基于滲濾液焚燒發(fā)電的分布式溫控系統(tǒng)的研究-論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.1課題的背景與研究意義錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展情況錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.3滲濾液及其處理技術(shù)簡(jiǎn)介3</p><p&

2、gt;　　1.4本文主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　2控制系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.1 垃圾焚燒爐的選型7</p><p>　　2.1.1機(jī)械式爐排焚燒爐7</p><p>　　2.1.2循環(huán)流化床型焚燒爐7</p><p>　　2.1.3旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐8</p><

3、;p>　　2.2 本章小結(jié)8</p><p>　　3分布式監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及控制系統(tǒng)的總體方案9</p><p>　　3.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)9</p><p>　　3.1.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的定義9</p><p>　　3.1.2 DCS的基本結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.1.3分布式監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)11

4、</p><p>　　3.2 DCS在我國應(yīng)用現(xiàn)狀12</p><p>　　3.3分布式監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求12</p><p>　　3.4系統(tǒng)總體方案13</p><p>　　3.5 本章小結(jié)13</p><p>　　4監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型14</p><p>　　4.1中央監(jiān)控機(jī)

5、14</p><p>　　4.2液壓泵和電動(dòng)機(jī)的選型14</p><p>　　4.3傳感器的選型16</p><p>　　4.3.1傳感器選型原則16</p><p>　　4.3.2溫度測(cè)量及傳感器的選型16</p><p>　　4.3.3壓力測(cè)量及傳感器的選型18</p><p>

6、　　4.3.4液位測(cè)量及傳感器的選型19</p><p>　　4.3.5流量測(cè)量及傳感器的選型19</p><p>　　4.4可編程控制器的原理及選型20</p><p>　　4.4.1可編程控制器概述20</p><p>　　4.4.2可編程控制器的組成及工作原理22</p><p>　　4.4.3可編程控

7、制器的選型23</p><p>　　4.5變頻器原理及選型25</p><p>　　4.5.1電機(jī)變頻技術(shù)概述25</p><p>　　4.5.2變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)25</p><p>　　4.5.3通用變頻器的基本組成及其控制方式25</p><p>　　4.5.4變頻器的選型27</p&

8、gt;<p>　　4.6 本章小結(jié)29</p><p>　　5監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.1監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概要30</p><p>　　5.2上位機(jī)組態(tài)軟件30</p><p>　　5.2.1組態(tài)軟件介紹30</p><p>　　5.2.2組態(tài)軟件的選擇31</p&

9、gt;<p>　　5.2.3組態(tài)王軟件的功能33</p><p>　　5.2.4利用組態(tài)王建立監(jiān)控系統(tǒng)的方法35</p><p>　　5.3下位機(jī)PLC軟件37</p><p>　　5.4數(shù)據(jù)庫的選擇與連接37</p><p>　　5.5串口通信39</p><p>　　5.5.1串口通信概述

10、39</p><p>　　5.5.2 RS-232串行通信概述40</p><p>　　5.5.3 RS-485串行通信概述40</p><p>　　5.6 PLC與組態(tài)王的RS-232串行通信41</p><p>　　5.6.1PLC通訊功能概述41</p><p>　　5.6.2 PLC與組態(tài)王通訊的實(shí)現(xiàn)

11、42</p><p>　　5.7 PLC與變頻器的RS-485串行通信44</p><p>　　5.7.1通訊協(xié)議Modbus概述44</p><p>　　5.7.2 Modbus的消息幀46</p><p>　　5.7.3變頻器的參數(shù)設(shè)置47</p><p>　　5.7.4 PLC的通訊參數(shù)設(shè)置48<

12、/p><p>　　5.7.5 PLC與變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)49</p><p>　　5.8本章小結(jié)50</p><p>　　6溫控系統(tǒng)建模51</p><p>　　6.1建模原理和方法51</p><p>　　6.2溫控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型52</p><p>　　6.3建模實(shí)驗(yàn)53</p&g

13、t;<p>　　6.3.1系統(tǒng)響應(yīng)特性53</p><p>　　6.3.2數(shù)據(jù)處理53</p><p>　　6.4本章小結(jié)55</p><p>　　7 PID控制算法的參數(shù)整定、仿真及選優(yōu)56</p><p>　　7.1 PID控制器的基本原理56</p><p>　　7.2數(shù)字PID控制算法

14、58</p><p>　　7.2.1位置式PID控制算法58</p><p>　　7.2.2增量式PID算法錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.3 PID參數(shù)整定及其意義錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4常規(guī)PID參數(shù)整定方法及其仿真錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.1仿真軟件

15、MATLAB/SIMULINK介紹錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.2常規(guī)PID參數(shù)整定方法錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.2.1 Ziegler-Nichols參數(shù)整定公式錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.2.2改進(jìn)Ziegler-Nichols整定公式(CHR)參數(shù)整定公式錯(cuò)誤!未定義書簽。</p>

16、<p>　　7.4.2.3最優(yōu)PID整定公式錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.2.4過渡過程響應(yīng)法參數(shù)整定錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　7.4.2.5魯棒PID參數(shù)整定法70</p><p>　　7.4.3算法比較選優(yōu)70</p><p>　　7.4.3.1延時(shí)環(huán)節(jié)對(duì)各PID參數(shù)整定方法的影響7

17、1</p><p>　　7.4.3.2抗干擾特性比較72</p><p>　　7.4.4系統(tǒng)魯棒性比較與分析76</p><p>　　7.5本章小結(jié)79</p><p>　　8組態(tài)軟件及PID算法的應(yīng)用80</p><p>　　8.1組態(tài)軟件的具體應(yīng)用80</p><p>　　8.2

18、PID算法的具體應(yīng)用84</p><p>　　8.3本章小結(jié)86</p><p>　　9 結(jié)論與展望87</p><p><b>　　致謝88</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)89</b></p><p><b>　　1緒論</b>

19、</p><p>　　1.1課題的背景與研究意義</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市周邊衛(wèi)星城和小城鎮(zhèn)的建設(shè)，市區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，城市人口不斷增加，城市生活垃圾產(chǎn)量也呈逐年遞增趨勢(shì)。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)部門調(diào)查，我國城市垃圾產(chǎn)生量以每年10%的速率遞增[1]。我國大中城市年產(chǎn)垃圾1億噸，絕大部分未經(jīng)處理，堆積在城郊，堆存量已達(dá)到60億噸，侵占土地面積5億平方米[2]。城市垃圾已經(jīng)成為中國最嚴(yán)重

20、的公害之一。如何即時(shí)解決垃圾問題，已引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。</p><p>　　生活垃圾的處理應(yīng)遵循減量化、無害化、資源化三原則，但國內(nèi)生活垃圾熱值低、含水量高、成分復(fù)雜，在堅(jiān)持垃圾處理無害化這一基本原則的同時(shí)，如何把有限的資金用來最大限度地解決生活垃圾的“減量化”這一主要矛盾則是當(dāng)前面臨的最為急迫的問題。</p><p>　　目前國內(nèi)外廣泛采用的城市生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆

