一 系統(tǒng)概述
隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化步伐速度也日益加快,，城市生活垃圾和工業(yè)垃圾處理問(wèn)題正變得 日益突出,。每年全國(guó)城市垃圾清運(yùn)量達(dá)數(shù)億噸，在各大城市中,，垃圾包圍城市的現(xiàn)象非常普遍,。垃圾已對(duì)大氣環(huán)境及地表和地下水及江河、湖泊等造成了嚴(yán)重污染,，生態(tài)環(huán)境正在遭到嚴(yán)重破壞,。因此，結(jié)合城市具體情況,，對(duì)垃圾的處理技術(shù)和處理系統(tǒng)及其控制策略等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討,，找出處理效果好,、經(jīng)濟(jì)上可行的處理方案已成為目前城市垃圾處理問(wèn)題研究的熱點(diǎn)之一,。
焚燒處理垃圾的主要優(yōu)點(diǎn)是垃圾減量最大，無(wú)害化比較徹底,。如焚燒垃圾發(fā)電是現(xiàn)有垃圾處理方法中占地較小,，效果較好的方法。另外,，建立垃圾焚燒發(fā)電廠,，可解決垃圾滲瀝液引起的污染地下水問(wèn)題，垃圾焚燒后的廢渣進(jìn)入制磚廠,，既減少了對(duì)環(huán)境的污染,，還可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。城市生活垃圾,、工業(yè)垃圾,、淤泥和廢橡膠輪胎等垃圾焚燒處理技術(shù)，利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電,，變廢為寶,，將是今后環(huán)保技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向,。
垃圾焚燒工作原理：垃圾經(jīng)自動(dòng)給料單元送入焚燒爐的干燥床干燥，然后送入爐排,，爐排在脈沖空氣動(dòng)力裝置的推動(dòng)下拋動(dòng)垃圾,，垃圾與爐排片上的均勻氣孔噴出的助燃空氣混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)入余熱鍋爐,，將鍋爐給水加熱到壓力約4Mpa,，溫度400℃左右的蒸汽，再推動(dòng)汽機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電,。由主燃燒室揮發(fā)和裂解出來(lái)的煙氣進(jìn)入第二,、三級(jí)燃燒室，進(jìn)行進(jìn)一步燃燒,，使煙氣的溫度高達(dá)1000℃,，煙氣在此稍作停留，使有毒煙氣迅速分解,，后經(jīng)煙氣處理設(shè)備和除塵設(shè)備處理合格后排入大氣,。
垃圾焚燒發(fā)電廠主要技術(shù)參數(shù)：焚化爐鍋爐2 臺(tái)，垃圾處理量350t/天,，蒸汽量 35t/h,，過(guò)熱汽壓4.0Mpa，過(guò)熱汽溫400℃,，爐膛溫度980℃,，給水溫度145℃ 。
汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一套,，主蒸汽壓力3.9Mpa,，主蒸汽溫度390℃，發(fā)電功率12MW,。
二 系統(tǒng)要求
1. 提供完善的垃圾焚燒,、余熱發(fā)電DCS 控制系統(tǒng);
2. 控制系統(tǒng)采用全冗余配置，保證系統(tǒng)高效,、可靠,、安全;
3. 監(jiān)控功能友好易用，漢化操作界面;
4. 提供方便易學(xué)的功能組態(tài),，和專用功能塊和圖庫(kù),，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展或修改。
三 系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)
該控制系統(tǒng)采用西門子最先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7 和Profibus-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),，控制系統(tǒng)不僅要承擔(dān)起全廠的生產(chǎn)過(guò)程控制,，還要根據(jù)垃圾成分的變化快速調(diào)整控制程序，以保證焚燒工藝的安全性,，使其不再產(chǎn)生二次污染,。Profibus-DP 總線的通訊速率可達(dá)12Mbps,，S7-414H 雙機(jī)熱備系統(tǒng)和ET200M 分布式I/O 組成的Profibus-DP 總線網(wǎng)構(gòu)成切換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障時(shí)的無(wú)擾自動(dòng)切換,。上位機(jī)采用WinCC V6.0 組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài),。該廠的垃圾焚燒工藝引進(jìn)加拿大RICHWAY 公司專利技術(shù)，采用四級(jí)脈沖爐排,，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際環(huán)保要求,。
控制系統(tǒng)提供的主要回路控制功能有：爐膛壓力控制、干燥爐排溫度控制,、再循環(huán)煙氣溫度控制,、鍋爐汽包水位控制、過(guò)熱蒸汽溫度控制,、熱井水位控制,、除氧器水位控制。
1.操作員站(OS 站)和工程師站(ES 站)
DCS 系統(tǒng)配置4 套獨(dú)立的操作員站(OS 站),，其中兩臺(tái)焚燒爐配兩個(gè)OS 站,，汽機(jī)和輔機(jī)控制配兩個(gè)OS 站。每套OS 均采用成熟,、可靠的DELL 商用計(jì)算機(jī),。OS 站為操作員提供圖形、列表,、操作,、歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)等，可在打印機(jī)上輸出,。運(yùn)行Windows 2000 多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的PCS7 OS 站應(yīng)用軟件,。所有OS 站均為全能值班配置，圖像,、操作,、數(shù)據(jù)一致,，實(shí)現(xiàn)機(jī),、爐、電的運(yùn)行操作,。
系統(tǒng)配置1 套工程師站(ES 站),，采用成熟、可靠的DELL 商用電腦,。ES站主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),、控制塊、圖形,、趨勢(shì),、報(bào)表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝,，完成對(duì)系統(tǒng)的詳細(xì)自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備。運(yùn)行Windows 2000多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的PCS7 ES站應(yīng)用軟件,。
