PLC控制系统在污泥热干化厂中的应用

1、实用科技摘要:结合北京清河污泥干化厂工程实例,简要介绍了自动化控制系统在流化床热干化工艺中的应用,控制系统的结构、配置等,指出了一些与传统污水处理厂的控制系统有所区别的地方,并总结了当前阶段自控系统在该工艺设计运行中存在的问题等。关键词:污泥干化流化床PLC自控系统0引言污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物,随着国内污水处理事业的发展,污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高,产生的污泥量也日益增加。目前污泥的处置方式主要分为卫生填埋、堆肥化处理、热干化和焚烧等,其主要目的都是为了达到污泥的“减量化、稳定化和无害化”,而污泥热干化工艺也以效率高,产品用途广泛等优点逐步被国内同行业接受。本文以

2、北京清河污泥干化厂为例,介绍了基于PLC的自控系统在该厂的工艺运行中的应用情况,并提出一些需要改进的问题。1生产工艺简介清河污泥干化厂是北京第一座污泥干化厂,采用德国Andritz 的流化床工艺,设计日处理湿污泥400吨,2008年底投入试运行,用来干化清河污水处理厂进行机械脱水后的含水率约为80%的污泥泥饼,产生含水率低于10%的干颗粒,从而实现污泥无害化、简量化的目的。清河污泥干化厂的干化系统采用流化床干化工艺。污水处理厂产生的湿污泥经过脱水机脱水后,形成含水率约为80%的污泥泥饼。泥饼由污泥输送和计量系统送至流化床进行热干化,由热油锅炉提供热源,鼓风机使污泥颗粒在流化床内呈流态化运动。湿

3、污泥中的水分受热气化,由冷凝空气循环系统带出流化床,同时进行粉尘分离。冷却系统将处理好的干颗粒冷却后输送至储仓。系统中产生的臭气经过生物除臭系统排向大气、压缩空气系统为现场的气动阀门和仪表提供气源。2PLC控制系统配置2.1硬件配置清河污泥干化厂工程采用了美国罗克韦尔自动化公司的Con-trolLogix系统作为污泥干化设备的控制系统。每条生产线配有一套性能较高的L62型CPU和网络通讯模块,放置于中央控制室中。车间内则分布了若干远程I/O站,采用了价格较为低廉的小型输入输出模块(point I/O,包括了数字量、模拟量输入输出和专门用于测量转速的计数模块、用于PT100热敏电阻的温度模块等。

4、各远程站均配有光电转换模块,用于将通讯用的光纤转换为同轴电缆。L62CPU 配备了用于存放程序的存储卡,即使遇到断电等突发情况也不会因为失电而导致程序丢失。中控室为每条生产线各配备2台DELL工业计算机互为备用。2.2软件配置PLC控制器的编程软件采用RockWell公司的Logix5000软件,具备对程序进行在线编辑离线修改、强制输出和自诊断等功能,当控制系统出现硬件故障或通讯中断时能够自动报错。组态软件则采用RockWell公司的RsView32软件,将现场设备仪表信号以画面的形式显示在上位机上,便于操作人员进行监视和调控,并将重要的数据自动存入数据库中,生成历史趋势图。2.3网络结构控制

5、网络使用RockWell公司的Control Net协议,采用了总线型拓扑结构。以单条生产线为例,控制系统配有1个主控制站(含CPU,与两台上位机通过同轴电缆相连,两台上位机互为热备。现场设有UJ91-97,共7个远程I/O站,分布于车间内的1-5层,用于控制现场的各种温度、压力、料位等在线仪表以及阀门等信号;MCC室设有UJ84-UJ88共5个I/O站,用于控制各电机、变频设备的运行,他们通过光纤与主控制站进行通讯。网络结构图如图2所示。整个控制系统通过大容量的UPS不间断电压供电,当出现断电后可持续运行3个小时以上。3与传统污水处理厂的区别使用流化床工艺的污泥干化厂管线复杂,并存在高温、颗

6、粒闷燃等安全隐患。因此,无论是在系统的运行控制方式,还是日常的管理方式都和传统的污水处理厂有所不同。传统污水处理厂的设备在控制方式上主要分为自动和就地手动两种,且各个设备之间并没有复杂的连锁关系,各PLC站之间亦没有过多的数据交换。因此,即使某些设备的自控信号出现问题,甚至整个PLC站处于瘫痪状态,只要及时将设备切换至就地手动运行,完全可以使生产不受影响,但在污泥干化厂则完全不同。干化厂的各设备和仪表之间连锁关系复杂,为保障系统的安全运行,所有设备均需处在全自动状态下运行,对在线仪表的依赖程度较高,一旦控制系统出现问题,整条生产线将会受到影响,无法运行。针对这些特点,污泥干化厂的自控技术人员需