21、肥和焚燒等，這三種主要垃圾處理方式的比例，因地理環(huán)境、垃圾成份、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不同而有所區(qū)別。其中衛(wèi)生填埋技術(shù)目前相對(duì)比較可靠，所需的建設(shè)投資也較小并可以回收部分沼氣用于發(fā)電，但是衛(wèi)生填埋的占地面積和垃圾的處理量是成正比的，在土地資源越來越寶貴的今天，這成為衛(wèi)生填埋法進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙之一。另外，填埋處理時(shí)產(chǎn)生的滲濾液等有害物質(zhì)會(huì)對(duì)水資源、大氣、土壤等造成二次污染。而高溫堆肥技術(shù)可靠，在國內(nèi)的垃圾處理中已有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)，主要問題就

22、是建立一個(gè)穩(wěn)定的堆肥市場(chǎng)比較困難，而且一些重金屬可能隨堆肥制品一起對(duì)水資源和土壤造成污染。</p><p>　　垃圾焚燒處理相對(duì)于衛(wèi)生填埋法、堆肥法而言，在減量化、無害化、資源化等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。焚燒是目前世界各國廣泛采用的城市垃圾處理技術(shù)，大型的配備有熱能回收與利用裝置的垃圾焚燒處理系統(tǒng)，由于順應(yīng)了回收能源的要求，正逐漸上升為焚燒處理的主流。用焚燒方式回收能量的垃圾處理技術(shù)在近20年來得到迅速的發(fā)展。國外工業(yè)

23、發(fā)達(dá)國家，特別是日本和西歐，普遍致力于推進(jìn)垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。國外焚燒技術(shù)的廣泛應(yīng)用，除得益于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、投資力強(qiáng)、垃圾熱值高外，主要在于焚燒工藝和設(shè)備的成熟、先進(jìn)。世界上許多著名公司投入力量開發(fā)焚燒技術(shù)與設(shè)備，且主要設(shè)備與附屬裝置定型配套。目前國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家主要致力于改進(jìn)原有的各種焚燒裝置及開發(fā)新型焚燒爐，使之朝著高效、節(jié)能、低造價(jià)、低污染的方向發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高[3]。</p>

24、<p>　　1.2 國內(nèi)外垃圾焚燒發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展情況</p><p>　　垃圾焚燒發(fā)電是指使用特殊的垃圾焚燒設(shè)備，以城市工業(yè)和生活垃圾為燃燒介質(zhì)，在對(duì)垃圾進(jìn)行焚燒處理的同時(shí)，利用其產(chǎn)生的能量發(fā)電的一種新型發(fā)電方式。它是把各種垃圾收集后，進(jìn)行分類處理。其中：一是對(duì)燃燒值較高的進(jìn)行高溫焚燒（也徹底消滅了病源性生物和腐蝕性有機(jī)要物），在高溫焚燒（產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過處理）中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，

25、使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。二是對(duì)不能燃燒的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵、厭氧處理，最后干燥脫硫，產(chǎn)生一種氣體叫甲烷，也叫沼氣，再經(jīng)燃燒，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。由于這種處理方式具有環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙重效益，已被發(fā)達(dá)國家廣泛采用。</p><p>　　國外最早進(jìn)行垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)的是德國，隨后英國、法國、美國、日本等國也積極開展了這方面的研究。德國目前已有50余座從垃圾中提取能量的裝置及十多家垃圾發(fā)電廠，

26、并且用于熱電聯(lián)產(chǎn)，有效地對(duì)城市進(jìn)行采暖或提供工業(yè)用氣。法國共有垃圾焚燒爐約300臺(tái)，可將城市垃圾的40％以上進(jìn)行處理。美國從80年代起，政府投資70億美元興建90座焚燒廠，年總處理能力3OOO萬噸。在日本已建1700家垃圾發(fā)電廠，在維也納光市區(qū)就有9家垃圾發(fā)電廠。垃圾發(fā)電產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，在國際上已成為保護(hù)資源且拉動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要項(xiàng)目[4]。</p><p>　　我國生活垃圾焚燒技術(shù)的研究和應(yīng)用起步

27、較晚，國內(nèi)第一座垃圾發(fā)電廠于l988年深圳投產(chǎn)運(yùn)行，處理垃圾量為450噸/天[2]。目前，制約我國提高垃圾焚燒技術(shù)的主要有：①生活垃圾熱值低；②國內(nèi)尚未系統(tǒng)掌握垃圾焚燒技術(shù)；③建設(shè)投資難度大。我國城市垃圾中所含的可燃物、易燃物相對(duì)國外的城市垃圾要低得多。由于我國總體發(fā)展不平衡，城市生活垃圾焚燒發(fā)電在短期內(nèi)不可能成為全國城市生活垃圾處理的主流。</p><p>　　客觀分析近幾年我國城市垃圾構(gòu)成變化，隨著中國經(jīng)濟(jì)的

28、飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)量也飛速增長(zhǎng)，城市垃圾中可燃物、易燃物含量明顯增加，熱值顯著增大，一般經(jīng)過分類、分選等預(yù)處理后，垃圾熱值已接近發(fā)達(dá)國家城市垃圾的熱值。因此我國一些城市，尤其是在人口高度密集、土地資源緊張、垃圾熱值較高的大中城市和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已具備了發(fā)展焚燒技術(shù)的條件。垃圾焚燒處理技術(shù)得到了大力發(fā)展，北京、深圳、上海、廣州、寧波、溫州、杭州、蘇州、無錫、天津等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市已紛紛開始建設(shè)垃圾焚燒廠。國家環(huán)

29、?？偩衷谟嘘P(guān)城市垃圾處理的文件中也確定在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、垃圾熱值較高的地區(qū)推廣焚燒法處理城市生活垃圾。其中天津雙港垃圾焚燒發(fā)電廠每年無害處理生活垃圾40多萬噸,為全市新增電力1.2億千瓦時(shí)，其發(fā)電量相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.8萬噸[5]，被建設(shè)部定為2003年我國垃圾發(fā)電領(lǐng)域唯一的國家級(jí)“科技示范工程”。采用垃圾發(fā)電的方式具有處理速度快、焚燒量大的特點(diǎn)，能節(jié)省大量的土地，因此極適合我國國情。城市生活垃圾焚燒發(fā)電將成為生活垃圾處理技術(shù)的主要趨勢(shì)

30、。</p><p>　　1.3滲濾液及其處理技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　中國城市生活垃圾的廚余物多、含水率高、熱值較低，焚燒法處理垃圾時(shí)必須將新鮮垃圾在垃圾儲(chǔ)坑中儲(chǔ)存3～5天進(jìn)行發(fā)酵熟化，以達(dá)到滲出水分、提高熱值的目的，將此過程中滲出的水分稱為“滲濾液”。 垃圾滲濾液中的成分比較復(fù)雜，主要是有機(jī)物污染物、氨氮磷、重金屬等，是一種高污染、強(qiáng)惡臭的呈黃褐色或灰褐色污水，對(duì)于環(huán)境有極大的破壞力

31、。</p><p>　　國內(nèi)外垃圾滲濾液的產(chǎn)生量有很大不同。由于國內(nèi)外生活習(xí)慣的差異，國外垃圾中廚余物含量很少，比利時(shí)某垃圾焚燒廠處理能力為1000噸/天，垃圾滲濾液最大產(chǎn)量約為4噸/天，日?；静划a(chǎn)生滲濾液；而中國城市生活垃圾中廚余物含量很高，根據(jù)中科院廣州能源研究所對(duì)深圳城市生活垃圾基礎(chǔ)分析報(bào)告，深圳的部分垃圾焚燒廠的經(jīng)熟化堆放排出滲濾液后的垃圾（即進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行處理的垃圾）中廚余物含量在40%～45%,含水