可由專業(yè)人員通過(guò)工程師站對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài),、維護(hù)。專業(yè)工程師在授權(quán)的情況下,，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線或離線修改,。同時(shí)，所有運(yùn)行情況和控制邏輯均可在工程師站上查看,，增加了用戶對(duì)系統(tǒng)掌握的程度,，以及系統(tǒng)軟件、硬件的透明度,。當(dāng)不需組態(tài)時(shí),，可運(yùn)行與操作員站完全相同的軟件。整個(gè)系統(tǒng)配置2 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī),，用于記錄打印和CRT 圖象拷貝,。打印機(jī)選用DELL 網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。
2.冗余的CPU414H 中央控制單元
本自控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的中央控制器采用冗余設(shè)計(jì),，它由2 套AS-400 型中央控制器組成,。它們預(yù)裝有冗余軟件，并通過(guò)一個(gè)通訊接口實(shí)現(xiàn)相互連接,。在系統(tǒng)正常的運(yùn)行中,，當(dāng)某個(gè)中央控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器能自動(dòng)接管所有的工作,，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行,。因此系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的AS-400 中央控制器具有很好的冗余性能。AS 的中央處理器采用S7-400 系列工業(yè)控制器中S-414 以上的CPU,，專為過(guò)程控制應(yīng)用設(shè)計(jì),，CPU 芯片的底層程序采用類PASCAL語(yǔ)言編寫，為CFC,SFC等過(guò)程控制語(yǔ)言提供
平臺(tái),。中央控制器中預(yù)裝有冗余軟件,，用戶在組態(tài)時(shí)可完全忽略其冗余特性，象對(duì)非冗余系統(tǒng)組態(tài)一樣只需輸入用戶程序,。
3.遠(yuǎn)程I/O 站
每個(gè)分布式I/O 站的有源背板總線上插有2 個(gè)IM153-2 通訊接口模塊 ,，分別通過(guò)2 條獨(dú)立的PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線與AS-400 中央控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,，當(dāng)其中某一個(gè)IM153-2 通訊接口模塊發(fā)生故障時(shí),， 系統(tǒng)能自動(dòng)地切換到另一個(gè)IM153-2 通訊接口模塊，并可帶電熱插拔更換故障的通訊接口模塊，不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,。
4.冗余的通訊網(wǎng)絡(luò)
CP443-1作為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)連接裝置,，在物理層上采用高防護(hù)等級(jí)的通訊線纜，工業(yè)以太網(wǎng)的卡件上帶有CPU可以獨(dú)立處理通訊信號(hào),。高速工業(yè)以太網(wǎng)是在工業(yè)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上,，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網(wǎng)采用了全雙工并行(FDX)通訊模式,，這種模式允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太網(wǎng)上還采用了交換技術(shù),，利用交換機(jī)模塊將整個(gè)網(wǎng)段分成若干子網(wǎng),，每個(gè)子網(wǎng)都可以獨(dú)立地形成一個(gè)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)段，可以大大地提高通訊效率,。普通以太網(wǎng)上由于網(wǎng)段上數(shù)據(jù)通訊阻塞的存在,，使得網(wǎng)絡(luò)上實(shí)際通訊技術(shù)只有40%，采用了全雙工并行通訊技術(shù)和交換技術(shù)后,，使得網(wǎng)絡(luò)的通訊能力得以充分地利用,。
5.主要監(jiān)控功能描述：
(1) 工藝流程顯示：依據(jù)系統(tǒng)工藝控制過(guò)程以流程圖形式表現(xiàn)工藝流程圖;
(2) 順序控制操作指導(dǎo)：在PCS7 中提供SFC 順序功能圖，以圖形方式監(jiān)控順序控制過(guò)程;
(3) 系統(tǒng)控制和設(shè)定功能：控制系統(tǒng)提供豐富的回路控制監(jiān)控庫(kù),，可以對(duì)回路控制和參數(shù)設(shè)定進(jìn)行集中顯示,、集中監(jiān)控;
(4) 趨勢(shì)顯示：以實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)方式顯示重要過(guò)程參數(shù)的變化趨勢(shì);
(5) 報(bào)警記錄與顯示
(6) 報(bào)表管理：提供日?qǐng)?bào)、月報(bào)打印功能,，可提供定時(shí)打印,、事件驅(qū)動(dòng)打印、召喚打印等;
(7) 用戶級(jí)別管理：為了保證系統(tǒng)的安全操作,，系統(tǒng)提供多級(jí)用戶權(quán)限管理,，不同權(quán)限的用戶對(duì)應(yīng)不同的操作范圍。
四 使用效果
分析該DCS 系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行證明,，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,，主要表現(xiàn)如下：
(1) 燃燒效率高：垃圾在爐排上與空氣混合均勻燃燒充分，垃圾燃盡率高;
(2) 處理垃圾范圍廣泛 ：由于設(shè)計(jì)了根據(jù)不同垃圾類型而調(diào)整的控制策略,，垃圾處理范圍大大提高,，能夠處理工業(yè)垃圾、生活垃圾,、廢棄橡膠輪胎等;
(3) 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低 ：由于自動(dòng)控制水平高,，運(yùn)行人員少,，定檢和不定期檢修費(fèi)用低,，降低了維護(hù)費(fèi)用;
(4) 可靠性高 ：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行表明，控制系統(tǒng)故障率非常低，系統(tǒng)可用率可達(dá)99.9%以上,，滿足設(shè)計(jì)要求;
五：總結(jié)
此上使用了UniMAT UN300系列產(chǎn)品的模塊,，在冗余系統(tǒng)中良好性能要求使工作更加穩(wěn)定，大大提高生產(chǎn)線效率,。