7、做到以下几点:不仅要对控制系统了如指掌,更要熟悉和深入了解流化床干化系统的工艺流程和原理。有较强的分析和解决问题的能力,遇到突发的故障能够迅速找到原因并排除,尽可能避免因控制系统故障而导致的长时间停产,将生产损失降到最低。在线仪表的日常维护保养及时到位,保证仪表的准确性和可靠性。尤其是一些与生产安全有关的仪表,如氧分析仪和温度等,应进行定期检定。备品备件全面细致。干化系统的自控模块和仪表的种类众多,应对所有能够导致报警停机的故障点加以排查,确保不会因备件的缺失造成严重的损失。4实际应用中存在的问题由于此种工艺的流化床污泥干化厂在目前国内仅有两座,设计和工程施工经验都有所欠缺,在系统投产运行后也

8、反映出一些问题和需要改进的地方。在此提出,也希望对今后类似的工程建设有所帮助。4.1MCC配电室由于受空间所限,清河污泥干化厂的MCC配电室位于车间内的二层和三层,紧邻卸料站。在系统运行时,车间内温度较高。由于干化厂的设备中有很多使用了变频器,发热量较大,即便在夏季加装空调后,MCC室内的温度仍然很高。而系统在运行中,车间内和卸料站所产生的灰尘则成为MCC室内的变频器和其他电气自控元件的另一大威胁。4.2控制网络的稳定性PLC控制系统在污泥热干化厂中的应用李童李胜田张健(北京城市排水集团有限责任公司 267摘要:文章主要通过分析汽轮机的叶片结构,阐述了基于UG软件的叶片建模方法,对整个数控加工

9、流程进行了详细研究和分解,对并联机床叶片的加工技术给出了一些建议和意见,并通过列举实际工作中经常所遇到的问题,对并联机床数控加工汽轮机叶片的方法做了细致的分析。关键词:并联机床汽轮机叶片数控加工0引言叶片属于汽轮机基础部件,它是整个汽轮机的核心部位,叶片的质量直接关系着整个汽轮机的使用效率的高低,近些年,随着世界各国工业生产和高科技技术的迅猛发展,在各行各业对汽轮机的设计要求也越来越严格,叶片型面加工成了机械加工行业必须攻克和突破的关键之所在,所有一些传统的机械加工手段已经很难满足工业生产的需求。所以如何才能有效地提高汽轮机的工作效率,就必须要从技术上入手,通过技术革新才能有效地改善当前数控加

10、工技术。笔者结合自己实际工作,就数控加工技术在汽轮机上的应用阐述一点自己的看法和经验。1汽轮机叶片结构特点汽轮机最重要的部件就是叶片,叶片的质量直接关系着整个汽轮机的使用效率的高低。通常情况下,汽轮机的叶片都是划分成为两种类型,一种是动叶片,一种是静叶片。动叶片的主要组成部分包括叶根、叶身型面(叶片的基本部分、拉筋、叶冠、中间体等五个部分组成。这中间叶身的结构最为复杂多变,通常所见的大多属于扭转型的自由曲面。一般情况下叶身型面分为进气边圆角、叶根圆角、拉筋、叶冠圆角、背弧(或背型面、内弧(或内型面、出气边圆角等七个部分。叶身型面都是由不同的截面型线进行拟合而形成的一种光滑而复杂的曲面,叶身型面

11、由一组不等距或等距平行的截面型线构成的一种空间扭曲面,通常叶身部分的这一部分横截面叫做叶型,所有横截面的边缘称作为型线,一般情况下,一条型线都是由背弧、进气边圆弧、内弧和出气边圆弧三部分所组成的,型线直接关系着叶片的具体工作,很多的型面都是为等截面弯扭曲面和弯扭变截面。一般情况下,叶根的形式都是T形、菱形、枞树形和叉形几种。我们把外端的起固定作用的部分叫作叶冠。如果叶冠、叶根圆角比较小,则叶片气道的进、出气边比较薄。2叶片的数控加工工艺叶片的气道决定了整个汽轮机的发电功率,所以说叶片在确保汽轮起的质量方面是相当重要的。叶片的数控加工技术是衡量一个企业乃至一个国家在汽轮机制造方面的技术指标。一些

