刻的给定值, n PV 第n个采样时刻的过程变量值, C K 回路增 益, S T 采样时间间隔, i T 积分时间, d T 微分时间, X M 第n-1 采样时刻的积分项,

1 n PV ? 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.

7 PLC 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

9 结束语 渗滤液焚烧发电既有效的解决了垃圾污染问题, 又可实现能源的再生利用, 具有广阔的 应用前景.本系统由 PLC、台达变频器、触摸屏等组成,满足工艺要求,在稳定性、实时性、 抗干扰能力方面效果显著. 通过触摸屏友好的用户界面可以现场调试, 修改不同的工艺参数, 大大提高了系统的灵活性. 参考文献 [1] 王丰春,田新珊. 焚烧发电技术在我国的应用 [J].中国电力,2002(6):36-38 [2] EasyBulider500 软件使用手册 [M].深圳人机电子有........