水泥窯處理城市生活垃圾控制系統的設計方法

隨著世界經濟的迅速發展，城市作為國家經濟發展和經濟快速前進的象征迅速地成長起來。然而由于城市人口聚集，生活垃圾數量巨大，影響城市生態環境，危害人民群眾身體健康，給社會帶來巨大的環境壓力。城市生活垃圾的處理已引起世界各國廣泛關注，成為環保領域的一項重大課題。紅星機械作為世界知名的裝備制造商，依托在水泥裝備、水泥成套的獨有優勢。在利用水泥窯（也稱水泥回轉窯）處理城市生活垃圾技術研究方面取得了一定成績，并形成一套自己獨有的技術，在工程中加以應用。而作為整個系統的核心——控制系統，在垃圾焚燒系統中顯得尤為重要，它直接影響著企業的生產和安全。水泥窯協同處置城市垃圾的環境負荷分析，基于此，我們針對就水泥窯處置城市生活垃圾控制系統的建立進行闡述和分析。

采用PLC與上位機組成DCS系統，對垃圾處理控制系統中的電氣設備實施控制，并對該過程的工藝參數進行監視和調節。整個電控系統由中央控制監控系統、垃圾儲存與破碎系統、垃圾輸送系統、垃圾焚燒系統以及渣儲存與輸送系統組成。在水泥窯中控室和垃圾破碎站操作室各設1臺中控機，主要完成信號監測、狀態指示、過程參數調節、報警、故障和重要參數的歸檔存儲等。當設備出現故障或工藝參數不正常時，PLC及工控機上的報警系統會發出報警，并啟動報警器，操作人員按動消警按鈕后切斷報警器。當設備恢復正常后警報自動解除。

一、系統的硬件設計

1、系統控制器及模塊選型

該垃圾處理控制系統中央控制器選用西門子CPU315-2DP，它具有規模較大的程序存儲容量和數據結構，采用Profibus-DP總線技術與現場控制設備的檢測信息通信，以保證系統高效可靠的運行。CPU機架本身配置8塊I/O模塊，并且具有機架擴展功能和PROFIBUS-DP主站/從站接口，用于建立分布式I/O結構。根據信號類型，I/O模塊分別采用8通道模擬量輸入模塊、8通道模擬量輸出模塊、16點數字量輸入模塊及16點數字量輸出模塊。

2、系統上位機選型

系統上位機選用3臺工業計算機，其中2臺放在垃圾處理中控室，1臺放在水泥中控室。垃圾處理中控室的2臺計算機，1臺作為工程師站編寫程序、編輯畫面及下載程序使用，且需要較高的權限才能啟用這臺工程師站的功能；另外2臺為操作員站，只能實現操作員的工作（監視數據，控制設備），如需進行操作員功能，則需有操作員的權限。

3、系統網絡設計

網絡是整個系統的中樞神經，它可將生產過程中的檢測、監視、控制、操作及管理等功能有機地組成一個完整實體。在垃圾處理控制系統中，采用工業以太網實現PLC和上位機通信，現場控制設備采用Profibus-DP現場總線技術進行通信。

CPU機架配置CP343-1以太網通信模塊，該模塊可有效地實現S7-300系統和上位機的無縫連接。工業計算機配置西門子1613以太網通信網卡，組建SIMATICNET工業以太網進行操作員站和工程師站以及PLC和上位機通信。PLC系統使用S7-300可編程序控制器的信號模塊，功能模塊和通信模塊進行擴展，CPU利用自帶的DP接口與現場I/O機架配置的ET200M模塊進行通信。

二、系統的軟件設計

1、系統控制流程

工業水泥窯處置城市生活垃圾設備有現場手動、中控手動和中控自動運行3種方式，現場手動主要在調試和設備檢修時使用，設備單獨運轉，沒有連鎖；中控手動是在連鎖失效時使用，只有啟動和停止功能，需要人工檢測設備啟停；中控自動是系統正常運轉時使用，所有設備都處于連鎖狀態，上一級設備停機下級設備自動停機。根據系統各個部分的功能，分別做自動連鎖。

（1）垃圾儲存進料門由于垃圾對周圍空氣污染的特殊性，為了進行垃圾無害化處理，垃圾儲存系統設置了全密閉的儲存空間，垃圾進料門也進行了比較復雜的控制。

（2）垃圾上料系統垃圾上料系統的任務就是把破碎后的垃圾送到燃燒系統的順序控制過程，各個部分順序啟停控制。

（3）垃圾破碎機它是垃圾預處理的核心設備，由于生活垃圾成分的復雜性，采用了液壓傳動系統，液壓傳動具有過載能力強、特性較軟等特點。

（4）垃圾焚燒垃圾焚燒系統是整個系統的關鍵，可分為煙氣系統和物料系統，兩個系統相輔相成構成完整的焚燒系統。

2、STEP7中硬件組態

根據系統設備布置和控制要求，DCS系統電動機柜和PLC儀表柜放在不同的配電室內。在編程過程中，按照不同的控制柜布置把PLC硬件組態起來，每個I/O控制柜之間用Profibus-DP網絡連接；垃圾輸送系統和滲濾液系統，包含了垃圾上料和滲濾液處理系統的所有信號和電動機控制，主CPU系統也配置在該系統內，主要完成系統所有信號的運算和處理功能；垃圾破碎系統包含了破碎機和進料設備的所有信號和電動機控制，完成垃圾破碎的整個過程；垃圾焚燒系統包含了垃圾焚燒的料處理和煙氣處理的所有信號和電動機控制，控制著系統的大部分關鍵參數和設備。

綜上所述，該系統網絡和軟件已經成功運用到實際生產。實踐證明，該系統安全可靠且平穩高效，達到了系統的設計要求，能夠滿足整個工藝系統的控制要求，提供了一種良好的人機交互手段。

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