基于西门子PLC300的餐厨垃圾处理自动控制系统研究

基于西门子PLC300的餐厨垃圾处理自动控制系统研究

万春景

西安航天三沃机电设备有限责任公司710100

摘要：本文在西门子PLC300的基础上，提出了厨余垃圾预处理自动控制系统。首先介绍了厨余垃圾的定义、特点及成分；其次详细介绍了厨余垃圾生产系统概况，研究了基于西门子PLC300的整体控制方案，介绍了自控系统的功能和工艺流程，实现了厨余垃圾的自动分拣及处理功能。

关键词：PLC；餐厨垃圾；预处理；自动控制系统

一、餐厨垃圾定义、特点及成分

餐厨废弃物指的是在餐饮制作、加工过程中，生产和制造出来的食物残余和废料等；餐厨垃圾是指除居民日常生活以外的饮食服务、单位供餐等活动中产生的食物残余和废弃食用油脂，俗称泔水[1]。国内的饮食文化和分类模式决定了餐厨垃圾在组分上具有如下特点：

1、成分复杂，含有一定比例的生活垃圾，如塑料袋、玻璃器皿、金属等；

2、水分高、盐分高、油脂高[2]。

餐厨垃圾典型组分及化学成分如表1所示。

表1-1餐厨垃圾典型组成成分

注：不同地区，表中数据因饮食习惯的不同而有所差异，仅供参考。

二、餐厨垃圾处理系统发展概况

餐厨垃圾俗称泔水，在上世纪八九十年代以及目前的一些偏僻的县城及乡村，泔水被用于猪的饲养是随处可见的事情，这样既解决了泔水无法处理的问题，也降低了饲养猪的成本[3]。因此，乡村中时常有个体户收集泔水，由于成本的制约和限制，他们通常对乘放泔水的桶不进行密封和其他处理，整车的环境十分恶劣，尤其在天气炎热的时候，难闻的气味散发并弥漫在空气和大街小巷中，严重影响了人们的生存和居住环境，也会带来细菌的滋生，不利于人们的身心健康[4]。更有无良商家，经过二次处理，将泔水中能够利用的材料通过分离、过滤等进行利用，将之重新端上餐桌，传染病毒病菌极有可能大量滋生，对人们的健康有着极其恶劣的影响，因此餐厨垃圾预处理系统的提出和发展是十分必要的。

餐厨垃圾可以通过精细化的预处理工艺，分拣除杂效率高，无机杂质去除率大于90%。油脂提取工艺高效率低能耗，为后续厌氧发酵系统提供稳定的物料。餐厨垃圾预处理系统：包括餐厨垃圾物料接收系统、大物质分拣系统、破碎筛分系统、油水分离系统及配套伴热系统、除砂系统。系统之间物料输送的工艺及配套工艺管线、阀门、电气、控制系统的深化设计，以满足项目正常运行为目的。

伴随着计算机系统和器件制作工艺的迅速发展，自动控系统也取得了长足发展，它在我国现代工业、制造业、交通运输等领域中占据了重要作用。PLC、数字芯片处理器、上位机等控制模块也得到了飞速发展和大量应用。PLC是一种可编程的逻辑控制器，它可以进行逻辑运算、定时和计数等功能，目前已经广泛应用在了数控机床、医疗仪器、交通运输等多个生产生活领域。基于PLC的自动控制系统可以满足现在人们生产生活对于高效的餐厨垃圾预处理系统的要求，提高了人们的居住环境。

本课题基于该背景，研究了餐厨垃圾的特点和成分，在此基础上，对基于西门子PLC300的餐厨垃圾预处理自动控制系统系统展开了研究，初步完成了基本满足餐厨垃圾车基本功能要求的PLC控制系统。

三、基于西门子PLC300的餐厨垃圾预处理自控系统

（一）自控系统概述

整个处理工艺能实现全自动控制。采用西门子300PLC控制，PLC所实现的功能包括以下：

（1）数据采集功能：采集本工程范围内各个生产过程的工艺仪表参数、电气设备运行状态等信息。

（3）控制功能：对工艺过程和控制设备按时序控制并可以自动进行控制。

（4）报警功能：系统对生产状况实时数据进行监控和分析以对设备及工艺过程中发生故障时发出警报，显示故障点和故障状态，按照报警等级做出相应反应，记录故障信息。并且可以根据要求对相应内容进行归档，触发相应动作等。

（5）生产数据管理及报表功能：根据采集到的信息，建立实时信息数据库，完成数据传送。

（二）自控系统工艺流程

1、接料沥水

餐厨垃圾由收运车将物料直接卸入接料斗内，由设置在接料斗底部的无轴螺旋输送机输送至分拣机，物料在输送过程中同时沥出大部分游离水进入水池。如图2-1是自控系统工艺流程图。

2、粗分拣

分拣机对物料破袋打散同时进行大小筛分，拣出尺寸50mm以上的粗大杂物，筛上杂物进入链板输送机，筛下细料落入细料输送泵后泵入脱水机。

3、破碎筛分

破碎筛分机对粗浆液进行高速随机打碎进一步制浆，同时，筛分出不易打碎的、利用价值较低的细小杂物，如粗纤维、塑料片等，细杂落入2#螺旋输送机，浆液由1#螺旋输送机输送入沉砂机。

4、沉砂

沉砂机重力沉淀出比重较大物质，如骨头、贝壳、玻璃、陶瓷、金属等，沉淀物由底部螺旋输送机缓慢输送入2#螺旋输送机，除砂后的物料溢流入1#水池。

5、压滤

用废水余热回收系统回收的热量对水池中浆液加热，提温至40℃左右，目的是为了降低浆液黏度，以利后续压滤效果；1#水池的温浆液泵入压滤机进行压滤处理；压滤机压滤出尺寸大于1mm的固杂物，滤渣落入2#螺旋输送机，滤液自流入组合加热器。

6、三相分离

物料在组合加热器中通入高温蒸汽被加热至75℃以上后泵入三相分离机，流量由阀门控制，从分离机不同出口分别得到粗油脂、贫油废水、有机固渣三相产物，固渣落入螺旋输送机。

7、沉降除杂

三相分离出的粗油脂含有少量水和杂质可通过重力沉降法去除大部分水和杂质。粗油脂进入中转油箱后被泵入沉降罐中，经过约4小时的沉降，得到品质较好，含杂率低的毛油；沉降出的杂质回流至1#水池，清油脂泵入油脂储罐贮存。

8、杂物去向

粗分拣、破碎筛分、沉砂、压滤、油水分离工序产出的杂物由链板输送机输送入渣车后外运处理。

图2-1自控系统工艺流程图

四、结论

本文在分析和研究西门子PLC300的基础上，提出了厨余垃圾预处理自动控制系统。文中首先介绍了厨余垃圾的定义、特点及成分；其次介绍了厨余垃圾生产系统概况，研究并提出了基于西门子PLC300的整体控制方案，详细介绍了自控系统的功能和工艺流程以及自控仪表设备的技术要求，实现了厨余垃圾的自动分拣及处理功能。

参考文献

[1]蒋金明,杨程,孔超,王玥,李妍.基于PLC控制系统的餐厨垃圾处理自控方案[J].环境卫生工程,

2016,24(03):16-18.

[2]魏洋.餐厨垃圾处理自动控制系统设计及算法研究[D].西安建筑科技大学,2016.

[3]杨德良,李雨露.基于PLC控制的CLJ-100餐厨垃圾处理机的研发[J].机电工程技术,2015,44

(09):70-73.

[4]刘宇.基于PLC的餐厨垃圾处理设备控制系统研究[J].自动化博览,2014(02):84-87.