PLC與變頻器在醫(yī)療污物處理廠改造中的應(yīng)用

譚志全

（廣東省技師學院，廣東惠州516100）

0 引言

當今社會，妥善處理各類垃圾事關(guān)國計民生，相關(guān)企業(yè)處理工藝的合理性和設(shè)備的先進性至關(guān)重要。惠州某公司“處理中心”采用的技術(shù)對策是高效熱解焚燒專利技術(shù)。但是該公司以前的處理設(shè)施采用的是傳統(tǒng)繼電器電路控制，故障率高，控制性差，特別是每次停機，各項生產(chǎn)質(zhì)量指標一時難以恢復，對生產(chǎn)效率和排污合格性影響極大。近年來，隨著社會環(huán)保意識的增強，該公司也主動進行了設(shè)備的升級改造，其中設(shè)備控制電路采用了先進的PLC技術(shù)和變頻器進行自動化控制，垃圾處理能力和質(zhì)量都得到顯著提高。

1 改造項目概述

為應(yīng)對醫(yī)療垃圾這種危險類垃圾的無公害化處理，該公司技術(shù)上采用的是熱解焚燒工藝。由于涉及焚燒技術(shù)和環(huán)保問題，工廠通過工藝設(shè)計，圍繞焚燒爐制定了用大型引風機送風、一次和二次風機進行排風的方案。同時，工廠內(nèi)還設(shè)有應(yīng)急排風系統(tǒng)、除塵管道系統(tǒng)、三級冷卻系統(tǒng)等，保證設(shè)備的處理效果和長時間運行的可靠性。

為保證有足夠風量送進管道，工廠內(nèi)的引風機采用了AC 380 V/110 kW的三相變頻電機驅(qū)動；另外，根據(jù)工藝流程配置了兩臺中間風機，按流程分別叫一次風機和二次風機。其中，一次風機的電機容量是18.5 kW，二次風機的電機容量是7.5 kW。除了風機，現(xiàn)場另外還配有出渣機、爐排、水泵、報警器等裝置需要協(xié)調(diào)控制，之前的電氣控制效果主要依賴操作員工的密切調(diào)控，容易因為人為疏忽造成控制指標不達標。現(xiàn)在，為了達到控制簡便和焚燒爐內(nèi)風壓恒定的效果，通過PLC集中處理，配合變頻器、壓力傳感器、溫度傳感器等對各種負載進行控制，實現(xiàn)自動化控制的目標。

2 控制功能和要求

由于垃圾燃燒處理流程的嚴謹性，生產(chǎn)中必須保證各個環(huán)節(jié)可靠和穩(wěn)定。垃圾燃燒時溫度極高，同時爐內(nèi)會伴有較劇烈的氣壓和溫度變化，如果控制不當，輕則導致爐壁燒蝕、排風通道損毀，重則因為燃燒不當直接污染環(huán)境。為確保生產(chǎn)安全和處理效果，對控制工藝流程提出如下要求：

（1）風機啟動確保如下順序（手動模式和自動模式相同）：引風機→一次風機→二次風機。

（2）風機停機確保如下順序（與啟動順序相反）：二次風機→一次風機→引風機。

（3）發(fā)生事故必須緊急停機時：必須在電柜正面和各操作員工作崗位旁都安裝急停按鈕，當生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)異常時，現(xiàn)場操作員工能方便地迅速停車，同時系統(tǒng)發(fā)出聲音警報，防止發(fā)生更嚴重的事故。

（4）當風機發(fā)生故障時：

1）如果引風機發(fā)生故障，那么一次風機、二次風機都停機；

2）如果一次風機發(fā)生故障，那么引風機正常工作，二次風機停機；

3）如果二次風機發(fā)生故障，那么引風機、一次風機都正常工作。

（5）當燃燒爐內(nèi)溫度過高或爐內(nèi)外壓差過大時：當爐內(nèi)溫度超過設(shè)定溫度（例如2 300℃）或爐內(nèi)外壓差超出警戒值時，報警器發(fā)出響聲，提示員工控制投料速度，有必要時還需要自動調(diào)節(jié)風機頻率和爐排進給速度，輔助降低燃燒室內(nèi)的溫度和壓力。

（6）當水池缺水時：當水池水位低于下限時，冷卻水泵必須立即停止工作，同時報警器發(fā)出響聲，并且在觸摸屏上顯示當前警示信息，提示操作員工采取措施，并限時排除，否則延時設(shè)定時間后系統(tǒng)強制停止工作。

