PLC控制系統(tǒng)在污泥熱干化廠中的應(yīng)用

1、實(shí)用科技摘要:結(jié)合北京清河污泥干化廠工程實(shí)例,簡要介紹了自動化控制系統(tǒng)在流化床熱干化工藝中的應(yīng)用,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置等,指出了一些與傳統(tǒng)污水處理廠的控制系統(tǒng)有所區(qū)別的地方,并總結(jié)了當(dāng)前階段自控系統(tǒng)在該工藝設(shè)計運(yùn)行中存在的問題等。關(guān)鍵詞:污泥干化流化床PLC自控系統(tǒng)0引言污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的固體廢棄物,隨著國內(nèi)污水處理事業(yè)的發(fā)展,污水廠總處理水量和處理程度將不斷擴(kuò)大和提高,產(chǎn)生的污泥量也日益增加。目前污泥的處置方式主要分為衛(wèi)生填埋、堆肥化處理、熱干化和焚燒等,其主要目的都是為了達(dá)到污泥的“減量化、穩(wěn)定化和無害化”,而污泥熱干化工藝也以效率高,產(chǎn)品用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)逐步被國內(nèi)同行業(yè)接受。本文以

2、北京清河污泥干化廠為例,介紹了基于PLC的自控系統(tǒng)在該廠的工藝運(yùn)行中的應(yīng)用情況,并提出一些需要改進(jìn)的問題。1生產(chǎn)工藝簡介清河污泥干化廠是北京第一座污泥干化廠,采用德國Andritz 的流化床工藝,設(shè)計日處理濕污泥400噸,2008年底投入試運(yùn)行,用來干化清河污水處理廠進(jìn)行機(jī)械脫水后的含水率約為80%的污泥泥餅,產(chǎn)生含水率低于10%的干顆粒,從而實(shí)現(xiàn)污泥無害化、簡量化的目的。清河污泥干化廠的干化系統(tǒng)采用流化床干化工藝。污水處理廠產(chǎn)生的濕污泥經(jīng)過脫水機(jī)脫水后,形成含水率約為80%的污泥泥餅。泥餅由污泥輸送和計量系統(tǒng)送至流化床進(jìn)行熱干化,由熱油鍋爐提供熱源,鼓風(fēng)機(jī)使污泥顆粒在流化床內(nèi)呈流態(tài)化運(yùn)動。濕

3、污泥中的水分受熱氣化,由冷凝空氣循環(huán)系統(tǒng)帶出流化床,同時進(jìn)行粉塵分離。冷卻系統(tǒng)將處理好的干顆粒冷卻后輸送至儲倉。系統(tǒng)中產(chǎn)生的臭氣經(jīng)過生物除臭系統(tǒng)排向大氣、壓縮空氣系統(tǒng)為現(xiàn)場的氣動閥門和儀表提供氣源。2PLC控制系統(tǒng)配置2.1硬件配置清河污泥干化廠工程采用了美國羅克韋爾自動化公司的Con-trolLogix系統(tǒng)作為污泥干化設(shè)備的控制系統(tǒng)。每條生產(chǎn)線配有一套性能較高的L62型CPU和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊,放置于中央控制室中。車間內(nèi)則分布了若干遠(yuǎn)程I/O站,采用了價格較為低廉的小型輸入輸出模塊(point I/O,包括了數(shù)字量、模擬量輸入輸出和專門用于測量轉(zhuǎn)速的計數(shù)模塊、用于PT100熱敏電阻的溫度模塊等。

4、各遠(yuǎn)程站均配有光電轉(zhuǎn)換模塊,用于將通訊用的光纖轉(zhuǎn)換為同軸電纜。L62CPU 配備了用于存放程序的存儲卡,即使遇到斷電等突發(fā)情況也不會因?yàn)槭щ姸鴮?dǎo)致程序丟失。中控室為每條生產(chǎn)線各配備2臺DELL工業(yè)計算機(jī)互為備用。2.2軟件配置PLC控制器的編程軟件采用RockWell公司的Logix5000軟件,具備對程序進(jìn)行在線編輯離線修改、強(qiáng)制輸出和自診斷等功能,當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)硬件故障或通訊中斷時能夠自動報錯。組態(tài)軟件則采用RockWell公司的RsView32軟件,將現(xiàn)場設(shè)備儀表信號以畫面的形式顯示在上位機(jī)上,便于操作人員進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)控,并將重要的數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫中,生成歷史趨勢圖。2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制

