基于PLC的垃圾焚烧炉控制系统的设计

基于ＰＬＣ的垃圾焚烧炉控制系统的设计
[摘要]垃圾焚烧的控制是一个典型的过程控制，目前用于过程控制的主要有简单的单回路仪表控制、工控机(IPC)、可编程控制器(PLC)以及DCS。

其中，可编程控制器具有更强的抗干扰能力和良好的系统稳定性，并且具有体积小，编程简单，更容易为操作人员所接受的特点。

本文采用可编程控制器作为系统控制核心，以软件设计为主．详细论述焚烧炉系统的顺序控制及燃烧过程控制的软件实现过程。

[关键词]单回路仪表控制；工控机(IPC)；可编程控制器(PLC)；A／D
近十年来．我国城市垃圾产生量以平均每年8％－10％的速度增长，有一些城市，如北京的增长率更是达到15％－20％。

据1998年调查，全国垃圾的历年堆存量已经达60多亿吨，侵占土地面积多达5亿平方米，有200多座城市陷于垃圾包围之中，且有114的城市已发展到无适合场所堆放垃圾，以至于城市把解决垃圾的途径延伸到农村。

导致了城乡结合带区域环境恶化。

危及我国二十一世纪的可持续发展战略。

随着居民生活水平的提高，城市垃圾中有机物、可燃物、可回收利用物以及可利用价值均有较大增长．城市垃圾的处理直接关系到城市的形象，居民的身心健康，社会经济的可持续协调发展。

焚烧技术具有减量化、无害化及资源化等优点，随着城市建设的发展和城市规模的扩大，工业生产规模的不断扩大．城市人口数量剧增，垃圾产量也快速递增，使原有的垃圾填埋场地也难于寻找，采取垃圾焚烧方法，可使垃圾减容85％以上，最大限度地延长现有垃圾填埋场的使用寿命。

焚烧技术可以极大解决城市同体垃圾处理难的问题，但它同样面临着一个如何提高焚烧炉监控水平、运行管理水平、燃烧稳定性，最终实现安全、环保、经济优化运行的关键问题。

现代科学技术的飞速发展给传统的焚烧技术、燃烧过程控制技术带来了新的活力，展示了一个广阔的前景．通过数据库技术、网络技术、智能控制技术、数值模拟、专家系统，构建起焚烧热力系统的智能控制与信息网络平台是今后垃圾焚烧处理技术的发展方向。

1PLC技术简介
可编程程序控制器(Programmable Controler)，因为早期主要应用于开关量的控制，因此也称为PLC(programmable Logic controler)，即是可编程逻辑控制器。

现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。

PLC自问世以来，经过20年的发展，己经成为最受欢迎的工业控制类产品。

它不仅具有逻辑运算、定时、计数等功能，还具有数值运算、模拟调节、监控、记录、计算机接口、数据传输等功能，而且还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。

向上能与上位计算机进行数据通讯，向下不仅能直接控制生产设备，还可通过下级PLC去控制执行机
构。

另外，PLC还具备可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、设计安装容易等优点，它功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高，可以较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。

2系统设计目标
自动控制是垃圾焚烧设备运行控制的重要手段。

同体垃圾具有多组分、多变化的特点，导致垃圾焚烧过程的周期性和随机波动性，这种波动性可导致运行不稳定和垃圾燃烧不完全。

为了达到垃圾焚烧处理的无害化、减量化的目标，保证垃圾焚烧厂的安全、经济运行并严格达到环境保护的要求，垃圾焚烧厂的自动控制应有较高的控制水平。

系统的设计应该实现下面的几方面目标：
(1)保证垃圾焚烧厂设备的安全、经济运行：
(2)保证全厂的垃圾处理量：
(3)克服垃圾质量的变化，保证燃烧的稳定性，使燃尽率等指标达标：
(4)尽可能减少二次污染物的产生量，严格达到排放标准：
(5)尽可能减少蒸发量的波动，提高热能利用效率：
(6)降低运行和维护的费用。

(7)利用高性能的POMRON PLC编制高效控制程序，触摸屏监控整个垃圾焚烧设备的运行状况。

3垃圾焚烧炉PLC控制系统的设计
在PLC系统程序的编制时，通常使用模块化设计的方法来分别实现整个功能，对于OMRON PLC其程序实现模块化，最基本的方法就是使用子程序。