3 自動控制方案設(shè)計

結(jié)合上述描述，顯然傳統(tǒng)的繼電器控制很難勝任所有的控制要求，即使通過精心設(shè)計實現(xiàn)了要求，那必然是一項繁瑣而復雜的設(shè)計，除控制效果難以保證外，對前期調(diào)試和后期維護都極其不利。因此，采用當今比較主流的以PLC為核心的自動化控制方案顯得順理成章。

通過改造，在簡化電路的同時也能輕易實現(xiàn)上述復雜的控制功能和要求，另外因為增加了多項多方位檢測，整個系統(tǒng)新增了豐富的反饋，進一步提高了系統(tǒng)控制的自動化程度和焚燒效果的穩(wěn)定性。設(shè)計中，除了滿足上述要求，在PLC程序中還設(shè)計了自動/手動模式切換、變頻/工頻運行切換、互鎖、點動、限位保護等實用功能。另外，在設(shè)計中還可增加系統(tǒng)設(shè)置和信號調(diào)校的功能，以便后期維護和保養(yǎng)，這些功能通過PLC處理，再配合GOT界面即可實現(xiàn)。

4 PLC與變頻器的選擇

整個項目改造以PLC為核心，以眾多電機為主要控制對象，依據(jù)現(xiàn)場設(shè)計要求和驅(qū)動電機的銘牌參數(shù)，合理選擇PLC與變頻器的型號至關(guān)重要。

首先，綜合各項控制要求，PLC主機采用的是西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列小型PLC（CPU226 DC/DC/DC），它具有拓展模塊豐富的優(yōu)點，由于所需I/O點數(shù)比較多，必須增加兩個I/O擴展模塊（EM222）。如此合計共有24個輸入點、32個輸出點，通過核算，完全滿足現(xiàn)場控制規(guī)模的需求。另外，為滿足模擬量（溫度和壓力等）采集處理的要求，還配置了模擬量功能模塊（EM231）；為保證組態(tài)軟件和通信，配置了以太網(wǎng)模塊。這些模塊均支持直接與主機CPU226進行通信。

對于變頻器，選用的是深圳易能公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，它采用先進的控制方式，能實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動。根據(jù)容量匹配的原則，對一次風和二次風分別選配了18.5 kW、7.5 kW的變頻器。對于引風機，為避免出現(xiàn)異常過載報警停機現(xiàn)象，選用容量大一級即130 kW的變頻器更為合理。

5 PLC與變頻器控制功能設(shè)計

本改造項目以PLC為核心，功能設(shè)計的內(nèi)容主要是硬件電路設(shè)計和軟件程序開發(fā)。其中軟件程序即順控程序，開發(fā)內(nèi)容比較多，用法上也比較成熟，在此不再贅述。下面主要介紹PLC與變頻器等周邊設(shè)備的連接關(guān)系，限于篇幅以下僅展示部分代表性電路圖對PLC與變頻器的控制功能進行描述，期望能幫助讀者舉一反三。

PLC主機外圍接線、擴展模塊接線、變頻器二次接線分別如圖1～圖3所示。

圖1 PLC主機外圍接線圖

圖2 擴展模塊接線圖

圖3 變頻器二次接線圖

6 結(jié)語

運用PLC與變頻器進行升級后，污物處理廠新的控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡便化，改造優(yōu)勢明顯，這得益于本設(shè)計解決了以下問題：其一，西門子PLC和通用變頻器的介入大大簡化了電氣線路，使后期維護變得簡單和穩(wěn)定；其二，通過對PLC順控程序的優(yōu)化設(shè)計，很多參數(shù)的控制無需人工參與或僅需較少參與，這在降低勞動強度的同時，進一步提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性。另外，本工程在改造中還用到了當前主流的組態(tài)軟件，可以利用上位機和網(wǎng)絡(luò)實時在線監(jiān)控和采集車間的狀態(tài)與數(shù)據(jù)，使本例應(yīng)用在當今自動化領(lǐng)域更具代表性和借鑒意義。

[1]廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[2]劉建.PLC在電廠鍋爐設(shè)備變頻器上的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2009（1）：29-30.

[3]深圳市易能電氣技術(shù)有限公司.EDS2000系列通用變頻器使用手冊Ver.2.8-A6[Z].