基于PLC、组态软件的污泥焚烧及发电管理监控系统

基于PLC、组态软件的污泥焚烧及发电管理监控系统

陆金盛

（施耐德电气（中国）有限公司深圳分公司）

摘要：本文根据污泥焚烧及发电管理工艺,分析了自控系统的构成,并采用施耐德自动化的软硬件设备,设计了自控系统的硬件构成,该系统通过对多台可编程控制器（PLC）、仪表等的组态并采用VijeoCitect组态软件开发上位机软件,实现监控整个系统的运行。

关键词：污泥；焚化炉；自动化控制系统；PLC；组态软件

1引言

随着我国城市化进程的加快，污水处理厂的脱水污泥产量急剧增加,这些污泥含水率高，有机物含量高，容易腐烂发臭，如果得不到有效处置，将会严重影响当地环境质量，造成二次污染。为了提高人民的生活质量及响应国家十三五计划，本文以某一污泥焚烧及发电管理厂为例给出了一个高效处理污泥的解决方案。

2工艺介绍

污泥焚烧及发电管理系统主要有以下处理单元组成：污泥输送系统、流化床焚烧炉、风机送风系统、加药加料系统、锅炉汽包、汽轮机发电系统、烟气处理系统、灰分收集及输送系统等，详细工艺流程图见图一。

图一：污泥焚烧及发电管理工艺流程图

在开始阶段，前墙燃烧器将流化床焚烧炉和炉内的石英砂(即床料)加热至适宜操作温度约850~870℃，随后由特殊设计的喂料设备将来自不同污水处理厂的污泥稳定且均匀地送入流化床内进行处理。流化床焚烧炉的中部存在一个带有二次风引入系统的二次燃烧区，二次风的引入形成了分级燃烧，加上足够的燃烧区空间，保证烟气和飞灰的微粒有足够的停留时间，达到充分燃烧。而二次风的引入采用环面布置，合适的配比有利于强化焚烧炉的燃烧效果，提高锅炉出力和降低NOx的生成及排放。

焚烧污泥过程中产生的热量对锅炉加热，使锅炉汽包产生足够的高压蒸汽，这些高压蒸汽推动汽轮发电机进行发电，产生的电能可供全厂使用，甚至可以向外输送，产生经济收益。

污泥被充分燃烧后在底部产生的飞灰及炉渣经过分离器运送至飞灰及炉渣传送系统再由卡车把飞灰及炉渣运至堆填区填埋。

为了避免污泥处理过程产生的二次污染，首先需要在焚烧炉内注入氨水及生石灰，氨水和生石灰具有脱硫脱硝的作用，从而降低氮氧化物及SO2的产生，同时在烟气排放前需要分别加入活性炭及碳酸氢钠化学品，活性炭可以很好的吸附重金属污染物，而碳酸氢钠可以控制HCL、HF及SO2等污染物的产生。

为了防止烟气产生灰尘及大量水雾，在烟气排放前还需要加入布袋除尘器及对可能产生的水雾利用防羽化风扇及高温蒸汽进行加热处理。最后在烟囱处设计有烟气实时监测系统，如果烟气实时监测系统的其中某个指标不符合设计标准实时反馈至前面的各个控制系统，从而形成一个闭环监控系统。

3系统构成

系统主要采用了工业控制计算机（IPC）+可编程控制器（PLC）+现场检测仪表的监控模式，具体由PLC控制站、中控IO服务器站、历史数据库、现场操作站、中控操作员站、中控工程师站、网络设备、工厂网络接口等设备组成,并设打印机等外设，控制系统构成如图二。

图二：污泥焚烧及发电管理控制系统构成

3.1中央控制级

中央控制级由4个IO服务器、两个历史数据服务器、一个时钟同步服务器、4个操作员站、一个工程师站、两台打印机及两个主环网光纤交换机组成。该系统网络采用TCP/IP千兆的双环网冗余C/S架构，其中IO服务器1和IO服务器2互为冗余的计算机，IO服务器3和IO服务器4也是互为冗余的计算机，其中IO服务器1、2负责读取现场辅助系统控制站、焚化炉控制站及烟气控制站的PLC数据，而IO服务器3、4负责读取汽轮机控制站及烟囱监测控制站的数据，所有的操作员站、现场操作站及工程师站都从IO服务器上读取数据，从而减少PLC的工作负荷。为了使全厂的计算机及PLC的系统时间高度一致，该系统配备了一台时钟同步服务器，保障工厂的准时生产。为了可以长久保存全厂的运行数据及减轻IO服务器的工作负荷，本系统配备了两个历史数据服务器，这两个历史数据服务器互为热备冗余。

