有機廢棄物自動化設備控制系統的研制

周國良

（麗水職業技術學院 浙江·麗水 323000）

0 引言

隨著校園綠化工程不斷深入，校園內樹木種類繁多，花團錦簇。同時在植被覆蓋率高的校園也帶來了落花落葉難以處理的問題，大量的花和樹木所帶來的枯枝落葉對校園環境帶來了較大的影響，如果把大量的枯枝落葉直接扔掉，會造成了很大的資源浪費。有機廢棄物如何有效的處理成大問題。

有機廢棄物自動化設備把大量枯枝落葉等有機廢棄物收集起來進行有機肥自動化生產，不僅可以處理掉大量的枯枝落葉，解決枯枝落葉處理難的問題，而且還可以生產出天然的有機肥，給我們校園綠化提供健康無污染的有機肥來源，美化環境，節約資源。該設備對于推廣到社會上有很大的實際意義，不僅可以避免資源的浪費，而且還可以減少化肥使用對環境的污染，特別適用于樹木資源豐富、綠化好的山區與城市。

1 有機廢棄物自動化設備的設計

本項目系統的構建全部采用臺達自動化設備，使用臺達的工業以太網技術將各個分站聯結起來，組成一個智能生產制造系統，同時融入了臺達手機APP軟件，實現了對系統遠程監視，數據收集與管理。實現有機肥的最快最優生產，節約了大量的勞動力。本設備主要有以下幾個分站組成，功能效果如下：

1.1 廢棄物收集粉碎單元

此單元采用臺達DVP-12SE PLC作為分站的控制單元，實現了廢棄物的收集和粉碎功能。本站的主要功能是粉碎落花落葉、樹枝等有機廢物，為了加快升溫和腐熟速度，有機廢棄物在去除堆肥干擾物（如塑料袋）后，將有機廢物粉碎到粒徑大小為10-50 mm，增加其比表面積，加速微生物的分解。

1.2 輸送單元

此單元采用臺達PLC作為分站的控制單元，使用臺達變頻器控制電機，控制傳送帶運行的速度，實現廢棄物粉碎后的輸送功能，將粉碎后的廢棄物輸送到生產單元。項目采用雙層螺旋送料機構送料，本項目設計的螺旋送料機構送料速度1.6m3/h，上料管徑 80mm，電機功率0.2kW。項目采用的雙層螺旋送料機構，其中上層為短傳送螺桿，下層為長傳送螺桿。生物質燃料經由料斗從落料口進入，然后經由上層短傳送螺桿由左往右傳送，待傳送至最右側后落入下層傳送螺桿。再經由下層傳送螺桿輸送至出料口。

1.3 堆肥自動化生產單元

堆肥生產單元是本項目的核心，采用臺達 AH510中型PLC作為控制中心，實現廢棄物的發酵過程。自動化的廢液收集功能和動態監控有機發酵生產肥料。其主要技術有發酵過程中的攪拌排風控制混合的比例均衡和適當的溫度控制、剩余液的自動收集、采用PID控制水分值、C/N比、溫度、通氣量、PH值、濕度等來讓達到微生物發酵的最快最佳環境。同時我們還可以通過手機APP實時監視發酵池的狀態。發酵池單元剖面圖如圖1所示。

圖1：發酵池單元實際剖面圖

1.4 生產現場人機界面交互單元

此單元采用臺達的觸摸屏，將觸摸屏連接到臺達交換機上，實現了與各個臺達PLC通訊的功能。利用現場總線技術連接觸摸屏、PLC主從站、變頻器及各類控制部件，使得管理人員從觸摸屏上可以看到生產過程的實時信息，并能通過觸摸屏發出對應的控制指令，實現對生產全過程有效的圖形化實時監控。

2 有機廢棄物堆肥工藝流程

有機廢棄物堆肥工藝流程如圖2所示，具體流程描述如下：首先將有機廢棄物進行前期的處理，包括利用粉碎單元的電動機旋轉刀將有機廢棄物粉碎，將粉碎物中的干擾物清楚，利用攪拌機對粉碎物進行攪拌。其次利用傳送帶（變頻器控制）將攪拌后的有機廢棄物輸送至發酵池，輸送帶的運輸速度可根據有機廢棄物的數量進行調速控制；發酵池控制系統是整個控制系統的核心，包括翻堆、轉堆、環境調控等功能，翻堆功能主要控制翻堆機行走；轉堆功能主要控制翻堆機上下轉堆、轉堆機精確平移等動作；最后利用風機將堆肥風干，完成整個堆肥的生產。

圖2：堆肥工藝流程框圖

3 控制系統硬件框架

根據有機廢棄物自動化設備的性能、控制要求以及手機APP監視、上位機觸摸屏的監控等要求，本項目選擇臺達中型機AH500 PLC、DVP 12SE小型PLC、DVS-008交換機。

觸摸屏選用臺達DOP-B07S411觸摸屏，該觸摸屏帶有以太網通訊協議，可通過交換機實現對PLC的監控以及與上位機的數據交換。有機廢棄物自動化設備硬件系統如圖3所示。

圖3：有機廢棄物自動化設備硬件系統

（1）根據工藝流程及硬件系統，有機廢棄物自動化設備的各工作站的電氣接線圖如下所示。

圖4中Y5為出液閥，將系統中多余的液體通過閥排出，保證系統的濕度。Y0與Y1分別控制伺服電機的脈沖數與方向，實現伺服電機的精準控制。在伺服運行過程中，X6作為伺服電機的保護限位開關。圖5中DVP-12SE PLC的Y4控制粉碎電機，在電機端連接刀具，用于粉碎有機廢棄物。Y5控制排風扇，用于控制電機在粉碎過程中產生的溫度。

圖4：中型機AH510 PLC的電氣接線圖

圖5：粉碎單元電氣接線圖

（2）控制系統組態設計。

圖6：有機廢棄物自動化設備組態設計

在組態設計中，可以根據不同的有機材料，設定不同的發酵參數值，發酵參數值包括了溫度、濕度、氧氣、二氧化碳濃度、PH值等，然后對上述參數值的當前值進行監控，并繪制其變化曲線圖。

4 總結

通過遠程無人值守堆肥池系統，實現了傳統堆肥過程中的勞動強度的降低、提高勞動效率、節約能耗、保證產品的優化。該系統的關鍵技術實現了堆肥過程中的全自動化控制管理，為工廠減員增效提升了條件。并且該系統實現了手機APP、遠程上位機訪問，實現了數據共享，方便查詢，為堆肥裝置的運行管理與調度決策提供了方便，促進管理水平的提高。