32、率約50%，因此，中國城市生活垃圾的滲濾液產(chǎn)生量非常高，根據(jù)上海、深圳、寧波、珠海、蘇州等不同地域城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，垃圾滲濾液的產(chǎn)量占垃圾總量的10%～20%左右，平均為15%[6]。</p><p>　　隨著垃圾焚燒技術(shù)在中國的逐步推廣，為防止焚燒過程中產(chǎn)生的“二次污染”，垃圾滲濾液必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后才能排放，因此滲濾液的處理技術(shù)受到國內(nèi)環(huán)保界的廣泛關(guān)注。目前主要的處理技術(shù)有[6] [7]：</p>

33、<p>　?。?）回噴法：將滲濾液回噴到焚燒爐進(jìn)行高溫氧化處理，平時(shí)將滲濾液集中在儲(chǔ)存池內(nèi)，當(dāng)垃圾熱值較高時(shí)，用高壓泵將滲濾液加壓經(jīng)自動(dòng)過濾器、回噴系統(tǒng)噴入焚燒爐進(jìn)行處理，當(dāng)垃圾熱值較低時(shí)則停止。</p><p>　?。?）反滲透法處理：反滲透法在處理高濃度、高鹽份污水時(shí)已得到廣泛應(yīng)用，在城市生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的處理中已有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)有公司嘗試引進(jìn)德國技術(shù)運(yùn)用于中國垃圾焚燒廠滲濾液處理。但

34、焚燒廠垃圾滲濾液與填埋場(chǎng)滲濾液不同，有機(jī)物、懸浮物含量要高的多，反滲透濃縮液量也要比填埋場(chǎng)滲濾液大的多。一般來說二級(jí)RO系統(tǒng)處理填埋場(chǎng)滲濾液的濃縮比可達(dá)到10%，而運(yùn)用于滲濾液處理時(shí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明濃縮比最高只有50%。反滲透膜也極易污染中毒，膜組件更換頻繁，而且預(yù)處理系統(tǒng)要復(fù)雜得多。</p><p>　　反滲透法產(chǎn)生的濃縮液的處理是一個(gè)難點(diǎn)，填埋場(chǎng)滲濾液的濃縮液可以采用回灌填埋區(qū)進(jìn)行處理，利用已填埋的垃圾吸附降解濃

35、縮液中的重金屬及有機(jī)物，而焚燒廠滲濾液用反滲透法處理產(chǎn)生的濃縮液還有50%以上，由于沒有填埋場(chǎng)回灌的便利條件，回噴焚燒爐水量又太大，因此用膜處理法處理滲濾液的前提是解決濃縮液的處理問題。</p><p>　?。?）生化處理：以生化處理方法去除滲濾液中主要污染物的工藝。目前研究較多的是氨吹脫+UASB+SBR，以及在此基礎(chǔ)上增加臭氧氧化、混凝等工藝，較典型的是采用改進(jìn)的填埋場(chǎng)滲濾液工藝——混凝+氨吹脫+pH回調(diào)+厭

36、氧濾池+SBR+臭氧消毒。但從眾多研究單位的結(jié)果看，以生化法為主的工藝對(duì)滲濾液處理效果很差，微生物對(duì)滲濾液中高濃度污染物的降解能力很低，而吹脫出的氨又帶來二次污染。截止到目前，以生化處理為主要處理手段的工藝仍然無法在滲濾液處理中得到應(yīng)用。</p><p>　?。?）化學(xué)氧化處理：采用Feton試劑氧化+氨吹脫+混凝沉淀+厭氧+SBR+ClO2氧化+活性炭吸附工藝處理滲濾液，該工藝實(shí)際主要是依靠化學(xué)氧化劑及活性炭吸

37、附去除污染物。</p><p>　　（5）CTB工藝處理：該工藝采用混凝+低溫多效蒸發(fā)+氨吹脫+生化處理法，將COD為50000～80000mg/l、氨氮為1200～2000mg/l的垃圾滲濾液處理達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　?。?）其他處理工藝：除上述處理方法，目前進(jìn)行的滲濾液處理的工藝研究還包括催化氧化法、濕式氧化法、電氧化法、光氧化法等，這些氧化法或由于催化劑極易中毒、

38、或由于耗電量太大等均無法進(jìn)入實(shí)際工業(yè)化階段，在此不再介紹。</p><p>　　1.4本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本文針對(duì)滲濾液焚燒發(fā)電開發(fā)了分布式監(jiān)控系統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容主要包括：</p><p>　　1查閱大量的文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)、研究當(dāng)前國內(nèi)外的垃圾焚燒發(fā)電的理論與方法。</p><p>　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型，根據(jù)工藝參數(shù)要求選擇合

39、理的傳感器、泵、電機(jī)、PLC、變頻器等。</p><p>　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，選擇合適的監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并編程實(shí)時(shí)顯示需求的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，做出歷史曲線，報(bào)警功能以及報(bào)表、打印功能。</p><p>　　4 研究各種控制策略，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)出鍋爐溫度控制系統(tǒng)的開環(huán)特性曲線，得出相應(yīng)的傳遞函數(shù)，在給定PID參數(shù)的情況下，觀察控制系統(tǒng)的過程曲線，應(yīng)用MATLAB仿真軟件對(duì)PID控制器進(jìn)行仿真

40、選優(yōu)。</p><p>　　2 控制系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　生活垃圾由城市環(huán)衛(wèi)部門收集后用垃圾車運(yùn)到電廠的垃圾倉。垃圾倉是對(duì)垃圾進(jìn)行輸送、中轉(zhuǎn)、存放和處理的場(chǎng)所。原始的生活垃圾堆積密度約為0.5噸/立方米。在倉內(nèi)堆積壓實(shí)后，其堆積密度將增大到0.8-</p><p>　　0.9噸/立方米[3]。城市生活垃圾進(jìn)倉以后，要經(jīng)過翻倉、堆垛、發(fā)酵，以便產(chǎn)生大量

41、的滲濾液。當(dāng)垃圾熱值較高時(shí)，用高壓泵將滲濾液加壓經(jīng)自動(dòng)過濾器噴入焚燒爐進(jìn)行處理，當(dāng)垃圾熱值較低時(shí)則停止。</p><p>　　滲濾液進(jìn)入爐內(nèi)與空氣混合后充分燃燒，因某些有機(jī)物的裂解需在高溫下并有足夠的停留時(shí)間才能完成，因此焚燒爐內(nèi)設(shè)計(jì)溫度和煙氣停留時(shí)間分別保持在850℃ 和3～5 s，使?jié)B濾液中有害成份能在爐膛內(nèi)充分裂解焚燒，而不至于產(chǎn)生二次污染[1]。</p><p>　　由于我國國內(nèi)還