3.2分析式控制站

污泥焚烧及发电管理厂设有现场设备分析控制站，现场的各种监测仪表将各种环境参数传送至现场控制单元，经现场控制单元程序计算后，控制相应设备动作，同时现场PLC单元将监测量和控制量利用网络通讯系统传送至相应IO服务器，本厂设置了5个现场设备控制站，分别是辅助系统控制站、焚化炉控制站、烟气传送控制站、汽轮机控制站及烟囱监测控制站。

辅助系统控制站监控范围主要包括：注入氨水、注入石灰、注入石英砂以及除臭等系统。

焚化炉控制站监控范围主要包括：污泥运送系统、一次风机、二次风机、引风机、锅炉注水、燃油运送等系统。

烟气传送控制站监控范围主要包括：飞灰传送、炉渣传送、布袋除尘等系统。

汽轮机控制站监控范围主要包括：高压蒸汽传送、汽轮机发电管理等系统。

烟囱监测控制站监控范围主要包括：烟囱周围的大气环境监测。现场PLC完成对各点信号的采集控制，提高了系统的可靠性与可维护性。现场PLC站通过工业光纤以太网与中央控制室的IO服务器连接。当控制模式选择“自动”位置时，操作人员将不能利用电气控制柜或现场控制箱上的启/停按钮对设备进行启停操作，此时设备的控制权交给计算机控制，PLC将根据操作员站的控制指令，由PLC程序控制设备的运行。

3.3现场控制箱及仪表系统

工艺处理过程中的每一台电机及阀门设备都设计了一个现场控制箱，而各个监测仪表也设计了一个仪表箱。当转换开关位置在“就地”时，从现场控制箱可以控制设备的启停或者阀门的开关，当转换开关位置在“远程”时，各设备将由PLC进行控制，但是无论转换开关处在任何位置，相应的状态信号、故障信息及仪表数据都传送至相应的PLC控制站。

4系统监控软件设计

上位监控站是整个污泥焚烧及发电管理处置过程的实时监控管理层,上位IO服务器采集各个控制站的全部运行参数和信息,通过用户权限约定,实时监控整个焚烧处理流程和设备运行状况。

VijeoCitect是组件化集成人机接口软件(HMI),用来开发监视和控制自动化焚烧工艺过程监控软件。它是一个强大的管理级的监控软件,具有多服务器集群和多客户端的分布式结构,以及强大的可伸缩性。应用组态存在于各个IO服务器当中,而客户端可以任意地调用显示各服务器中的应用。同时,VijeoCitect也是施耐德产品战略的核心组成部分,为企业提供集成的一体化的监控方案。

本厂上位监控站的IO服务器运行监控软件,通过冗余环网,与控制站交换数据、采集信息,遥控和管理现场各机电设备。上位监控站在监控的同时,对所收集的运行数据和状态参数进行汇总分析、统计存储、报表生成、事件记录、报警和打印等处理;同时,生成实时数据库和历史数据库,作为日常管理和决策依据,支持在线查询、修改、处理、打印等功能,数据库带有标准的SQL接口和ODBC接口,可与其他关系数据库建立共享关系,为信息化管理系统提供基础数据信息。

下位开发编程软件采用施耐德的UnityProXL软件，该软件是支持IEC61131-3全部五种语言的应用编程、程序调试和诊断操作的软件套装工具，可用于施耐德电气的Premium，Atrium,M340和QuantumPLC硬件平台，该软件组合了施耐德电气原PL7和Concept软件的优点，并进一步增加了大量的新功能，使其解决复杂问题的能力更强，对用户的开放程度更高，对制造的生产率的提高更多，同时对企业中不同软件的协同能力更好。

5结束语

本文对污泥焚烧及发电管理工艺自控系统进行分析,设计污泥焚烧及发电管理工程的自动控制系统。系统实际运行情况良好,保证了焚烧工艺处理生产过程的安全、高效和可靠的工作,减轻了劳动强度,改善了操作环境;实现了工艺处理优化运行和生产过程的智能化调度;实现了现代污泥处置企业的信息化管理,充分发挥了网络通信技术的优势及信息资源共享;实现了节能降耗、经济运行的目的,使污泥焚烧工艺处置达到预期效果，同时采用流化床焚烧工艺处理污泥的方式，可实现污泥的无害化、减量化，资源化的目的，且运行费用较低，效益可观，值得大量推广。