医疗垃圾焚烧处理控制系统的设计与实现.pdf

医疗垃圾焚烧处理控制系统的设计与实现 南新元 胡吉林 姜 波 新疆大学电气工程学院, 乌鲁木齐 830008 摘要 医疗垃圾已成为威胁人类生活的“ 超级杀手”, 因此对医疗垃圾的处理至关重要。 针对新疆某医疗焚烧处理场, 介绍了热解焚烧工艺, 此工艺应用了西门子 S7 -300 系列 PLC 为核心的自动控制系统, 系统中将 MM440 变频器和 S7- 300PLC 的组合应用, 并且实现了两者通过 Profibus-DP 的通讯。 实践证明 该系统结构简明, 运行可靠, 便于在其他场 合进行推广和应用。 关键词 医疗垃圾; 热解焚烧; PLC; 变频器; Profibus -DP THE RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF THE CONTROL SYSTEM FOR INCINERATION OF MEDICAL WASTES Nan Xinyuan Hu Jilin Jiang Bo Electrial Engineering School of Xinjiang University, Urumch 830008, China Abstract The medicalwastes have become“ the super killer” threatening human life, therefore their dispoal is very important. It was introduced the pyrolytic incineration process, and an automation control system based on S7-300 PLC was designed for a station of incineration of medical wastes in Xinjiang.It was presented the combination application of S7 -300PLC and MM440 inverter and realized their communication by means of Profibus -DP. Itwas proved that the structure of the system is simple and reliable and canbe applied in other occasions. Keywords medical waste;pyrolytic incineration; PLC; inverter;Profibus-DP 0 引言 医疗垃圾是指各类医疗卫生机构在医疗、预防、 保健 、 教学 、 科研以及其他相关活动中产生的具有直 接或间接感染性 、 毒性以及其他危害性的废物 。与生 活垃圾不同 ,医疗垃圾通常带有大量病原体 ,其毒性 是普通生活垃圾的几十倍 、 上百倍 ,甚至上千倍,直接 威胁人身健康及社会公共卫生安全, 被称为人类的 “超级杀手” 。目前 ,对医疗垃圾处理的方法较多, 但 常用的有两种 热解焚烧和高温蒸煮消毒。高温蒸煮 消毒由于需要大量的填埋场进行后期处理,其应用受 到一定限制 ,而医疗垃圾中的塑料、一次性废物等高 热值物料含量较高 ,比较容易引燃, 故热解焚烧方法 被经常采用 [ 1 -2] 。 1 热解焚烧系统工艺 1 一燃炉 一燃炉内的垃圾在在400 ℃下不完全 燃烧, 发生热解反应 , 垃圾中的有机物被分解成可燃 气体, 随后进入二燃炉进行高温燃烧, 重金属类物质 则残留在灰渣中 。为提高热解焚烧的能力,本系统采 用两套一燃炉。 2 二燃炉 从一燃炉出来的可燃气体在二燃炉通 过点火装置进行高温燃烧。烟气在二燃炉中燃烧的 温度可到1 000 ℃左右 , 并且烟气需要在其中有足够 的停留时间 一般要达到 3 s , 这样可以有效的抑制 二恶英的产生。 3 换热器 废物燃烧产生的高温烟气是一种热资 源,对其加以回收利用可降低整个系统的运行成本, 提高经济效益, 同时可减轻尾气处理的负荷。 4 急冷塔 从二燃炉出来的烟气温度很高, 需要 对其经行降温处理 ,设计采用了喷雾化水 ,使高温烟 气迅速降低到200 ℃左右 。 5 喷淋吸附塔 从布袋除尘器出来的烟气有很大 的酸性 SOx、 HCl 、 NOx等 ,在喷淋吸附塔中通过不断 地喷 NaOH 溶液, 对烟气进行脱硫除酸处理, 同时还 可以起到降温的作用 。 107 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 6 布袋除尘器 布袋除尘器可有效吸附烟气中的 细微粉尘和重金属类物质 。 7 活性炭吸收塔 此装置主要用来吸收二恶英类 物质和其它有害物质 ,且活性炭可以再生使用 。 8 烟气检测系统 排出的尾气合格与否, 需要经 过此系统的检验 ,以避免造成二次污染 , 如不合格需 要把信号反馈给前端的控制系统中进行相关烟气处 理,最终使烟气排放达标 [ 3] 。 2 总体控制系统组成 根据热解焚烧系统的控制要求 ,设计采用了以西 门子 S7- 300PLC 作为控制核心的控制系统, 并通过 Profibus -DP 总线与两台 MM440 变频器进行通信 , 分 别对冷却水泵和喷淋泵进行调速控制 。上位机安装 有STEP7 编程软件和 WinCC 组态软件 , 编程软件用 来完成硬件组态、参数设置 、通信组态 、 编程及调试, 组态软件能够完成现场数据采集、实时和历史数据处 理、 流程控制、 动画显示、报警和安全机制 、 曲线和报 表输出, 以及监控网络等功能。