水泥窑处理城市生活垃圾控制系统的设计

随着世界经济的迅速发展，城市作为国家经济发展和经济快速前进的象征迅速地成长起来。然而由于城市人口聚集，生活垃圾数量巨大，影响城市生态环境，危害人民群众身体健康，给社会带来巨大的环境压力。城市生活垃圾的处理已引起世界各国广泛关注，成为环保领域的一项重大课题。红星机械作为世界知名的装备制造商，依托在水泥装备、水泥成套的独有优势。在利用水泥窑处理城市生活垃圾技术研究方面取得了一定成绩，并形成一套自己独有的技术，在工程中加以应用。而作为整个系统的核心——控制系统，在垃圾焚烧系统中显得尤为重要，它直接影响着企业的生产和安全。水泥窑协同处置城市垃圾的环境负荷分析，基于此，我们针对就水泥窑处置城市生活垃圾控制系统的建立进行阐述和分析。

采用PLC与上位机组成DCS系统，对垃圾处理控制系统中的电气设备实施控制，并对该过程的工艺参数进行监视和调节。整个电控系统由控制监控系统、垃圾储存与破碎系统、垃圾输送系统、垃圾焚烧系统以及渣储存与输送系统组成。在水泥窑中控室和垃圾破碎站操作室各设1台中控机，主要完成信号监测、状态指示、过程参数调节、报警、故障和重要参数的归档存储等。当设备出现故障或工艺参数不正常时，PLC及工控机上的报警系统会发出报警，并启动报警器，操作人员按动消警按钮后切断报警器。当设备恢复正常后警报自动解除。

一、系统的硬件设计

1、系统控制器及模块选型

该垃圾处理控制系统控制器选用西门子CPU315-2DP，它具有规模较大的程序存储容量和数据结构，采用Profibus-DP总线技术与现场控制设备的检测信息通信，以保证系统可靠的运行。CPU机架本身配置8块I/O模块，并且具有机架扩展功能和PROFIBUS-DP主站/从站接口，用于建立分布式I/O结构。根据信号类型，I/O模块分别采用8通道模拟量输入模块、8通道模拟量输出模块、16点数字量输入模块及16点数字量输出模块。

2、系统上位机选型

系统上位机选用3台工业计算机，其中2台放在垃圾处理中控室，1台放在水泥中控室。垃圾处理中控室的2台计算机，1台作为工程师站编写程序、编辑画面及下载程序使用，且需要较高的权限才能启用这台工程师站的功能；另外2台为操作员站，只能实现操作员的工作（监视数据，控制设备），如需进行操作员功能，则需有操作员的权限。

3、系统网络设计

网络是整个系统的重要神经，它可将生产过程中的检测、监视、控制、操作及管理等功能有机地组成一个完整实体。在垃圾处理控制系统中，采用工业以太网实现PLC和上位机通信，现场控制设备采用Profibus-DP现场总线技术进行通信。

CPU机架配置CP343-1以太网通信模块，该模块可有效地实现S7-300系统和上位机的无缝连接。工业计算机配置西门子1613以太网通信网卡，组建SIMATICNET工业以太网进行操作员站和工程师站以及PLC和上位机通信。PLC系统使用S7-300可编程序控制器的信号模块，功能模块和通信模块进行扩展，CPU利用自带的DP接口与现场I/O机架配置的ET200M模块进行通信。

二、系统的软件设计

1、系统控制流程

工业水泥窑处置城市生活垃圾设备有现场手动、中控手动和中控自动运行3种方式，现场手动主要在调试和设备检修时使用，设备单独运转，没有连锁；中控手动是在连锁失效时使用，只有启动和停止功能，需要人工检测设备启停；中控自动是系统正常运转时使用，所有设备都处于连锁状态，上一级设备停机下级设备自动停机。根据系统各个部分的功能，分别做自动连锁。

（1）垃圾储存进料门由于垃圾对周围空气污染的特殊性，为了进行垃圾无害化处理，垃圾储存系统设置了全密闭的储存空间，垃圾进料门也进行了比较复杂的控制。

（2）垃圾上料系统垃圾上料系统的任务就是把破碎后的垃圾送到燃烧系统的顺序控制过程，各个部分顺序启停控制。

（3）垃圾破碎机它是垃圾预处理的核心设备，由于生活垃圾成分的复杂性，采用了液压传动系统，液压传动具有过载能力强、特性较软等特点。

（4）垃圾焚烧垃圾焚烧系统是整个系统的关键，可分为烟气系统和物料系统，两个系统相辅相成构成完整的焚烧系统。

2、STEP7中硬件组态

根据系统设备布置和控制要求，DCS系统电动机柜和PLC仪表柜放在不同的配电室内。在编程过程中，按照不同的控制柜布置把PLC硬件组态起来，每个I/O控制柜之间用Profibus-DP网络连接；垃圾输送系统和渗滤液系统，包含了垃圾上料和渗滤液处理系统的所有信号和电动机控制，主CPU系统也配置在该系统内，主要完成系统所有信号的运算和处理功能；垃圾破碎系统包含了破碎机和进料设备的所有信号和电动机控制，完成垃圾破碎的整个过程；垃圾焚烧系统包含了垃圾焚烧的料处理和烟气处理的所有信号和电动机控制，控制着系统的大部分关键参数和设备。

综上所述，该系统网络和软件已经成功运用到实际生产。实践证明，该系统安全可靠且平稳，达到了系统的设计要求，能够满足整个工艺系统的控制要求，提供了一种良好的人机交互手段。