42、沒有對(duì)垃圾從源頭開始分類收集，造成垃圾成份復(fù)雜，分撿較困難?？紤]到垃圾熱值隨來源、氣候、季節(jié)等因素影響而變化較大，為達(dá)到穩(wěn)定、高效、低污染焚燒的目的，目前國內(nèi)采用的垃圾焚燒發(fā)電工藝大多利用燃煤作為輔助燃料來提高燃燒強(qiáng)度。隨著我國環(huán)境保護(hù)工作的深入開展和城鎮(zhèn)生活垃圾分類投放的逐步實(shí)施，垃圾熱值將大大提高，可逐步實(shí)現(xiàn)純垃圾燃燒發(fā)電的目標(biāo)。</p><p>　　本系統(tǒng)的工藝流程主要包括以下幾個(gè)方面：垃圾由送料車運(yùn)至儲(chǔ)存

43、倉，在倉內(nèi)經(jīng)過堆垛、發(fā)酵數(shù)天后產(chǎn)生大量滲濾液。該滲濾液含有大量的懸浮物和漂浮物，不能直接噴入焚燒爐，必須經(jīng)過過濾及反沖裝置將雜物去除，然后利用高壓泵將滲濾液直接噴入爐膛高溫焚燒。滲濾液流量和焚燒爐溫度可以分別通過流量計(jì)和溫度傳感器測(cè)出，通過模擬量模塊傳給PLC，PLC利用控制策略對(duì)溫度進(jìn)行控制，并通過自由口與變頻器進(jìn)行通訊，從而根據(jù)爐溫來控制電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制流量的目的。為了避免垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}中滲濾液原料灌的壓力過大，利用壓力傳感器

44、將當(dāng)前壓力值傳送給PLC。當(dāng)超過一定壓力值時(shí)PLC通過報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)操作員利用減壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止發(fā)生事故。同時(shí)將滲濾液原料灌的液位值利用液位傳感器傳送給PLC，以便進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)測(cè)。</p><p>　　為避免垃圾庫內(nèi)臭氣的無組織排放，給周圍環(huán)境帶來不良影響，采用焚燒爐的一次風(fēng)機(jī)從垃圾庫抽氣送人爐膛焚燒，這樣使垃圾庫內(nèi)保持負(fù)壓，避免臭氣外排。</p><p>　　滲濾液高溫焚燒中

45、產(chǎn)生的熱能由余熱鍋爐回收，通過余熱鍋爐的受熱面，轉(zhuǎn)化為高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，燃盡后進(jìn)入灰渣坑。有毒的煙氣則利用吸收塔回收凈化，然后排入大氣層。燃燒過程產(chǎn)生的灰渣則進(jìn)行進(jìn)一步的回收處理。具體工藝流程圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 垃圾焚燒發(fā)電主要工藝流程圖</p><p>　　2.1垃圾焚燒爐的選型</p><p>　　垃圾焚燒技術(shù)在世界上已

46、經(jīng)有了幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，目前國內(nèi)外用于焚燒垃圾的焚燒爐主要有3種：機(jī)械式爐排焚燒爐、循環(huán)流化床型焚燒爐和旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐，其中使用最多的是機(jī)械式爐排焚燒爐[8]。</p><p>　　2.1.1機(jī)械式爐排焚燒爐</p><p>　　機(jī)械爐排焚燒爐技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性高，容量大，對(duì)垃圾的適應(yīng)性較強(qiáng)，可燃燒低熱值高水分的垃圾，是當(dāng)今世界垃圾焚燒的主導(dǎo)性產(chǎn)品，占世界垃圾焚燒市場(chǎng)份額的80%以上，

47、適合于我國的垃圾處理[9]。機(jī)械爐排焚燒爐基本上有兩大流派：往復(fù)式爐排焚燒爐和滾動(dòng)式爐排焚燒爐，其共同的基本工作原理為：垃圾通過進(jìn)料斗進(jìn)入傾斜向下(或水平)的爐排，爐排分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，垃圾依次通過爐排上的各個(gè)區(qū)域，直至燃盡排出爐排。一次風(fēng)機(jī)從爐排下部進(jìn)入，達(dá)到冷卻爐排和與垃圾混合的目的。燃燒后的煙氣通過余熱鍋爐的受熱面，產(chǎn)生過熱蒸汽，同時(shí)冷卻的煙氣經(jīng)過凈化處理后排出。</p><p>　　2.1.2循

48、環(huán)流化床型焚燒爐</p><p>　　循環(huán)流化床鍋爐的主要爐型有3種：德國魯奇公司的Lurig型、美國Foster Whoeler的Pyroflow型以及德國Babcock公司的Circofluid型[10]。</p><p>　　循環(huán)流化床鍋爐由于燃燒效率高，特別適合焚燒高水分低熱值的垃圾，爐內(nèi)溫度能均勻地保持在800～900℃ ，且循環(huán)流化床爐進(jìn)料口位于燃燒區(qū)中部，處于一次循環(huán)的下降區(qū)

49、，使物料降至床的底部與空氣混合，增加了垃圾在爐內(nèi)的焚燒時(shí)間，有利于垃圾中有害物質(zhì)的分解[1]。作為垃圾焚燒處理的一種形式，循環(huán)流化床爐具有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前限于研制水平，只有規(guī)模較小的爐型。 </p><p>　　2.1.3 旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐</p><p>　　旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐可對(duì)各種狀態(tài)的垃圾和工業(yè)廢料進(jìn)行焚燒處理， 焚燒的垃圾可在窯內(nèi)高溫段停留較長(zhǎng)時(shí)間，使燃燒充分并消除有害物質(zhì)，但由于垃圾

50、處理量較小，目前采用的用戶較少。</p><p>　　鑒于以上3種爐型的比較并結(jié)合我國的國情，我們選擇機(jī)械爐排焚燒爐。</p><p><b>　　2.2 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了滲濾液焚燒發(fā)電系統(tǒng)的工藝流程和3種主要的垃圾焚燒爐，并結(jié)合我國的國情選擇了機(jī)械爐排焚燒爐。</p><p>　　3

51、 分布式監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及控制系統(tǒng)的總體方案</p><p>　　3.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)過程對(duì)控制系統(tǒng)的要求并不局限于能實(shí)現(xiàn)基本的自動(dòng)控制，還要求工業(yè)過程能長(zhǎng)期處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。對(duì)于一個(gè)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合（改為“完備“吧）、因素眾多的工程大系統(tǒng)，要解決的不是一個(gè)局部最優(yōu)化的問題，而是一個(gè)整體的總目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化的問題，即所謂生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化問題。&

52、lt;/p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，大系統(tǒng)控制理論引入了“分解”和“協(xié)調(diào)”的設(shè)計(jì)原則。體現(xiàn)“分解”和“協(xié)調(diào)”設(shè)計(jì)原則的控制方案也就是遞階分級(jí)控制方案，即分布式控制系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)綜合控制的理想方案。</p><p>　　3.1.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的定義</p><p>　　分布式監(jiān)控系統(tǒng)又稱之為集散控制系統(tǒng)((distributed control

53、 system),簡(jiǎn)稱DCS。自從1975年Honeywell公司宣布了其世界上第一套集散控制系統(tǒng)(TDC2000 )誕生以來，工業(yè)控制自動(dòng)化進(jìn)人了一個(gè)嶄新的時(shí)期。DCS以大型工業(yè)生產(chǎn)過程及其相互關(guān)系日益復(fù)雜的控制對(duì)象為前提，從生產(chǎn)過程綜合自動(dòng)化的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)工程中分解與協(xié)調(diào)的原則研制開發(fā)出來的。它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)以及圖形顯示技術(shù)( 四C技術(shù))。它以微處理機(jī)為核心，把微型機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、顯示操