S7 -300PLC 的硬件配 置如下 1 电源模块 PS307, 输入电压 AC220 V, 输出电 流2 A ,输出电压 24 V,1 块 。 2 CPU 模块选用 CPU315 -2DP , 1 块, 其具有大中 规模的程序容量 ,对二进制和浮点数有较高的处理性 能,有 2 个 Profibus-DP 主站 从站接口, 可用于建立分 布式 I O 结构和对大规模 I O 进行配置 。 3 数字量输入模块SM321,16DI 24VDC ,1 块。 4 数字量输出模块 SM322,16DO 24VDC 0. 5A, 1 块 。 5 模拟量输入模块SM331, 2AI12Bit ,1 块。 根据工艺要求, 设计采用的 PLC 控制系统主要 完成的控制任务 a . 投料系统, 通过 PLC 来控制电动 葫芦的正反转来实现投料斗的上升和下降,投料斗的 上升和下降均设置有行程开关 ,在程序中要实现投料 斗的上升和下降的互锁, 一燃炉的炉盖控制过程跟投 料斗控制过程相似。b. 点火系统 ,用来完成一燃炉和 二燃炉的点火工作 。当需要点火时 , 由 PLC 来控制 电机正转 ,使点火头 主要由电子点火头和喷油头组 成 前进并进行点火 ,当检测到点火成功之后 ,点火头 自动后退复位。c. 炉体冷却水系统,为了保证一燃炉 和二燃炉在工作的过程中炉体温度不至于过高 通常 控制在200 ℃左右 , 当温度超出时需要对其进行降 温保护作用。在两个炉膛的夹层内通过冷却水对炉 体进行降温保护 。当水位过低或者过高时发出报警, 通知值班人员进行故障排查。d. 急冷塔水泵变频控 制,研究表明,医疗垃圾的烟气温度在300 ℃左右时, 比较容易产生二恶英类物质, 所以要对烟气温度进行 严格的控制 。从二燃炉出来的烟气通过用雾化水对 其降温可以起到很好的效果 , 一般要求将其控制在 200 ℃ 左右。e . 除酸系统 ,医疗垃圾的烟气中酸性气 体较多,它们除会对设备造成损坏和造成大气污染, 另外还是产生二恶英的一个很大因素,所以必须进行 除酸处理。 图1 所示为控制系统的基本组成 。 图 1 控制系统基本组成 3 MM440 变频器通过 Profibus-DP 与 PLC 通讯的 实现 Profibus 是一种开放的标准通讯协议 , 它是针对 一般工业 环境下的应用而设计和开发的。 采用 Profibus 通讯可减少现场布线的数量, 便于 不用更改 布线 重新编程、检测和控制 , 传输速率高 , 可达 12Mbps, 保证了控制的时实性和精度 。由于以上原 因,对该系统中急冷塔水泵和喷淋吸附塔喷淋泵采用 了基于Profibus-DP 通信的变频调速控制 [ 3] 。 1 组态主站系统 根据选用的 S7 -300PLC 控制系 统,对各模块进行硬件组态, 主站的传输速率选择 “1. 5Mbps” ,选择“DP”行规。 2 组态从站 将 MM440 变频器连接到 DP 网上, 使之成为 Profibus-DP 从站 , 并对 MM440 的通信区进 行组态 , 选择应用方式为 4PKW、2PZD, 通信报文为 PPO 1。组态完成的主站配置及通信设置如图 2 所示 。 3 MM440变频器参数设置 为实现 S7-300PLC 通 过 Profibus 对 MM440 变频器进行有效控制 , 需对 MM440 变频器参数进行合理设置。下列参数是必须 108 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 图 2 主站配置及通信设置示意 设置的,如表 1所示。 表 1 变频器参数设置 参数内容设置 P0918Profibus 地址3、4 P0719命令和频率设定值的选择0 P0700快速选择命令源6 P1000快速选择频率设定6 P0927参数修改设置15 4 变频器控制程序编写 根据热解焚烧系统工艺 要求 ,S7-300PLC 需要对急冷塔水泵和喷淋吸附塔喷 淋泵进行变频控制 。急冷塔水泵变频控制的目的是 保证急冷塔的出口烟气温度控制在200 ℃左右。当 出水温度低于200 ℃ 时, 变频器输出频率控制在30 Hz 以下, 水泵转速在 880 r min 以下运行, 当温度高于 250 ℃ 时 ,变频器输出频率控制在 40 ～ 50 Hz, 对应水 泵转速为1 120～ 1 480 r min , 使出水温度迅速降低; 喷淋吸附塔喷淋泵变频控制的目的是通过检测流过 布袋除尘器中烟气的 pH 值来控制投入NaOH 溶液的 量,实现对烟气的脱硫除酸处理 [ 4] 。 程序的编写需要完成对 PZD 区 过程数据 的读 写和对 PKW 区 参数区 的读写, 如变频器的起停控 制、 频率设定、 实际速度反馈、 MM440 当前状态等 。 4 结论 以西门子S7 -300 系列 PLC 为核心的医疗垃圾焚 烧控制系统设计 ,实现了投料控制、点火控制 、 温度控 制等各环节的控制功能; 实现了 S7 -300PLC 与两台 MM440 变频器通过 Profibus-DP 的通讯 , 并对急冷塔 和喷淋吸附塔喷淋泵进行了有效控制 。该控制方案 具有结构简明、逻辑清楚等特点, 达到了预期的控制 效果,实践表明, 系统运行稳定 、可靠, 具有很好的社 会效益和经济效益。 参考文献 [ 1] 陈德喜. 医疗垃圾集中焚烧处理技术探讨[ J] . 中国环保产业, 2004 2 67 -69. 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