徐吉磊 冯无恙
青岛天人环境股份有限公司，山东 青岛 266100
摘要：厨房垃圾主要来自于食物，其有机物质含量高，营养丰富，适合资源的再利用。文章主要是分析了PLC控制系统应用到餐厨垃圾处理中的设计方案，此方案主要是PLC设备对餐厨垃圾处理工厂的设备进行了自动化控制。
关键词：餐厨垃圾；垃圾处理；PLC
1 餐厨垃圾处理流程介绍
餐厨垃圾处理的步骤主要可以分为分拣、加热、蒸煮压榷、固液分离、离心分离、烘干等多个加工程序。整个过程分在预处理车间、油脂车间、生物蛋白饲料车间、污水处理车间以及废气处理等几大部分进行。餐厨垃圾由专用的垃圾收集转运车收集后，首先进入分拣预处理,在这个过程中首先用专门的容器滤去里面的液态水分,然后通过用快速的机械分拣系统,以去除塑料，玻璃等杂物，剩下的就大部分是餐厨垃圾中的可回收利用部分大量的有机物。分拣后的材料被排序后通过倾斜的螺旋推运器加入到加热设备,使用温控技术确保加热到适当的温度，使大多数的结合水分子变成自由水,提高脱水效果。最后进入挤压机进行固液分离,使物料水分控制在60%～65%左右。分离出的液体在水平离心机中分离出蛋白泥,然后通过絮凝分离蛋白泥浆和油脂。整个系统中废水将集中收集到污水处理车间中集中处置,并且在全部车间中产生的废气也将集中进行处理，来消除生产过程中可能产生的气味。
2 PLC控制系统的初步设计
按照工厂生产要求，餐厨垃圾处理的整个PLC控制系统将被分为上位监控站、PLC控制柜MCC柜(电机控制中心)、现场控制柜三部分组成。监控站主要起到人机配置监控作用,在监视屏幕上显示的生产工艺流程图，启动和停止控制装置,选择自动/手动操作状态,PLC自动控制启动和停止，或直接对现场设备手动操作的控制命令，并保存运行过程中产生的数据生成运营数据趋势曲线，显示警报信号。监测站配备一个UPS电源，确保系统在紧急断电时能够有1个多小时的停电运行能力。PLC控制柜的作用是现场的开关和模拟信号的采集和控制，其中CPU、电源和相应的DI、DO、AI、AO模块均由PLC控制器控制，它可以很容易地扩展操作和系统维护,还配备了一台UPS电源当做应急电源,确保系统在停电状况下能够运行一个多小时。MCC柜主要用来放置空气开关，交流接触器和其他低压电器。现场控制柜以及PLC通过MCC控制现场设备。现场控制柜可现场手动操作，可直接驱动MCC柜,一般状况下不使用，在装配和调试或PLC出了问题时，可以做应急之用。在对处理工艺进行深入了解的基础上,我们把PLC控制系统按不同车间分为预处理车间控制、油脂车间控制、生物蛋白车间控制、污水废气处理控制等五个部分。而PLC控制柜,主要用于采集各部分运行参数数据和对各电气环节的直接控制。各车间仪表和执行单元的状态经过数字量模块输入到PLC中,然后将各设备的开关量都转换成一位二进制信号输入到PLC的CPU中,经过输出模块来输出信号控制设备的启停,同时满足设备工作时的连锁保护要求。PLC经过模拟量输入模块采集温度、压力信号,将传感器或变送器的输出的4-20mA/0-24V信号经转化为多位二进制信号输入CPU中,然后经过模拟量输出模块来控制反应器的蒸汽进汽阀门来实现对温度的PID调节,通过数字量输出控制蒸汽往复泵来实现脱水锅压力PID调节。同时,PLC将控制状态上传至上位机监控站,实时显示在人机界面中。人机界面HMI(Human Machine Interface) 以其过程可视化、操作员可方便的加以控制等特点而得到广泛地应用。工业HMI一般与PLC、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备连接,利用显示屏显示，通过输入单元写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器的信息交互，它包括硬件和软件两部分。
硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等,其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低,是HMI的核心单元。软件部分包括运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC的画面组态软件。新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。在本控制系统中，采用组态王软件进行画面设计,在台式工控PC中运行监控画面,通过定义变量与现场数据相连接,实现工艺流程的实时监控功能，并具有数据记录保存显示功能和系统报警显示功能。设计的工艺流程监控界面包括监控主界面、预处理车间分界面、油脂车间分界面、生物蛋白饲料车间分界面、污水废气处理分界面。设计报警消息界面和数据报表界面，实现系统故障显示，具有历史数据查询、报表打印等功能。整个系统的硬件设备包括：上位监控站的显示器、电脑主机、打印机；PLC控制器中央处理器及输入输出模块；UPS电源；MCC里的空气开关、接触器、热继电器、延时继电器、隔离开关、熔断器；现场控制柜的开关、按钮、指示灯；现场设备的电动调节阀、温度传感器、压力变送器、真空表、失速开关等。同时设计过程中还需要考虑工厂的防雷器材等。
3 餐厨垃圾处理自控系统
针对餐厨垃圾处理各系统较分散的工艺特点，全套自控方案由现场控制站与厂级监控系统构成，其中现场控制站主要完成进料及预处理、厌氧发酵、沼渣脱水、酸化、沼气净化提纯的控制，并测控生产相关的重要过程参数如温度、压力、流量、液位、pH、溶解氧、电导率等；厂级监控系统主要确保各类设备的可靠运行、安全生产，保证系统运行过程有直观明了的信号和状态显示，并有完善的故障报警系统和机制。控制系统采用工业以太网通讯方式将各控制子系统的工艺参数和运行状态采集到综合楼中央控制室操作员站上进行集中管理，且预留数据通讯接口以便将数据上传至接上级主管部门计算机系统。根据餐厨垃圾处理流程，PLC控制系统按不同车间分为预处理车间控制站、沼渣脱水车间控制站、沼气提纯车间控制站。每个现场控制站设置单独的控制室或值班室，操作员可在控制室内通过上位控制系统的组态软件或PLC柜上的触摸屏读取底层数据，利用数据库、算法库，进行一系列的运算，最终将AO/DO信号反馈结果传输给执行机构，对现场设备进行远程控制，并将整体数据上传至中央控制室，实现分散控制、集中管理的目的。预处理车间控制站主要完成预处理、厌氧发酵、酸化等工艺的控制任务。根据生产工艺流程，各个执行机构通过PLC内部预设的顺序自动地有秩序地进行操作，同时系统对生产过程中的重要参数进行实时监控，把测控的数据与设定值进行比对，经PID计算后，通过控制器发送控制信号至蒸汽阀门、进料泵等设备，实现生产安全稳定运行的目的。厌氧发酵侧重点在于厌氧加热的恒温控制，采用蒸汽锅炉产生的蒸汽对厌氧进料泵管道出口物料进行直接加热，加热方式为蒸汽混合换热，同时管路设有温度传感器，温度传感器与蒸汽管路上的电动调节阀设计为PID调节，通过PLC实时调节蒸汽管路电动调节阀的开启度，以达到恒温控制的目的。
4 结语
由上可知，餐厨垃圾管理是当前城市环境卫生管理中较为薄弱的环节，有关人员应当不断探索出科学合理的方法来有效解决到餐厨垃圾，才能杜绝到这些垃圾流入到猪场、地沟油作坊当中，确保食品的安全。
参考文献：
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