54、作裝置、過程通道、模擬儀表等有機(jī)地結(jié)合起來，采用組裝式結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化。它不僅具有傳統(tǒng)的控制功能和集中化的信息管理、操作顯示功能，而且還有大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力，為實(shí)現(xiàn)高等過程控制和生產(chǎn)管理提供了先進(jìn)的工具和手段[11]。</p><p>　　3.1.2 DCS的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　DCS作為一種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，其核心是分散采集控

55、制，集中監(jiān)視操作。雖然經(jīng)過20多年的發(fā)展，但是其基本結(jié)構(gòu)依然不變。</p><p>　　分布式控制系統(tǒng)是一個(gè)進(jìn)行集中管理和分散控制的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，其管理任務(wù)由上位機(jī)完成，而控制任務(wù)由下位機(jī)完成。自70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)的技術(shù)日益成熟，己經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)集成作業(yè)系統(tǒng)中，集散控制系統(tǒng)已成為主角，發(fā)揮著它們的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

56、已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)不僅主要用于分散控制，而且向著集成管理的方向發(fā)展，尤其是系統(tǒng)的開放性不僅使不同制造廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以相互連接，而且使得它們可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，系統(tǒng)的開放性也使第三方的軟件可以方便地在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)上應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)不同于集中控制系統(tǒng)，它由多個(gè)微處理器組成的分布式控制系統(tǒng)，由分散的控制站來控制分散的生產(chǎn)部分，實(shí)現(xiàn)了功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)的分散，從而克服了集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)，它也不同于分散的儀表控

57、制系統(tǒng)，它的集中在于各操作員站可以進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控，從而克服了二者的缺陷而集中了二者的優(yōu)勢(shì)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制。</p><p>　　集散控制系統(tǒng)一般主要由以下四部分組成[12]:</p><p><b>　　(1)通信網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　通信網(wǎng)絡(luò)是管理計(jì)算機(jī)、操作站和現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站之間的橋梁

58、，完成現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站、管理計(jì)算機(jī)、操作員站之間數(shù)據(jù)的傳輸。DCS系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)不同于通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它要保證在被控系統(tǒng)要求的時(shí)間內(nèi)完成信息的傳輸，因此，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性是影響DCS正常工作的重要因素，通常采用1:1冗余結(jié)構(gòu),熱備份工作。</p><p><b>　　(2)操作員站</b></p><p>　　操作員站是由顯示器、主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，

59、它為操作人員提供人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、集中操作和集中管理。操作員可以通過操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等，并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，保證生產(chǎn)過程安全、可靠、高效。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用通用化的PC計(jì)算機(jī)硬件和軟件作為DCS的基礎(chǔ)平臺(tái)、具有開放性好、成本低、可維護(hù)性及上位機(jī)功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。操作員站的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要配置，最少情況下能和管理計(jì)算機(jī)共用一個(gè)平臺(tái)。</p><p

60、><b>　　(3)工程師站</b></p><p>　　工程師站又稱管理計(jì)算機(jī)，是集散系統(tǒng)的主機(jī)，習(xí)慣上稱它為上位機(jī)。工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線配置、組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)督、監(jiān)控和維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。工程師站通過通信網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控全系統(tǒng)的各單元管理系統(tǒng)的所有信息，具有進(jìn)行大型復(fù)雜運(yùn)算的能力以及多輸入、多輸出控制能力，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制和優(yōu)化管理。管理計(jì)算機(jī)數(shù)量較少，但功能強(qiáng)大，一般情況下

61、一個(gè)DCS只需配備一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)。</p><p><b>　　(4)現(xiàn)場(chǎng)控制站</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)控制站是完成對(duì)過程現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由處理器單元、通訊接口和I/O卡以及現(xiàn)場(chǎng)端子板組成。部分DCS的處理器單元、通訊接口和I/O卡可冗余配置，并可帶電插拔，所以現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站具有很強(qiáng)的可靠性和維護(hù)性。它完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和控

62、制信號(hào)的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的反饋、順序和邏輯控制，并能協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程，完成更高級(jí)的控制功能。</p><p>　　有些集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品在分散過程控制裝置內(nèi)又增加了現(xiàn)場(chǎng)裝置級(jí)的控制裝置和現(xiàn)場(chǎng)總線的通信系統(tǒng)；有些集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品則在操作管理裝置內(nèi)增加了綜合管理級(jí)的控制裝置和相應(yīng)的通信系統(tǒng)。這些集散控制系統(tǒng)使系統(tǒng)的分級(jí)增加，系統(tǒng)的通信系統(tǒng)對(duì)不同的裝置有不同的要求，但是，從系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)來看，還是由四大部分(有時(shí)將操作員站

63、和管理計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起，則成三部分)組成的。</p><p>　　3.1.3分布式監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　集散控制系統(tǒng)能被廣泛應(yīng)用的原因是它具有優(yōu)良的特性。與模擬電動(dòng)儀表比較，它具有連接方便、采用軟連接的方法連接容易更改、顯示方式靈活、顯示內(nèi)容多樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；與計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)相比較，采用分布式結(jié)構(gòu)形式, 它具有操作監(jiān)督方便、危險(xiǎn)分散、功能分散等優(yōu)點(diǎn)，提

64、高了系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的能力和抗干擾能力。分布式監(jiān)控系統(tǒng)通過高速數(shù)據(jù)通信總線或者局域網(wǎng)把檢測(cè)、操作、監(jiān)控、管理等有機(jī)的連成一個(gè)有機(jī)整體，可以進(jìn)行集中顯示和操作，從而使系統(tǒng)組態(tài)和操作更加方便，并且大大提高了排除系統(tǒng)故障和調(diào)整操作的速度。分布式監(jiān)控系統(tǒng)的處理器、內(nèi)部總線、電源、控制用輸入輸出插件等采用雙重配置，系統(tǒng)內(nèi)部具有較強(qiáng)的自診斷功能。在現(xiàn)場(chǎng)接口、人機(jī)接口、控制器等環(huán)節(jié)采用了冗余技術(shù)，在主要控制回路還采用手動(dòng)作為備份，大大提高了系統(tǒng)的可靠

65、性。在總體結(jié)構(gòu)上一般采用遞階結(jié)構(gòu)。不同的應(yīng)用對(duì)象將分布式控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)一起組成管理控制集成系統(tǒng)，并劃分為不同的層次，在各個(gè)層次上均有人機(jī)交互功能。具有豐富完善的監(jiān)控功能和良好的性能價(jià)格比。</p><p>　　3.2 DCS在我國應(yīng)用現(xiàn)狀[13]</p><p>　　DCS系統(tǒng)在我國各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在石化企業(yè)，隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇，需要提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低人工成本和原材料消耗，必須

66、提高自動(dòng)化手段。在各石化企業(yè)無論新裝置建設(shè)，還是老裝置改造，DCS控制得到了普遍的應(yīng)用。與此同時(shí)，先進(jìn)控制手段的運(yùn)用，也提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此，DCS成為從事石油化工過程控制專業(yè)技術(shù)人員的主要研究對(duì)象之一。</p><p>　　目前我國市場(chǎng)上DCS主要供應(yīng)商有十多家，市場(chǎng)占有為：Honeywell</p><p>　　12.6%，新華控制10.1%，YOKOGAWA(日本橫河電機(jī))1