12、发达国家在机械加工行业已经开始大量地使用数控设备的加工叶片技术,所以,作为发展中的我们,必须把完善和革新叶片的数控加工技术最为一个重大研究课题。在实际工作中数控加工叶片的优越性表现在很多的方面,比如通过数控叶片加工技术可以提高叶片的加工质量,从而确保叶片型线更接近理论上的叶型;通过数控叶片加工技术可以不断提高和改进叶片的加工效率;通过数控叶片加工技术能够逐步降低工人的劳动强度等等较为现实的工作。汽轮机叶片的材料大都属于不锈钢,比较难以加工的材料,常用的有2Cr12MoV、2Cr13、1Cr13等,上述材料韧性也比较大、热硬性也比较好、强度都比较高、加工的时候也容易变形,所以加工的难度比较大。汽

13、轮机的叶片毛坯最常见的有三种:方钢毛坯、锻造毛坯、精密铸造毛坯。这里面锻造毛坯大多都是用于结构简单的静叶片或动叶片的制造;而方钢毛坯经常用于整体尺寸比较小的一些精密叶片;精密铸造毛坯主要用于那些结构比较复杂、锻造工艺相对又比较难、加工的余量又比较小的叶片。3基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工随着CAD/CAM技术不断的完善和发展,自动数控编程技术逐步走进了机床加工和设计领域,通过自动的编程就可以直接把需要加工的零件信息通过网络传输给加工机械,使一些难以加工的机械器件,都转化成为具体的数控加工相应程序,通过一些相对比较简易的指命就可以完成对汽轮机叶片的加工。目前应用较成熟的CAD/CAM软件有U

14、G、Mastercam、Pro/E等,基于并联机床的汽轮机叶片的数控加工流程通常情况下都是由两大部分进行完成的:其一,CAD的处理过程;其二,并联机床的加工过程。加工内容主要分为叶片的叶根、叶身型面、叶冠及叶根与叶身、叶冠的交接面。基于Pro/E或UG的叶片数控加工编程主要包含了以下几点的内容:叶片零件的三维造型;确认叶片的数控加工具体的工艺方案和流程,确认叶片的数控加工具体工具如刀具、量具和夹具等;刀位的计算以及所生成的刀具准确运动轨迹;刀具运动轨迹校验、仿真和编辑,并生成相应的刀位文件;最后还要依据后置处理程序把刀位文件转换成为数控机床可读的NC代码。采用UG软件进行叶片的数控加工,其数控

15、加工编程通常都是在UG/CAM中生成了刀具具体轨迹之后,在进行相应的干涉校验和加工仿真,可以把信息输出和加工数据看作为刀位源的具体文件(CLSF。刀位源文件(CLSF主要涵盖了加工坐标系信息、刀具信息、姿态信息和刀具位置以及各种加工辅助命令信息等,还需要经过后置处理器,将其转变为机床能够接受的数控程序,也可以选择并联机床自带的后处理程序进行后处理。UG软件提供了各种复杂零件的粗精加工,用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型,在每种加工类型中包括了多个加工模块。应用加工模块可快速建立加工操作。在交互操作过程中,在图形方式下交互编辑刀具路径,生成适合具体机床的数控加工程

16、序。4结束语通过上述设计和改进,将去叶片毛坯的余量工序改在了普通机床上进行完成,大大缩短了叶片在数控机床上加工的时间,利用数控机床加工精度高的特性,完成叶片型面的精加工工序。叶片加工的刀具耐用度与切削用量之间不是单纯的函数关系,必须找出其最佳组合,优化切削用量。同时选好铣削刀具,提高切削参数,完善数控程序设计,用足用好数控机床,充分发挥其经济效益,为加工汽轮机叶片开创新的工艺思路。参考文献:1黄海鸣,郭连水,吴波.基于KBE叶片快速设计方法的研究与实现J,汽轮机技术,2007(2:106-108.2于红英,唐德威,伞红军.汽轮机叶片参数化设计关键技术研究J,计算机集成制造系统,2006(10:1537-1542.数控加工技术在汽轮机上的应用高克林(沈阳机床(集团有限责任公司实用科技清河污泥干化厂的控制网络使用的是罗克韦尔公司的Control Net协议,采用了光纤与同轴电缆相结合的方式。同轴电缆对接头的制作和布线要求较高,但现场远程I/O柜的设计较为紧凑,对电缆的布线和安装造成了一定的困难,在安装时经常会对电缆进行弯折,这会对日后网络的