子程序是由于程序体和子程序调用两部分组成。

本文垃圾焚烧炉的控制程序主要下列模块组成，它们的功能如下：
(1) 开关量输入及滤波程序模块：开关量信号的滤波主要采用延时再确认的方法来实现。

当某一控制信号出现时，通过延时检查，如果仍然存在，就认为
它是真实信号。

经过相应的时间延迟，对这个信号进行再检，如果再检查时信号已消失，就认为它是假信号，将其舍弃。

延迟时间可以用定时器实现，也可以利用PLC的周期扫描时间，但都必须小于被滤波信号正常存在的最短时间，否则将丢失信号。

(2) 模拟量输入及整定功能模块：该模块的主要功能是实现数模信号转换。

首先，输入信号是现场物理参数(如温度、压力和流量等)经传感器检测变成电信号(弱信号)，再经过放大、滤波之后成为连续变化的波形。

根据事先确定的频率对波形采样，将每次的采样值(如模拟电压值)送给A／D模块，A／D模块把每次采样的电压值转换成数字信号(16进制数字)。

其次，将数字信号并行输入给D ／A模块，经转换后输出一个矩形波，经过放大滤波之后即变成一个连续变化的模拟量输出信号，实现将数字信号转换成为模拟量。

(3) 模糊控制程序功能模块：将量化因子置入PLC的保持继电器中，然后利用A／D模块将输入量采集到PLC的DM区，经过限幅量化处理后，根据它们所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制查询表，求得模糊输出量，再乘以输出量化因子即可得实际输出量，由D／A模块输出进行控制。

(4) 炉膛负压的PID调节功能模块：设置在二燃室的差压传感器把压力信号转换成4－20mA的电流信号，通过屏蔽电缆传送到PLC的A／D模块，PLC 执行PID调节程序，输出控制信号给变频器。

其PLC的控制程序实现是通过调用PLC内部的PID控制指令来实现的。

(5) 模拟量输出功能模块：模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成4－20mA的电流输出信号或0-10V，1-5V的直流电压输出信号，以提供给执行机构。

因此，模拟量输出模块又叫D／A转换输出模块。

4垃圾焚烧炉PLC控制系统的实现
当气化炉装满垃圾物料后，开始等待进入焚烧流程，整个焚烧炉过程控制流程如图1所示：
上述设计方案采用触摸屏与可编程控制器结合的形式实现，采用OMRON 的NS12触摸屏为人机界面，OMRON触摸屏的设计环境为OMRON公司开发的NS-Designer NS编程软件功能强大，有丰富的功能对象组件和图库。

触摸屏又称可编程终端，英文为Pro－grammable Terminal，简称PT，它是新一代高科技图形化人机界面产品。

它具有强大的显示功能和操作功能，既可以对生产现场、设备进行实时显示和监控，同时又可以在其屏幕上设置触摸开关，对设备进行操作。

触摸屏与PLC连接起来组成的控制系统的具体应用是：触摸屏完成对设备的操作、显示、报警等功能．PLC则根据生产工艺的要求，编制程序，直接对设备进行控制。

触摸屏替代了原控制中的显示盘、操作盘，PLC替代原控制中的控制盘。

这种方式摒弃了传统电气控制中的继电器、指示仪表及操作开关。

变硬件设备为软件设备，具有占地少、控制精度高、功能强、可编程、智能化等诸多特点。

当前在一些控制要求较高，参数变数多，硬件接线有变化的场所，触摸屏与PLC 控制形式已占主导地位。

5小结
本文主要介绍了控制系统的软件设计，利用模块化的编程思想，结构清晰，可读性强，程序的模块化可实现多人参与，提高编程的速度提高了程序运行的效率。

垃圾焚烧炉燃烧过程控制最关键的部分就是系统的稳定性、有效性和实时性。

该控制系统便于操作，易于控制，本文所阐述的处理方法充分利用现有的成熟的数据采集技术和工业控制计算机技术，使得系统具有较高的稳定性和可靠性，PLC结合触摸屏的控制方法，提供友好的人机界面，对现场被测参数进行实时检测，对数据进行存储，并给出总貌、分组图、回路调整画面、趋势图、历史画面和报警记录等画面。

注：本文中所涉及到的“图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。