67、0.1%，北京和時(shí)利8.4%，ABB7.6%，EMERSON7.6%，IVENSYS6.7%，浙大中控6.3%，上海自儀1.5%，四聯(lián)儀器儀表1.5%，浙江威盛0.8%，其它25.3%。以新華控制工程有限公司，北京和時(shí)利和浙大中控為代表的我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DCS系統(tǒng)，在系統(tǒng)功能，應(yīng)用軟件，開放性等方面與國外系統(tǒng)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，在某些領(lǐng)域取得了可觀的業(yè)績(jī)。但是在國民經(jīng)濟(jì)各主要領(lǐng)域，特別是大型工程的控制方面，基本上還是國外系統(tǒng)占主導(dǎo)地位。石化行業(yè)

68、是DCS應(yīng)用較早和普遍的領(lǐng)域。根據(jù)2001年的數(shù)據(jù)，石化領(lǐng)域中DCS訂購的金額占總金額的13.6%,該領(lǐng)域幾乎全部采用國外系統(tǒng)。在石化領(lǐng)域Honeywell和YOKOGAWA的DCS在市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。</p><p>　　3.3 分布式監(jiān)控系統(tǒng)的要求</p><p>　　滲濾液焚燒發(fā)電過程是不間斷的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行過程，只有在事故情況下才允許短時(shí)間停止生產(chǎn)。工藝過程在控制系統(tǒng)中應(yīng)視為大滯后、

69、非線性的慢過程，如爐膛溫度的控制。</p><p>　　針對(duì)這個(gè)工藝監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵站設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控泵站運(yùn)行狀態(tài)以及原料罐的液位、壓力，爐膛溫度等運(yùn)行參數(shù)，接收故障報(bào)警信息、通過智能終端設(shè)備下達(dá)控制信號(hào)(現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)優(yōu)先)，并具有分級(jí)報(bào)警功能、操作權(quán)限管理功能、報(bào)表統(tǒng)計(jì)和打印功能等。</p><p><b>　　具體要求如下:</b></p&g

70、t;<p>　　運(yùn)行方式:自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。</p><p>　　用戶界面:系統(tǒng)提供友好界面和方便易用的控制、在線幫助。</p><p>　　實(shí)時(shí)監(jiān)控:動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)作業(yè)流程，動(dòng)態(tài)顯示流程畫面、自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的開關(guān)、溫度、壓力、流量等相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　報(bào)警功能:系統(tǒng)有自動(dòng)報(bào)警的功能，并能記錄故障時(shí)間、原因等信息

71、。</p><p>　　打印輸出:系統(tǒng)能定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印報(bào)表，報(bào)表包括報(bào)警信息、故障信息、系統(tǒng)運(yùn)行信息、操作員操作等信息。</p><p>　　保存數(shù)據(jù):系統(tǒng)具有自動(dòng)保存數(shù)據(jù)和與其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)的功能。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)總體方案</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)工藝特點(diǎn)和系統(tǒng)要求，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為檢測(cè)儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操作員站、

72、工程師站幾個(gè)部分。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體方案示意圖</p><p>　　用于檢測(cè)壓力、液位、流量、溫度的儀表選擇了性能穩(wěn)定的智能儀表。操作員站采用控制開關(guān)，工程師站采用工業(yè)PC結(jié)合組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及參數(shù)的修改。具體情況將在下面兩章介紹。系統(tǒng)的通訊采用傳統(tǒng)的串口方式，將系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，使系統(tǒng)具有充分的開放性、擴(kuò)展能力，同時(shí)保證系統(tǒng)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和先進(jìn)的監(jiān)視、

73、控制功能。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了分布式監(jiān)控系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，并提出了監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求，按照整個(gè)工藝流程給出了系統(tǒng)的總體方案。</p><p>　　4 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型</p><p><b>　　4.1中央監(jiān)控機(jī)</b&

74、gt;</p><p>　　根據(jù)用戶要求為使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、并能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，控制級(jí)采用研華IPC-610型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)。PC機(jī)箱加固防磁、防震，應(yīng)用模塊化結(jié)構(gòu)，便于安裝、維修及更換。21英寸平面直角顯示器，CPU為英特爾奔騰3處理器，CPU主頻1000MHz，1280X1024高分辨率，128M內(nèi)存，40G硬盤(SCSI接口)，52倍速光驅(qū)，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤及鼠標(biāo)，3.5英寸軟驅(qū)。</p>&

75、lt;p>　　4.2液壓泵和電動(dòng)機(jī)的選型</p><p>　　液壓泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的能量轉(zhuǎn)換元件，在液壓傳動(dòng)中，液壓泵作為動(dòng)力元件向液壓系統(tǒng)提供液壓能。液壓泵主要分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。本系統(tǒng)要求進(jìn)行回噴，因此選擇齒輪泵。齒輪泵是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的液壓泵，一般做成定量泵，分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪泵，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣。齒輪泵一般具有以下優(yōu)點(diǎn)[14]：</p&g

76、t;<p>　　1、齒輪泵體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易，價(jià)格低廉；</p><p>　　2、齒輪泵可靠性好； </p><p>　　3、齒輪泵對(duì)油液污染不敏感，因此可以用在外界條件差的地方；</p><p>　　4、齒輪泵自吸性能好，轉(zhuǎn)速低至300～400r/min 時(shí)仍能穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)自吸。</p><p>

77、　　按照日處理滲濾液480噸計(jì)算，該系統(tǒng)共有四個(gè)原料罐，并且焚燒爐24小時(shí)工作，因此每個(gè)原料罐每小時(shí)處理5噸左右的滲濾液。由于滲濾液的密度與水差不多，按照水的密度計(jì)算得： </p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　式中：為每一個(gè)原料罐的流量</p><p>　　為每一個(gè)原料罐一天處理滲濾液的總量</p>

78、<p>　　若泵的轉(zhuǎn)速n為1500則泵的排量應(yīng)為：</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　根據(jù)齒輪泵的流量我們選擇了江蘇靖江市博力泵業(yè)制造有限公司的CB-B型齒輪泵，具體型號(hào)為CB-B100,技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　表4-1齒輪泵技術(shù)參數(shù)表</p><p>　　為了能

79、夠使泵正常工作必須選擇相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。常用的交流電動(dòng)機(jī)有三相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。由于異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜，具有較好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，是工業(yè)中使用最廣泛的一種電機(jī)，因此我們選擇了異步電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　系統(tǒng)要求泵的揚(yáng)程為20米，則泵每小時(shí)克服滲濾液的勢(shì)能所作的功W應(yīng)為</p><p><b>　　(4.3)</b>

80、</p><p><b>　　功率P應(yīng)為</b></p><p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　由于液體在流動(dòng)過程中會(huì)有管道阻力，因此電動(dòng)機(jī)除了驅(qū)動(dòng)泵和克服滲濾液勢(shì)能以外，還有一部分的功率用于克服管阻。綜上所述，我們選擇無錫通達(dá)電機(jī)制造有限公司的Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44

