PLC在殡仪馆火化机中的应用
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可编程控制器PLC是一种新型工业控制装置,以可靠性高、适应性好、配置灵活、体积较小、结构紧凑、安装和维护方便等优点, 受到了用户的广泛欢迎。传统火化机的控制系统以手动为主, 具有控制精度低, 劳动强度大的缺点。采用PLC 控制后, 能使遗体焚化过程始终处于完全燃烧状态, 能够减少工人的劳动强度和误操作, 具有节能效果。 火化机控制系统包括: 炉膛负压系统、炉膛温度系统、燃烧器点火系统、火化机前厅控制系统、监测系统等。这些复杂的控制回路通过PLC 编程设计和上位机的有机结合,不但实现了火化机工艺要求的各种控制功能, 而且实现了操作流程画面、控制分组画面、PID 参数调整画面、报警画面、活动记录画面的监控, 具有班报、日报、月报、遗体焚化信息的统计、打印、存储功能等多种功能。
一 系统硬件构成
根据火化机的功能和工况要求, 系统的核心控制器主要采用西门子S7- 300 PLC, 它的功能强、速度快、扩展灵活、具有紧凑的、无槽位限制的模块化结构,整个系统由上位机显示器、西门子S7-300、A/D转换器、开关量输入、模拟量输入等硬件组成。
S7- 300 PLC 带有两个通讯端口: 一个是自由通讯端口, 可用PC/PPI 电缆把S7- 300 连接到许多和RS232 标淮兼容的设备; 另一个是DP 端口, 可经现场总线与其它的PLC 组网通讯。整个系统采用2个EM231 模拟量扩展模块用于采集来自火化机炉膛负压、温度和燃烧器光敏元件的模拟信号, 进行A/D 转换, 将转换的结果送给PLC 的CPU 处理。考虑到火化机工作的要求比较低, 系统中没有设立单独的系统冗余功能。
二、系统控制功能
1 、炉膛负压控制炉膛负压值的大小是火化机正常工作的重要参数, 对遗体焚化效果及火化车间环境影响甚大。如果炉膛出现正压, 烟气就会逸出炉膛而污染车间环境; 如果炉膛负压过大, 会造成热损失过多, 使炉温上不去,导致浪费燃料, 延长焚化时间。所以要按炉膛压力的情况, 经常调节烟道闸板的启闭程度或控制引风机的输出转速来控制炉膛的负压大小。由于引风机的输出转速, 可用变频调速系统实时控制, 更适合火化机的节能。变频调速系统是通过调节引风量来控制炉膛负压,而炉内压力变化是个快速环节, 因此在设计负压控制器时, 采用前馈PID 控制器与PLC 联动控制。这样, 一旦炉膛内的负压发生变化, PLC 就能迅速发出指令, 让控制器调整引风机的转速, 从而将炉瞠负压控制在设定值附近。
2、 炉膛温度控制 火化机炉膛温度对遗体焚化过程影响很大。当炉膛温度过高时, 炉膛内热蓄积当量就会很大, 很易造成炉膛耐火材料损坏; 反之, 当炉膛温度过低时, 遗体燃烧又会不充分, 容易产生二恶英等有毒有害的物质。因此, 维持适当的炉膛温度十分重要。一般而言, 火化机主燃烧室的最佳温度是825℃±25℃, 再燃烧室的最佳温度为900℃。炉膛的温度高低主要取决于燃料的供量和助氧供风量, 由于炉膛温度在遗体焚化过程中是迅速变化的参数, 依靠手动调节控制炉温的效果很不理想, 操作人员的劳动强度也很大。采用PLC 与电动碟阀组成的供量调节系统就能较好地解决这个问题, 该系统采用前馈PID 控制器、PLC 和电动碟阀联动控制, 一旦炉膛内的温度过高或过低, PLC 就能发出指令, 让控制器调整电动碟阀的节度, 从而实现对燃料和助气供风量的调节过程, 使炉膛温度始终维持在设定值。
3 、燃烧器点火控制
火化机燃烧器的点火能否完成, 关系到燃料的正常燃烧。如果燃烧器没有在设定的情况下完成点火过程, 大量的可燃气体将在炉膛内蓄积, 可能有燃爆危险, 这是决不允许的。故在火化机的自动控制电路中必须对燃烧器的点火过程进行监测控制。一般情况下,通过光敏元件可对燃烧器的火焰进行有效监测, 一旦火焰出现异常, PLC 控制系统就能迅速发出指令, 切断燃料供应, 防止燃爆事故产生。
4 、火化机前厅控制
输火化机前厅控制主要包括预备门、尸车、炉门的控制, 一般都是直接控制电动机的正反转实现设定的工况。在PLC 控制系统中, 可按设备动作的要求, 通过模块对模拟信号进行输入或出控制。
5、 监控功能
PLC 系统在火化机运行过程中, 上位机将下位机采集来的火化机运行数据和光敏元件传送来的运行参数进行实时处理, 通过上位机的分析判断, 实现对现场温度、压力、燃料流量、助氧风供量、烟气含氧量等工艺过程参数, 以及火化机各部件运行状态进行模拟动态显示。
三、系统软件设计
系统软件设计, 采用S7- 300PLC 使用STEP7Micro/win, 可在WINDOWS 环境下进行软件设计, 操作简单功能强大; 采用模块化结构, 使得系统功能组态方便。主要功能模块(包括信号采集与数字滤波、故障处理、PID 参数调节等)均用STEP7 子功能模块FC 实现,需要时在主程序OB 中调用, 这样编制的程序简捷而直观。
1 信号采集与数字滤波
由于系统要采集现场的模拟量(如压力、温度等)送给PLC 处理, 考虑到遗体焚化时炉膛工作环境的恶劣情况, 输入的模拟信号往往含有波动和尖峰干扰信号等情况, 因此通过A/D 模块采集回来的数值不能直接为CPU 所用, 必须经过滤波处理(滤掉各种波动和干扰等信号), 同时考虑到本系统为惯性系数较大的系统, 故用取平均值的办法进行滤波、主程序在每个扫描周期调用一次子程序进行模拟量的采集和滤波处理,并将处理的结果安全交给主程序使用。本系统在模拟量采集的子程序中, 将每次的采集量累加进入累加器中, 当采集次数达到预置值后, 将累加器中的值取均值做为本次采集的最终结果送到主程序使用。
2 故障处理
当系统运行出现故障时, 程序将自动调用相应的故障处理程序, 这些故障信号送至监控计算机进行处理后, 给出设置的出错标志并接通闪烁指示灯进行实时报警, 并对系统的故障类型进行记录存档。
四 结束语
由于本系统采用了PLC 计算机控制, 使遗体始终处于完全燃烧状态, 节能效果显著。采用变频技术后,设备启动时减少了对电网的冲击, 提高了引风机的机械特性, 延长了引风机设备的使用寿命, 减少了大量的设备维护费与人工费。采用本系统控制后, 具有显著的经济效益和社会效益。采用计算机自动控制使火化机燃烧达到最佳状态, 大大减少了烟气尘埃等污染; 引风机在变频情况下工作, 使电机噪声大大下降; 火化车房的环境大大改善, 工人劳动强度大大减轻, 节省了资源。
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