5、網(wǎng)絡(luò)使用RockWell公司的Control Net協(xié)議,采用了總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以單條生產(chǎn)線為例,控制系統(tǒng)配有1個主控制站(含CPU,與兩臺上位機(jī)通過同軸電纜相連,兩臺上位機(jī)互為熱備?，F(xiàn)場設(shè)有UJ91-97,共7個遠(yuǎn)程I/O站,分布于車間內(nèi)的1-5層,用于控制現(xiàn)場的各種溫度、壓力、料位等在線儀表以及閥門等信號;MCC室設(shè)有UJ84-UJ88共5個I/O站,用于控制各電機(jī)、變頻設(shè)備的運(yùn)行,他們通過光纖與主控制站進(jìn)行通訊。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。整個控制系統(tǒng)通過大容量的UPS不間斷電壓供電,當(dāng)出現(xiàn)斷電后可持續(xù)運(yùn)行3個小時以上。3與傳統(tǒng)污水處理廠的區(qū)別使用流化床工藝的污泥干化廠管線復(fù)雜,并存在高溫、顆

6、粒悶燃等安全隱患。因此,無論是在系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式,還是日常的管理方式都和傳統(tǒng)的污水處理廠有所不同。傳統(tǒng)污水處理廠的設(shè)備在控制方式上主要分為自動和就地手動兩種,且各個設(shè)備之間并沒有復(fù)雜的連鎖關(guān)系,各PLC站之間亦沒有過多的數(shù)據(jù)交換。因此,即使某些設(shè)備的自控信號出現(xiàn)問題,甚至整個PLC站處于癱瘓狀態(tài),只要及時將設(shè)備切換至就地手動運(yùn)行,完全可以使生產(chǎn)不受影響,但在污泥干化廠則完全不同。干化廠的各設(shè)備和儀表之間連鎖關(guān)系復(fù)雜,為保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行,所有設(shè)備均需處在全自動狀態(tài)下運(yùn)行,對在線儀表的依賴程度較高,一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題,整條生產(chǎn)線將會受到影響,無法運(yùn)行。針對這些特點(diǎn),污泥干化廠的自控技術(shù)人員需

7、做到以下幾點(diǎn):不僅要對控制系統(tǒng)了如指掌,更要熟悉和深入了解流化床干化系統(tǒng)的工藝流程和原理。有較強(qiáng)的分析和解決問題的能力,遇到突發(fā)的故障能夠迅速找到原因并排除,盡可能避免因控制系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的長時間停產(chǎn),將生產(chǎn)損失降到最低。在線儀表的日常維護(hù)保養(yǎng)及時到位,保證儀表的準(zhǔn)確性和可靠性。尤其是一些與生產(chǎn)安全有關(guān)的儀表,如氧分析儀和溫度等,應(yīng)進(jìn)行定期檢定。備品備件全面細(xì)致。干化系統(tǒng)的自控模塊和儀表的種類眾多,應(yīng)對所有能夠?qū)е聢缶C(jī)的故障點(diǎn)加以排查,確保不會因備件的缺失造成嚴(yán)重的損失。4實(shí)際應(yīng)用中存在的問題由于此種工藝的流化床污泥干化廠在目前國內(nèi)僅有兩座,設(shè)計和工程施工經(jīng)驗(yàn)都有所欠缺,在系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行后也

8、反映出一些問題和需要改進(jìn)的地方。在此提出,也希望對今后類似的工程建設(shè)有所幫助。4.1MCC配電室由于受空間所限,清河污泥干化廠的MCC配電室位于車間內(nèi)的二層和三層,緊鄰卸料站。在系統(tǒng)運(yùn)行時,車間內(nèi)溫度較高。由于干化廠的設(shè)備中有很多使用了變頻器,發(fā)熱量較大,即便在夏季加裝空調(diào)后,MCC室內(nèi)的溫度仍然很高。而系統(tǒng)在運(yùn)行中,車間內(nèi)和卸料站所產(chǎn)生的灰塵則成為MCC室內(nèi)的變頻器和其他電氣自控元件的另一大威脅。4.2控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性PLC控制系統(tǒng)在污泥熱干化廠中的應(yīng)用李童李勝田張健(北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司 267摘要:文章主要通過分析汽輪機(jī)的葉片結(jié)構(gòu),闡述了基于UG軟件的葉片建模方法,對整個數(shù)控加工

