PLC在沼氣發電工程中的運用

陳劍峰

(浙江拓峰科技有限公司，浙江 杭州 310018)

1.PLC在沼氣發電中的應用

1.1 工藝流程的介紹

根據工程工藝流程總體要求，上海某牛奶場牛糞發酵沼氣發電項目系統包括勻漿池攪拌、厭氧罐發酵、脫硫除濕、沼氣儲存、沼氣發電、沼渣分離等部分。

簡述如下：

勻漿調節池的回水和車輛運來的牛糞在勻漿池內進行混合，攪拌后通過切割機和進料泵進入勻漿池。經攪拌沉淀后，上層料液經溢流管和中層的料液經管道進入勻漿調節池進行升溫處理，底層的料液則通過除沙器的底部管道釋放出去。上層的清液溢流到勻漿池進行再利用。在勻漿調節池的料液基本達到厭氧發酵的條件后，由進料泵向2個厭氧發酵罐輸送料液，每天按一定的次數送料。厭氧罐的進料時進行溢流，發酵過的陳料溢流至固液分離機。經分離機分離后液體流入到后發酵罐，沼渣則進行固態有機肥加工銷售。收集的沼液可直接進入大田，有機肥可進入銷售渠道。厭氧罐的沼氣經過脫硫和水汽分離后進入儲氣罐儲存。氣滿后經過加壓進入沼氣發電機，進行并網發電。（詳見工藝流程圖）

2 需要實現的控制功能

2.1 進料系統

包括對勻漿池液位的控制，在液位達到預定液位是啟動進料泵進行抽料的處理，超過報警液位后報警并啟動兩臺進料泵進行抽料，保證勻漿池的液位不能超過警戒水位。

2.2 厭氧罐的發酵系統

通過鍋爐房和發電機的回水對厭氧罐內料液進行加熱，通過調節熱水管道上的電動執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酵溫度。提高系統的產氣量。

2.3 泥水分離單元系統

根據泥水勻漿池內陳料的多少來確定啟動的泥水分離機的臺數，以50%為一梯次，增加50%啟動1臺，直至2臺泵全部啟動；液位由最高水位每下降一個梯次減少一臺直至全部關閉。

2.4 鍋爐房及凈化室的沼氣濃度報警系統

根據房間內的濃度進行濃度測量，保證鍋爐房內的濃度在一定范圍內。如果濃度過高將開啟增壓風機對房間內的沼氣進行抽排，按照濃度不同，開的增壓風機數量也不同。

3.控制系統

3.1 控制系統的組成

S7-200系列PLC具有性價比高，可靠性好，及更多的功能塊組合的特點；SIMATIC WinCC具有界面友好，操作簡便，與S7-200的兼容穩定的特點。故本控制系統的構成基于西門子 S7-200系列 PLC，以 SIMATIC WinCC為人機界面，并結合現場操作箱進行緊急情況的操作。其系統結構為集散系統結構，以集中管理，分散控制為原則，為每一個具體的工藝段提供一個可靠的解決方案。其優點是分工明確，當主操作界面失效后，重要的工藝段可獨立工作，同時遠程及就地控制聯合協作，從而保證了整個系統的能高效運行，使系統的可靠性大大提高。詳見控制系統的組成圖

3.2 S7-200系列PLC和SIMATIC WINCC的互聯通訊

西門子S7-200系列PLC以PPI方式構成的網絡控制系統，上位機與下位機的通訊問題極為重要，處理不當時容易出錯。采用普通的MPI連接方式會產生數據無法傳輸的故障。其最主要原因在于S7-200系列PLC的通訊方式是RS485，而下位機則是RS232。雖然他們的硬件接口是一樣的，但協議不一樣，最后在下位機接口上接一個RS485轉RS232的轉換器。

3.3 控制方式

上海某牛奶場沼氣發電控制系統采用現場手動，本地和中控室三種控制方式：

（1）現場手動方式：在厭氧罐頂攪拌機這種距離控制箱有一定距離的設備旁邊設置手動操作箱，具備本地/遠程轉換開關，啟停按鈕和運行指示燈，可以在手動狀態下對設備進行現場操作，用于現場維護和檢修或者應急處理。

（2）本地控制方式：在所有需要啟動的設備旁放一個控制箱完成設備的手動操作，狀態顯示和自動運行。控制箱按照工藝流程進行區域劃分，各個區域獨立控制，互不干擾，保證安全生產。

（3）中控室控制方式：這是指在工控機的屏幕上完成設備的手動操作、狀態顯示、參數讀取設定和自動控制。控制系統設備運行完全由PLC進行控制，不需人工的干預。

應用總結

S7-200 PLC價格經濟實用，體積輕巧，擴展模塊齊全。同等規模系統，與用中型系列PLC相比，價格低1/3左右。功能強大，性價比高。因此更適合目前困難企業占多數的國情。同時它通訊能力超強、形式簡單、并有多種擴展方式、聯網能力強，可使多臺小型PLC組網，足以完成中型項目。本項目即一種具體應用。

[1]沈劍山.生物質能源沼氣發電[M].北京：中國輕工業出版社.2008，10.

[2]中國農業部/美國能源部項目專家組.中國生物質能技術商業化策略設計[M].北京：中國環境科學出版社.

[3]王平洋.電力系統自動化與智能技術[J].電力系統自動化.

[4]方承遠.工廠電器控制技術[M].機械工業出版社，2012.

[5]顧戰松.可編程控制器原理與應用[M].北京：國防工業出版社，1996.