陳劍峰

(浙江拓峰科技有限公司，浙江 杭州 310018)

1.PLC在沼氣發(fā)電中的應(yīng)用

1.1 工藝流程的介紹

根據(jù)工程工藝流程總體要求，上海某牛奶場(chǎng)牛糞發(fā)酵沼氣發(fā)電項(xiàng)目系統(tǒng)包括勻漿池?cái)嚢?、厭氧罐發(fā)酵、脫硫除濕、沼氣儲(chǔ)存、沼氣發(fā)電、沼渣分離等部分。

簡(jiǎn)述如下：

勻漿調(diào)節(jié)池的回水和車輛運(yùn)來(lái)的牛糞在勻漿池內(nèi)進(jìn)行混合，攪拌后通過(guò)切割機(jī)和進(jìn)料泵進(jìn)入勻漿池。經(jīng)攪拌沉淀后，上層料液經(jīng)溢流管和中層的料液經(jīng)管道進(jìn)入勻漿調(diào)節(jié)池進(jìn)行升溫處理，底層的料液則通過(guò)除沙器的底部管道釋放出去。上層的清液溢流到勻漿池進(jìn)行再利用。在勻漿調(diào)節(jié)池的料液基本達(dá)到厭氧發(fā)酵的條件后，由進(jìn)料泵向2個(gè)厭氧發(fā)酵罐輸送料液，每天按一定的次數(shù)送料。厭氧罐的進(jìn)料時(shí)進(jìn)行溢流，發(fā)酵過(guò)的陳料溢流至固液分離機(jī)。經(jīng)分離機(jī)分離后液體流入到后發(fā)酵罐，沼渣則進(jìn)行固態(tài)有機(jī)肥加工銷售。收集的沼液可直接進(jìn)入大田，有機(jī)肥可進(jìn)入銷售渠道。厭氧罐的沼氣經(jīng)過(guò)脫硫和水汽分離后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存。氣滿后經(jīng)過(guò)加壓進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)，進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。（詳見(jiàn)工藝流程圖）

2 需要實(shí)現(xiàn)的控制功能

2.1 進(jìn)料系統(tǒng)

包括對(duì)勻漿池液位的控制，在液位達(dá)到預(yù)定液位是啟動(dòng)進(jìn)料泵進(jìn)行抽料的處理，超過(guò)報(bào)警液位后報(bào)警并啟動(dòng)兩臺(tái)進(jìn)料泵進(jìn)行抽料，保證勻漿池的液位不能超過(guò)警戒水位。

2.2 厭氧罐的發(fā)酵系統(tǒng)

通過(guò)鍋爐房和發(fā)電機(jī)的回水對(duì)厭氧罐內(nèi)料液進(jìn)行加熱，通過(guò)調(diào)節(jié)熱水管道上的電動(dòng)執(zhí)行器的開度控制熱水的流量，從而恒定厭氧罐保持最佳的發(fā)酵溫度。提高系統(tǒng)的產(chǎn)氣量。

2.3 泥水分離單元系統(tǒng)

根據(jù)泥水勻漿池內(nèi)陳料的多少來(lái)確定啟動(dòng)的泥水分離機(jī)的臺(tái)數(shù)，以50%為一梯次，增加50%啟動(dòng)1臺(tái)，直至2臺(tái)泵全部啟動(dòng)；液位由最高水位每下降一個(gè)梯次減少一臺(tái)直至全部關(guān)閉。

2.4 鍋爐房及凈化室的沼氣濃度報(bào)警系統(tǒng)

根據(jù)房間內(nèi)的濃度進(jìn)行濃度測(cè)量，保證鍋爐房?jī)?nèi)的濃度在一定范圍內(nèi)。如果濃度過(guò)高將開啟增壓風(fēng)機(jī)對(duì)房間內(nèi)的沼氣進(jìn)行抽排，按照濃度不同，開的增壓風(fēng)機(jī)數(shù)量也不同。

3.控制系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)的組成

S7-200系列PLC具有性價(jià)比高，可靠性好，及更多的功能塊組合的特點(diǎn)；SIMATIC WinCC具有界面友好，操作簡(jiǎn)便，與S7-200的兼容穩(wěn)定的特點(diǎn)。故本控制系統(tǒng)的構(gòu)成基于西門子 S7-200系列 PLC，以 SIMATIC WinCC為人機(jī)界面，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作箱進(jìn)行緊急情況的操作。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以集中管理，分散控制為原則，為每一個(gè)具體的工藝段提供一個(gè)可靠的解決方案。其優(yōu)點(diǎn)是分工明確，當(dāng)主操作界面失效后，重要的工藝段可獨(dú)立工作，同時(shí)遠(yuǎn)程及就地控制聯(lián)合協(xié)作，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的能高效運(yùn)行，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。詳見(jiàn)控制系統(tǒng)的組成圖

3.2 S7-200系列PLC和SIMATIC WINCC的互聯(lián)通訊

西門子S7-200系列PLC以PPI方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，上位機(jī)與下位機(jī)的通訊問(wèn)題極為重要，處理不當(dāng)時(shí)容易出錯(cuò)。采用普通的MPI連接方式會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸?shù)墓收?。其最主要原因在于S7-200系列PLC的通訊方式是RS485，而下位機(jī)則是RS232。雖然他們的硬件接口是一樣的，但協(xié)議不一樣，最后在下位機(jī)接口上接一個(gè)RS485轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換器。

3.3 控制方式

上海某牛奶場(chǎng)沼氣發(fā)電控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)，本地和中控室三種控制方式：

（1）現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)方式：在厭氧罐頂攪拌機(jī)這種距離控制箱有一定距離的設(shè)備旁邊設(shè)置手動(dòng)操作箱，具備本地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)，啟停按鈕和運(yùn)行指示燈，可以在手動(dòng)狀態(tài)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，用于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和檢修或者應(yīng)急處理。

（2）本地控制方式：在所有需要啟動(dòng)的設(shè)備旁放一個(gè)控制箱完成設(shè)備的手動(dòng)操作，狀態(tài)顯示和自動(dòng)運(yùn)行?？刂葡浒凑展に嚵鞒踢M(jìn)行區(qū)域劃分，各個(gè)區(qū)域獨(dú)立控制，互不干擾，保證安全生產(chǎn)。

（3）中控室控制方式：這是指在工控機(jī)的屏幕上完成設(shè)備的手動(dòng)操作、狀態(tài)顯示、參數(shù)讀取設(shè)定和自動(dòng)控制。控制系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行完全由PLC進(jìn)行控制，不需人工的干預(yù)。

應(yīng)用總結(jié)

S7-200 PLC價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)用，體積輕巧，擴(kuò)展模塊齊全。同等規(guī)模系統(tǒng)，與用中型系列PLC相比，價(jià)格低1/3左右。功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。因此更適合目前困難企業(yè)占多數(shù)的國(guó)情。同時(shí)它通訊能力超強(qiáng)、形式簡(jiǎn)單、并有多種擴(kuò)展方式、聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)，可使多臺(tái)小型PLC組網(wǎng)，足以完成中型項(xiàng)目。本項(xiàng)目即一種具體應(yīng)用。

[1]沈劍山.生物質(zhì)能源沼氣發(fā)電[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社.2008，10.

[2]中國(guó)農(nóng)業(yè)部/美國(guó)能源部項(xiàng)目專家組.中國(guó)生物質(zhì)能技術(shù)商業(yè)化策略設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

[3]王平洋.電力系統(tǒng)自動(dòng)化與智能技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化.

[4]方承遠(yuǎn).工廠電器控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5]顧戰(zhàn)松.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1996.