9、流程進(jìn)行了詳細(xì)研究和分解,對并聯(lián)機(jī)床葉片的加工技術(shù)給出了一些建議和意見,并通過列舉實(shí)際工作中經(jīng)常所遇到的問題,對并聯(lián)機(jī)床數(shù)控加工汽輪機(jī)葉片的方法做了細(xì)致的分析。關(guān)鍵詞:并聯(lián)機(jī)床汽輪機(jī)葉片數(shù)控加工0引言葉片屬于汽輪機(jī)基礎(chǔ)部件,它是整個汽輪機(jī)的核心部位,葉片的質(zhì)量直接關(guān)系著整個汽輪機(jī)的使用效率的高低,近些年,隨著世界各國工業(yè)生產(chǎn)和高科技技術(shù)的迅猛發(fā)展,在各行各業(yè)對汽輪機(jī)的設(shè)計要求也越來越嚴(yán)格,葉片型面加工成了機(jī)械加工行業(yè)必須攻克和突破的關(guān)鍵之所在,所有一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段已經(jīng)很難滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。所以如何才能有效地提高汽輪機(jī)的工作效率,就必須要從技術(shù)上入手,通過技術(shù)革新才能有效地改善當(dāng)前數(shù)控加

10、工技術(shù)。筆者結(jié)合自己實(shí)際工作,就數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機(jī)上的應(yīng)用闡述一點(diǎn)自己的看法和經(jīng)驗(yàn)。1汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)汽輪機(jī)最重要的部件就是葉片,葉片的質(zhì)量直接關(guān)系著整個汽輪機(jī)的使用效率的高低。通常情況下,汽輪機(jī)的葉片都是劃分成為兩種類型,一種是動葉片,一種是靜葉片。動葉片的主要組成部分包括葉根、葉身型面(葉片的基本部分、拉筋、葉冠、中間體等五個部分組成。這中間葉身的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜多變,通常所見的大多屬于扭轉(zhuǎn)型的自由曲面。一般情況下葉身型面分為進(jìn)氣邊圓角、葉根圓角、拉筋、葉冠圓角、背弧(或背型面、內(nèi)弧(或內(nèi)型面、出氣邊圓角等七個部分。葉身型面都是由不同的截面型線進(jìn)行擬合而形成的一種光滑而復(fù)雜的曲面,葉身型面

11、由一組不等距或等距平行的截面型線構(gòu)成的一種空間扭曲面,通常葉身部分的這一部分橫截面叫做葉型,所有橫截面的邊緣稱作為型線,一般情況下,一條型線都是由背弧、進(jìn)氣邊圓弧、內(nèi)弧和出氣邊圓弧三部分所組成的,型線直接關(guān)系著葉片的具體工作,很多的型面都是為等截面彎扭曲面和彎扭變截面。一般情況下,葉根的形式都是T形、菱形、樅樹形和叉形幾種。我們把外端的起固定作用的部分叫作葉冠。如果葉冠、葉根圓角比較小,則葉片氣道的進(jìn)、出氣邊比較薄。2葉片的數(shù)控加工工藝葉片的氣道決定了整個汽輪機(jī)的發(fā)電功率,所以說葉片在確保汽輪起的質(zhì)量方面是相當(dāng)重要的。葉片的數(shù)控加工技術(shù)是衡量一個企業(yè)乃至一個國家在汽輪機(jī)制造方面的技術(shù)指標(biāo)。一些

12、發(fā)達(dá)國家在機(jī)械加工行業(yè)已經(jīng)開始大量地使用數(shù)控設(shè)備的加工葉片技術(shù),所以,作為發(fā)展中的我們,必須把完善和革新葉片的數(shù)控加工技術(shù)最為一個重大研究課題。在實(shí)際工作中數(shù)控加工葉片的優(yōu)越性表現(xiàn)在很多的方面,比如通過數(shù)控葉片加工技術(shù)可以提高葉片的加工質(zhì)量,從而確保葉片型線更接近理論上的葉型;通過數(shù)控葉片加工技術(shù)可以不斷提高和改進(jìn)葉片的加工效率;通過數(shù)控葉片加工技術(shù)能夠逐步降低工人的勞動強(qiáng)度等等較為現(xiàn)實(shí)的工作。汽輪機(jī)葉片的材料大都屬于不銹鋼,比較難以加工的材料,常用的有2Cr12MoV、2Cr13、1Cr13等,上述材料韌性也比較大、熱硬性也比較好、強(qiáng)度都比較高、加工的時候也容易變形,所以加工的難度比較大。汽