81、，其結(jié)構(gòu)能防止灰塵，鐵屑或其它飛濺物體侵入機(jī)體內(nèi)部。具有體積小、重量輕、電氣性能良好、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)牢固、使用方便，易于維修。具體型號(hào)為Y160M-4，其技術(shù)條件如下：</p><p>　　（1）額定電壓：380伏　 （2）額定頻率：50赫茲（3）防護(hù)等級(jí)：IP44 ?。?）工作方式：連續(xù)S1　（5）接法：△接法（6）絕緣等級(jí)：B級(jí)（7）工作條件：環(huán)境溫度不超過＋40℃，相對(duì)溫度不超過9

82、5%。</p><p><b>　　其技術(shù)數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　　表4-2電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　4.3 傳感器的選型</p><p>　　4.3.1 傳感器選型原則</p><p>　　過程控制系統(tǒng)中，信號(hào)采集作為系統(tǒng)的前端在整個(gè)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，傳感器選擇的

83、好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成功與失[15-16]。</p><p>　　為了對(duì)介質(zhì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，一般說來，傳感器的選擇應(yīng)當(dāng)遵循以下一些原則:</p><p>　　1、精確度:傳感器的精確度反映了傳感器的檢測(cè)值和被測(cè)對(duì)象的實(shí)際值之間的吻合程度，從理論上說，精確度越高越好。</p><p>　　2、靈敏度:一般來說，傳感器的靈敏度越高，越能夠捕捉到被測(cè)量的細(xì)微變化

84、，即傳感器對(duì)外界的感知能力越強(qiáng)，但是，應(yīng)用系統(tǒng)中的干擾信號(hào)也容易進(jìn)入傳感器，對(duì)測(cè)量值也有很大的影響，因此，對(duì)靈敏度的選擇要適中，以達(dá)到最佳信噪比為原則。</p><p>　　3、可靠性:工業(yè)控制用的傳感器一般是長(zhǎng)時(shí)間使用，并且周圍環(huán)境可能比較惡劣，干擾較大，因此，要保證傳感器在一定的工作環(huán)境內(nèi)長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，穩(wěn)定性要好。</p><p>　　4、響應(yīng)特性:傳感器的響應(yīng)特性必須在所測(cè)頻率范圍

85、內(nèi)保持不失真，另外它的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該越短越好。</p><p>　　5、其它:在傳感器的選擇上，除了以上要求以及安裝方式，經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便外還要考慮傳感器現(xiàn)場(chǎng)的易于更換部件等等。</p><p>　　4.3.2 溫度測(cè)量及傳感器選型</p><p>　　溫度是熱力生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)，在本節(jié)中將重點(diǎn)談?wù)劀囟鹊臏y(cè)量方法以及傳感器的選型。</p>

86、<p><b>　　1.溫度的測(cè)量原理</b></p><p>　　溫度的測(cè)量一般有以下一些原理[17]：</p><p>　　(1) 利用金屬成半導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系，由于鉑、銅等金屬導(dǎo)體的電阻值隨著溫度變化而相應(yīng)的產(chǎn)生變化，可以做成鉑熱電阻等；</p><p>　　(2) 利用熱點(diǎn)效應(yīng)，當(dāng)兩種不同的金屬導(dǎo)體在兩個(gè)端點(diǎn)被固定時(shí)，如果

87、導(dǎo)體本身溫度發(fā)生變化，兩接點(diǎn)產(chǎn)生溫差時(shí)，將在導(dǎo)體兩端形成電勢(shì)差，利用這種原理可以制作出熱電偶溫度計(jì)；</p><p>　　(3) 利用溫度與物體熱膨脹的關(guān)系，不論是固體、液體還是氣體，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，其體積將發(fā)生改變，利用這種原理，可以制作出諸如雙金屬溫度計(jì)、水銀溫度計(jì)、壓力表式溫度計(jì)等；</p><p>　　(4) 利用物體的輻射能與溫度的關(guān)系，任何物體都將向周圍發(fā)射熱輻射，并且該能量

88、與溫度存在一定的關(guān)系，利用該原理可以制作出一些非接觸式的溫度傳感器，如紅外測(cè)溫計(jì)，光電高溫計(jì)等。</p><p><b>　　2 溫度測(cè)量的方式</b></p><p>　　溫度的測(cè)量方式目前主要有接觸測(cè)溫方式和非接觸測(cè)溫方式兩種。接觸法測(cè)溫時(shí)，儀表的感溫元件和被測(cè)量介質(zhì)直接接觸，測(cè)量方法比較簡(jiǎn)單并且直觀，可靠性較高，基本上能較準(zhǔn)確的測(cè)量介質(zhì)的溫度，目前該方法也是應(yīng)用

89、最普遍的。但由于感溫元件和介質(zhì)直接接觸，將對(duì)介質(zhì)的溫場(chǎng)造成一定的影響，使其發(fā)生改變，從而帶來測(cè)量上的誤差，這些在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)當(dāng)加以考慮。非接觸式測(cè)溫法基本根據(jù)被測(cè)物體的熱輻射，按其亮度或輻射能量的大小，間接推算被測(cè)物體的溫度，該方法不會(huì)對(duì)測(cè)量介質(zhì)本身造成任何影響，在一些高溫環(huán)境或者測(cè)量介質(zhì)對(duì)自身的特性要求比較高的場(chǎng)合應(yīng)用較廣[18]。</p><p><b>　　3 典型溫度傳感器</b>

90、</p><p>　　了解各種溫度傳感器知識(shí)，將給后期的選型帶來諸多的好處，在此我們將重點(diǎn)介紹幾種常見的溫度傳感器[19]。</p><p>　　(1)熱電阻，熱電阻感溫元件的電阻值隨著溫度的變化而變化，并將該電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓等信號(hào)，傳輸給顯示儀表，便可得到溫度的變化值。在所有的溫度傳感器中，熱電阻的準(zhǔn)確率最高，輸出信號(hào)大，靈敏度也高，測(cè)溫范圍廣，不需要冷端補(bǔ)償，但是，熱電阻溫度計(jì)的

91、結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，尺寸比較大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于測(cè)量體積小的物體不適合。常見的熱電阻有鉑電阻、銅電阻和鎳電阻等。</p><p>　　(2)熱電偶，由于制作熱電偶的兩種金屬材料的電子數(shù)密度不同，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，金屬材料中的自由電子就會(huì)產(chǎn)生電子的熱擴(kuò)散，自由電子從高溫端擴(kuò)散到低溫端，并在低溫端堆積起來，形成電勢(shì)差，利用該電勢(shì)差，就可以測(cè)量出溫度的大小。熱電偶溫度計(jì)的測(cè)量比較準(zhǔn)確，但其準(zhǔn)確度要比熱電阻溫度計(jì)低，一般需

92、要冷端補(bǔ)償。</p><p>　　(3)紅外探測(cè)器，將紅外輻射轉(zhuǎn)變成電量，通過對(duì)電量的測(cè)量從而得到較準(zhǔn)確的溫度值。紅外探測(cè)器測(cè)量溫度時(shí)不用接觸被測(cè)量物體，可以進(jìn)行高溫測(cè)量，在不方便使用接觸式溫度傳感器的地方得到充分應(yīng)用。</p><p>　　4 STTT-B系列溫度傳感器</p><p>　　在本系統(tǒng)中,由于被測(cè)量物體焚燒爐工作時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此采用接觸式傳感器測(cè)

