摘 要：本文主要介紹了西門子S7-226PLC、臺(tái)達(dá)變頻器和eview觸摸屏在滲濾液焚燒發(fā)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，著重討論了該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、通訊、監(jiān)控。 關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 觸摸屏 自由口通訊 PID 1 前言 　　中國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展、人們生活水平在不斷提高、城市化進(jìn)程也在不斷加快，但同時(shí)卻面臨著日趨嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，特別是城市垃圾的處理。城市生活垃圾已經(jīng)成為中國(guó)最嚴(yán)重 　　的公害之一。及時(shí)處理城市垃圾是建設(shè)現(xiàn)代化城市不可缺少的條件。如何解決垃圾問(wèn)題，已引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。 　　目前國(guó)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)展水平等因素不同而有所區(qū)別。中國(guó)城市生活垃圾的廚余物多、含水率高、熱值較低，利用焚燒法處理垃圾時(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，才能保證后續(xù)焚燒爐的正常運(yùn)行，將此過(guò)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)烈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。目前主要運(yùn)用的處理技術(shù)方法有回噴法、反滲透法處理、生化處理等。垃圾焚燒處理相對(duì)于其它兩種方法在減量化、無(wú)害化、資源化等方面具有很大優(yōu)勢(shì)，這種集環(huán)保、發(fā)電于一體的垃圾處理技術(shù)，正在使垃圾成為一種資源，具有廣闊的發(fā)展空間，成為解決城市垃圾出路的一個(gè)新方向。 2 控制系統(tǒng)的要求 　　本系統(tǒng)要求包括（1）能夠?qū)?shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)，顯示當(dāng)前的溫度、流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器頻率（2）能夠在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定各種控制參數(shù)，（3）能夠產(chǎn)生報(bào)警事件，包括溫度過(guò)高、過(guò)低，流量過(guò)大、過(guò)小，電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高、過(guò)低以及用戶特殊定制的報(bào)警等。（4）能夠加密以防止非專業(yè)人員修改系統(tǒng)參數(shù)。（5）能夠?yàn)橛脩籼峁┻h(yuǎn)距離開(kāi)關(guān)控制。 3 工藝流程 　　本系統(tǒng)的工藝流程主要是滲濾液原料罐首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾及反沖裝置除去滲濾液中的懸浮物和漂浮物，然后送入傳輸管道，利用高壓泵將其直接噴入焚燒爐燃燒。滲濾液流量和焚燒爐溫度可以分別通過(guò)流量計(jì)和溫度傳感器測(cè)出，傳給PLC模擬量模塊,PLC通過(guò)自由口與變頻器進(jìn)行通訊，從而根據(jù)爐溫來(lái)控制電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制流量的效果。滲濾液高溫焚燒中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)。有毒的煙氣則利用吸收塔回收凈化，然后排入大氣層。具體工藝流程圖見(jiàn)圖1。 [align=center] 圖1工藝流程圖[/align] 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置 　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示： [align=center] 圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[/align] 　　根據(jù)系統(tǒng)要求我們選擇S7-226 PLC,因?yàn)樗袃蓚€(gè)通訊接口port0、port1。將1口設(shè)為自由口通訊方式，與變頻器進(jìn)行通訊，0口保留為PPI協(xié)議與人機(jī)界面進(jìn)行連接。模擬量模塊選擇EM235,具有4路模擬量輸入，可以直接與各種參數(shù)變送器連接。人機(jī)界面選擇eview的觸摸屏，用戶可以方便的定義機(jī)組的開(kāi)關(guān)、狀態(tài)設(shè)定、參數(shù)修改、報(bào)警復(fù)位以及顯示一些重要參數(shù)。變頻器選擇臺(tái)達(dá)變頻器，該變頻器操作簡(jiǎn)單，與西門子PLC組合使用性價(jià)比高。 5 西門子PLC與臺(tái)達(dá)變頻器的通訊 　　本系統(tǒng)采用自由口通訊，眾所周知采用D/A輸出擴(kuò)展模塊來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制會(huì)因?yàn)槟M信號(hào)的波動(dòng)和衰減使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，而RS-485通訊僅僅使用一條通訊電纜就可以完成變頻器的啟動(dòng)、停止、頻率設(shè)定，容易實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行，降低了系統(tǒng)的成本，增加了信號(hào)的傳輸距離和抗干擾能力。 　　