13、輪機(jī)的葉片毛坯最常見的有三種:方鋼毛坯、鍛造毛坯、精密鑄造毛坯。這里面鍛造毛坯大多都是用于結(jié)構(gòu)簡單的靜葉片或動葉片的制造;而方鋼毛坯經(jīng)常用于整體尺寸比較小的一些精密葉片;精密鑄造毛坯主要用于那些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、鍛造工藝相對又比較難、加工的余量又比較小的葉片。3基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工隨著CAD/CAM技術(shù)不斷的完善和發(fā)展,自動數(shù)控編程技術(shù)逐步走進(jìn)了機(jī)床加工和設(shè)計領(lǐng)域,通過自動的編程就可以直接把需要加工的零件信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給加工機(jī)械,使一些難以加工的機(jī)械器件,都轉(zhuǎn)化成為具體的數(shù)控加工相應(yīng)程序,通過一些相對比較簡易的指命就可以完成對汽輪機(jī)葉片的加工。目前應(yīng)用較成熟的CAD/CAM軟件有U

14、G、Mastercam、Pro/E等,基于并聯(lián)機(jī)床的汽輪機(jī)葉片的數(shù)控加工流程通常情況下都是由兩大部分進(jìn)行完成的:其一,CAD的處理過程;其二,并聯(lián)機(jī)床的加工過程。加工內(nèi)容主要分為葉片的葉根、葉身型面、葉冠及葉根與葉身、葉冠的交接面?；赑ro/E或UG的葉片數(shù)控加工編程主要包含了以下幾點(diǎn)的內(nèi)容:葉片零件的三維造型;確認(rèn)葉片的數(shù)控加工具體的工藝方案和流程,確認(rèn)葉片的數(shù)控加工具體工具如刀具、量具和夾具等;刀位的計算以及所生成的刀具準(zhǔn)確運(yùn)動軌跡;刀具運(yùn)動軌跡校驗(yàn)、仿真和編輯,并生成相應(yīng)的刀位文件;最后還要依據(jù)后置處理程序把刀位文件轉(zhuǎn)換成為數(shù)控機(jī)床可讀的NC代碼。采用UG軟件進(jìn)行葉片的數(shù)控加工,其數(shù)控

15、加工編程通常都是在UG/CAM中生成了刀具具體軌跡之后,在進(jìn)行相應(yīng)的干涉校驗(yàn)和加工仿真,可以把信息輸出和加工數(shù)據(jù)看作為刀位源的具體文件(CLSF。刀位源文件(CLSF主要涵蓋了加工坐標(biāo)系信息、刀具信息、姿態(tài)信息和刀具位置以及各種加工輔助命令信息等,還需要經(jīng)過后置處理器,將其轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床能夠接受的數(shù)控程序,也可以選擇并聯(lián)機(jī)床自帶的后處理程序進(jìn)行后處理。UG軟件提供了各種復(fù)雜零件的粗精加工,用戶可以根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、加工表面形狀和加工精度要求選擇合適的加工類型,在每種加工類型中包括了多個加工模塊。應(yīng)用加工模塊可快速建立加工操作。在交互操作過程中,在圖形方式下交互編輯刀具路徑,生成適合具體機(jī)床的數(shù)控加工程

16、序。4結(jié)束語通過上述設(shè)計和改進(jìn),將去葉片毛坯的余量工序改在了普通機(jī)床上進(jìn)行完成,大大縮短了葉片在數(shù)控機(jī)床上加工的時間,利用數(shù)控機(jī)床加工精度高的特性,完成葉片型面的精加工工序。葉片加工的刀具耐用度與切削用量之間不是單純的函數(shù)關(guān)系,必須找出其最佳組合,優(yōu)化切削用量。同時選好銑削刀具,提高切削參數(shù),完善數(shù)控程序設(shè)計,用足用好數(shù)控機(jī)床,充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益,為加工汽輪機(jī)葉片開創(chuàng)新的工藝思路。參考文獻(xiàn):1黃海鳴,郭連水,吳波.基于KBE葉片快速設(shè)計方法的研究與實(shí)現(xiàn)J,汽輪機(jī)技術(shù),2007(2:106-108.2于紅英,唐德威,傘紅軍.汽輪機(jī)葉片參數(shù)化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究J,計算機(jī)集成制造系統(tǒng),2006(10:1537-1542.數(shù)控加工技術(shù)在汽輪機(jī)上的應(yīng)用高克林(沈陽機(jī)床(集團(tuán)有限責(zé)任公司實(shí)用科技清河污泥干化廠的控制網(wǎng)絡(luò)使用的是羅克韋爾公司的Control Net協(xié)議,采用了光纖與同軸電纜相結(jié)合的方式。同軸電纜對接頭的制作和布線要求較高,但現(xiàn)場遠(yuǎn)程I/O柜的設(shè)計較為緊湊,對電纜的布線和安裝造成了一定的困難,在安裝時經(jīng)常會對電纜進(jìn)行彎折,這會對日后網(wǎng)絡(luò)的