93、量其溫度并且所測(cè)得的數(shù)據(jù)送入PLC模擬量輸入模塊中。根據(jù)工藝要求以及多種因素的考慮，本系統(tǒng)采用北京賽億凌科技有限公司STTT-B系列溫度傳感器。</p><p>　　該傳感器具體型號(hào)為STTT-BP-AK-B10-C500-D2-N4-PII-T10-S8。它采用不銹鋼外殼封裝，頂部為鋁質(zhì)接線盒，具有防暴、抗振、抗壓等良好特性,廣泛應(yīng)用于電力、石化、烘爐等大型機(jī)械設(shè)備的溫度測(cè)量。</p><p

94、>　　其技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)如下</p><p>　　測(cè)量范圍：0～1000℃  </p><p>　　基本誤差：±0.25%    </p><p>　　熱響應(yīng)時(shí)間：<24S    </p><p>　　供電電源：24V DC

95、  溫度漂移：≤0.015%/℃                </p><p>　　相對(duì)濕度：≤95%  防爆等級(jí)：dIIBT4</p><p>　　保護(hù)材料：0Cr25Ni20</p>

96、<p>　　4.3.3 壓力測(cè)量及傳感器選型</p><p>　　壓力是過程控制中一個(gè)重要的參數(shù)，在化工、冶金、輕工等工業(yè)部門占有重要的地位。壓力的測(cè)量一般采用液柱式、活塞式、彈性式和彈性振動(dòng)式等方式進(jìn)行；其中，液柱式、活塞式和彈性式都是利用一種平衡狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量[20]。本系統(tǒng)選擇了北京歐瑞特科技有限公司的ORT-10壓力傳感器。ORT-10壓力傳感器具有精度高、抗沖擊、耐震動(dòng)（振動(dòng)?） 

97、、高穩(wěn)定性 、小體積、防水等特點(diǎn)。</p><p><b>　　其基本性能指標(biāo)為：</b></p><p>　　量程:0－0.5MPa</p><p>　　零點(diǎn)輸出:≤±1mV            

98、60;        輸入電壓:10V DC                      非線性:  ≤±0.1% F.S　　 

99、           重復(fù)性:  ≤0.08% F.S 　             　零點(diǎn)溫漂:≤±0.008%FS/℃     

100、60;      允許超載：1.2～1.5倍額定壓力       </p><p>　　滿量程輸出:≥15mV</p><p>　　使用溫度: - 55～＋150℃</p><p>　　靈敏度溫漂:≤±0.008%FS/℃&l

101、t;/p><p>　　零點(diǎn)穩(wěn)定性:≤±0.2% F.S/年</p><p>　　遲滯:      ≤±0.05% F.S</p><p>　　4.3.4液位測(cè)量及傳感器的選型</p><p>　　在本系統(tǒng)中液位是重要的過程變量之一，液位的測(cè)量方式可以分為直讀式、浮力式、電氣式、

102、聲波式等。由于每個(gè)原料罐的高度大約為3米，系統(tǒng)選擇了北京金泰星測(cè)控技術(shù)有限公司的DFL系列液位傳感器，它具有高精度，高穩(wěn)定性，高可靠性，壽命長(zhǎng)，功耗低，性能價(jià)格比高，隔離防爆，數(shù)字化顯示，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。其具體技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　量程范圍：50-6000mm</p><p>　　防爆類型：隔離防爆型   </p><p>

103、;　　界面測(cè)量：雙浮子  </p><p>　　電氣連接：電纜導(dǎo)線連接 </p><p>　　溫度測(cè)點(diǎn)：五個(gè)溫度點(diǎn)</p><p>　　外管類型：剛性桿結(jié)構(gòu)   </p><p>　　測(cè)桿材料：316不銹鋼</p><p>　　輸出形式：4～20mA</

104、p><p>　　4.3.5流量測(cè)量及傳感器的選型</p><p>　　流量是本系統(tǒng)中的重要過程變量，為了獲得其準(zhǔn)確的測(cè)量值本系統(tǒng)選擇了北京瑞利威爾科技發(fā)展有限公司的LWGY型渦輪流量傳感器，該傳感器是一種精密液體流量?jī)x表，精度可以達(dá)到0.2%FS，廣泛用于石油、化工、冶金、供水、造紙、科研等領(lǐng)域的計(jì)量與控制。</p><p>　　對(duì)于系統(tǒng)總流量選擇LWGY-50型流量傳

105、感器,其主要技術(shù)指標(biāo)為：</p><p>　　流量范圍：4-40立方米/時(shí)</p><p>　　環(huán)境溫度：-20—50℃　 介質(zhì)溫度：-20—120℃ 　 輸出電壓幅值：高電平≥8V,　低電平≤0.8V 　　 供電：脈沖信供電DC12V±10﹪　 電流：≤10mA, 電流4—20MA輸出，供電24VDC 　 </p><p><b

106、>　　公稱通徑：50mm</b></p><p>　　最大工作壓力：6.3MPa</p><p>　　安裝形式：螺紋/法蘭</p><p><b>　　精度：0.2%FS</b></p><p>　　對(duì)于每一個(gè)原料罐流量的測(cè)量選擇LWGY-15型流量傳感器，其最大工作壓力力6.3 MPa，流量0.6至6

107、立方米/時(shí)，安裝形式為螺紋。</p><p>　　4.4可編程控制器的原理及選型</p><p>　　4.4.1可編程控制器概述</p><p>　　可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/

108、輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)[21-22]。</p><p>　　PLC有多種編程語言：梯形圖語言、助記符語言、邏輯功能圖語言、布爾代數(shù)語言和某些高級(jí)語言（如Basic、C語言等）。目前，各種品牌的PLC都要自己的編程支持工具軟件和編程組態(tài)工具。</p><p>　　自1969年美國數(shù)字設(shè)備公司

109、（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家己成為重要產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前，PLC在國際市場(chǎng)上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)己成為國際潮流。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC、機(jī)器人和CAD/CAM構(gòu)成了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域中。 PLC之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)

110、域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)如下[23]：</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。</p><p>　　PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是它最重要的特點(diǎn)之一，PLC平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。它的循環(huán)掃描工作方式能在很大程度上減少軟故障的發(fā)生，采用冗余技術(shù)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，一些高檔的PLC采用雙CPU并行工作，即使一個(gè)C

111、PU出故障，系統(tǒng)也能正常工作。除此以外，PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面：①隔離，在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離抑制外部干擾源對(duì)PLC的影響，防止外部高電壓對(duì)CPU模塊的沖擊。②濾波，對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，抑制高頻干擾，用導(dǎo)磁材料屏蔽CPU模塊。有些模塊還設(shè)置了連鎖保護(hù)、自診斷電路等。軟件方面：①設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。②當(dāng)出現(xiàn)軟故障時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，軟硬件結(jié)合封閉存儲(chǔ)器，

112、禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。這樣，一旦外界環(huán)境正常后，便可以恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。</p><p>　?。?）編程簡(jiǎn)單、使用方便。</p><p>　　目前大多數(shù)的PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)梯形指令、功能圖及功能指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。</p>&

113、lt;p>　　（3）設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少，功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。PLC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。</p><p>　　（4）豐富的I/O接口模塊</p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，