頻器RS485端口定義如下： 　　3: SG+ 信號(hào)正端，連接RS485口引腳3 　　4: SG- 信號(hào)負(fù)端，連接RS485口引腳4 　　臺(tái)達(dá)變頻器支持Modbus通訊協(xié)議，該協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)該協(xié)議，控制器與其他設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行通訊。為了使西門子PLC能夠與變頻器進(jìn)行RS485通訊設(shè)定相互認(rèn)定的參數(shù)，只有設(shè)定一致才能進(jìn)行通訊。這些參數(shù)包括波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等。設(shè)置變頻器通訊參數(shù)如下： 　　F2-00 d4 由RS485通訊界面輸入 　　F2-01 d3 由RS485通訊界面操作，鍵盤(pán)STOP有效 　　F9-00 dn 通訊地址為n,根據(jù)變頻器的站號(hào)設(shè)置為1，2，3…….. 　　F9-01 d1 波特率為9600位/秒 　　F9-04 ASCII mode 7,E,1 　　Modbus通訊協(xié)議包括兩種通訊模式：ASCII模式和RTU模式，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備必須選擇相同的傳輸模式與竄口參數(shù)。本設(shè)計(jì)采用ASCII模式，消息幀格式如下所示： 　　表1消息幀格式 　　PLC采用自由口通訊，首先通過(guò)相關(guān)程序來(lái)讀取Modbus通訊協(xié)議消息幀的ASCII碼值并將其存放到指定的存儲(chǔ)單元。將EM235采集到的模擬信號(hào)經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率ASCII碼值替換掉原先存儲(chǔ)單元的頻率ASCII碼值，并利用XMT發(fā)送指令實(shí)時(shí)發(fā)送給變頻器，以達(dá)到實(shí)時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 　　按照通訊協(xié)議讓變頻器工作在正轉(zhuǎn)50HZ需要發(fā)送的字符竄為： 　?。?1 06 2001 1388 3D 　　：為起始位，01為變頻器站地址，06為功能碼，表示寫(xiě)入字符至變頻器，2001為變頻器單元地址，1388為命令碼，在此表示頻率50HZ，3D為校驗(yàn)位，結(jié)束符為回車換行 　　正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的字符竄分別為 　?。?n 06 2000 0012 C7 　?。?n 06 2000 0022 B7 　?。?n 06 2000 0001 D8 　　n為被監(jiān)控變頻器的站號(hào)，值為1,2……..32。 6 PID控制 　　在工業(yè)控制中目前應(yīng)用最多的仍然是PID控制，我們采用CPU內(nèi)部的PID指令，使用十分方便。S7-200的V4.0版編程軟件STEP7-Micro/WIN32提供PID參數(shù)的自整定控制面板，可以在線修改PID參數(shù)，察看運(yùn)行結(jié)果。由于溫度控制是一個(gè)大滯后我們采用改進(jìn)后的PID控制。 　　 　　其中SP[sub]n[/sub]第n個(gè)采樣時(shí)刻的給定值, PV[sub]n[/sub]第n個(gè)采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值, K[sub]C[/sub]回路增益，T[sub]s[/sub]采樣時(shí)間間隔, T[sub]i[/sub]積分時(shí)間，T[sub]d[/sub]微分時(shí)間, M[sub]x[/sub]第n-1采樣時(shí)刻的積分項(xiàng), PV[sub]n-1[/sub]第n-1采樣時(shí)刻的過(guò)程變量值。根據(jù)設(shè)定溫度與當(dāng)前溫度的差值利用PID調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確監(jiān)控。PID參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況通過(guò)觸摸屏進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，以保持系統(tǒng)的最佳性能。 7 PLC的程序結(jié)構(gòu)框圖 　　根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的控制要求PLC的程序結(jié)構(gòu)框圖3所示： [align=center] 圖3程序結(jié)構(gòu)框圖[/align] 8 控制系統(tǒng)程序流程圖 　　整個(gè)系統(tǒng)的程序流程圖如圖4所示： [align=center] 圖4程序流程圖[/align] 9 結(jié)束語(yǔ) 　　滲濾液焚燒發(fā)電既有效的解決了垃圾污染問(wèn)題，又可實(shí)現(xiàn)能源的再生利用，具有廣闊的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)由PLC、臺(tái)達(dá)變頻器、觸摸屏等組成，滿足工藝要求，在穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、抗干擾能力方面效果顯著。通過(guò)觸摸屏友好的用戶界面可以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，修改不同的工藝參數(shù)，大大提高了系統(tǒng)的靈活性。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 王豐春,田新珊. 焚燒發(fā)電技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用 [J].中國(guó)電力,2002（6）:36-38 　　[2] EasyBulider500軟件使用手冊(cè) [M].深圳人機(jī)電子有限公司 2002 　　[3] 惠鴻忠,白瑞祥. 燃煤熱水鍋爐監(jiān)控系統(tǒng) [J].微機(jī)算計(jì)信息 2005（9）:33-35 　　[4] S7-200系統(tǒng)手冊(cè)[ M].西門子（中國(guó)）有限公司2004