摘要:本文以北京市昌平區(qū)東新城沼氣集中供氣工程為例，該工程利用三菱PLC可編程控制系統(tǒng)對沼氣工程的進料系統(tǒng)、發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)和沼氣存儲系統(tǒng)等實施監(jiān)測與控制，提高了沼氣工程的管理水平，降低了工人的勞動量，降低了運行成本。

關(guān)鍵詞:沼氣;集中供氣;PLC

1 沼氣工程的控制系統(tǒng)

目前，國內(nèi)大多數(shù)沼氣集中供氣工程都是采用繼電器邏輯控制，這類系統(tǒng)方式單一，自動化程度較低，只能處理一些開關(guān)量問題，無法處理系統(tǒng)的模擬量，并且電氣線路復雜，可靠性不高，不便維修。同時由于一些較重要的數(shù)據(jù)不能適時記錄和統(tǒng)計，繼而使得沼氣工程的運行不能方便快捷，并易造成勞動力、原料等資源的浪費。另外，由于沼氣站運行過程中的工藝參數(shù)（如：調(diào)料池內(nèi)物料的溫度、USR反應器內(nèi)的溫度、沼氣凈化室內(nèi)沼氣的流量等）不能在線顯示，為了比較精確地控制運行條件，需要操作人員進行現(xiàn)場監(jiān)測，因此，增加了勞動強度，并且不便管理。

北京市昌平區(qū)東新城沼氣集中供氣工程利用三菱PLC（Programmable Logical Controller）可編程控制系統(tǒng)對沼氣工程的進料系統(tǒng)、發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)和沼氣存儲系統(tǒng)等實施監(jiān)測與控制，降低了工人的勞動量，減少了運行成本，提高了沼氣工程的管理水平。

2 沼氣集中供氣工程實例

東新城沼氣工程以豬糞為原料，采用厭氧發(fā)酵工藝生產(chǎn)沼氣，日產(chǎn)沼氣400m3，同時供400戶居民炊用，沼渣、沼液用作有機肥還田。該工程以沼氣為紐帶，通過“廢水—沼氣—有機肥”模式，將養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和可再生能源開發(fā)結(jié)合起來，形成了一個良好的產(chǎn)業(yè)鏈。該工程采用三菱可編程控制設(shè)計，實現(xiàn)了沼氣工程系統(tǒng)的自動控制，并且實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的優(yōu)化控制。沼氣生產(chǎn)工藝控制流程見下圖：

工藝控制流程圖

3 自動化控制單元和被控工程設(shè)備

自控系統(tǒng)采用“集中監(jiān)測、控制”的設(shè)計原則，結(jié)合工藝需求和自控產(chǎn)品選擇遵循的原則，使用力控組態(tài)軟件作為上位監(jiān)控軟件、三菱PLC作為控制系統(tǒng)。其控制要求為：

（1）溫度控制：厭氧發(fā)酵需要在特定的溫度下進行，所以需要保持USR反應器的溫度（35℃）恒定。

（2）報警功能：系統(tǒng)具有故障報警功能（水泵、空壓機等的啟、停故障）和超限報警（調(diào)料池內(nèi)高、低液位、高壓貯氣柜的壓力報警和USR反應器內(nèi)的溫度報警）。

三菱PLC控制系統(tǒng)可根據(jù)沼氣發(fā)酵工藝的要求，對工藝的各參數(shù)進行采集并加以順序或邏輯控制。根據(jù)沼氣工藝的特點和需要，PLC控制的單元包含預處理單元、厭氧發(fā)酵單元、沼氣凈化單元和沼氣存儲單元。為便于對重點工藝環(huán)節(jié)進行現(xiàn)場觀測和操作控制，系統(tǒng)還設(shè)置了終端顯示操作器。另外，系統(tǒng)還設(shè)置了手動操作功能，并配有硬手動/自動切換，以便在開車和設(shè)備檢修期間，能對工藝設(shè)備進行現(xiàn)場硬手動操作。

3.1 自動化控制單元

（1）預處理單元

定量的糞污和水加入調(diào)料池中，液位達到高位；然后開啟攪拌機，同時打開鍋爐房內(nèi)蒸汽管道的閥門，當調(diào)料池內(nèi)的溫度達到33℃時開啟提升泵（開啟提升泵的條件是：溫度和液位同時滿足上述要求），將攪拌好的并且溫度達到33℃的物料提升到USR厭氧反應器里，當液位達到低位時，提升泵停止運轉(zhuǎn)，攪拌機停止攪拌。

（2）USR厭氧發(fā)酵單元

物料在USR內(nèi)進行厭氧發(fā)酵，溫度顯示儀（2個）顯示其溫度，當USR的溫度低于35℃時，報警器開始報警。

（3）沼氣凈化單元

當緩沖罐接觸到高位行程開關(guān)時，壓縮機啟動；當緩沖罐接觸到低位行程開關(guān)時，壓縮機停止運轉(zhuǎn)。沼氣凈化室內(nèi)安裝有甲烷泄露報警儀，空壓機房內(nèi)安裝有甲烷泄露報警儀，報警信號均可傳送到控制室進行報警；流量同時進行顯示。

（4）沼氣存貯單元

高壓貯氣罐需要安裝壓力顯示。高壓貯氣柜的壓力范圍為0～0.8MPa。

3.2 被控工程設(shè)備

（1）調(diào)料池進料泵：1臺，380V/3kW；手動方式：手動控制泵的起停；自動方式：自動控制泵的起停；要求：由PLC根據(jù)液位自動控制泵的起停。

（2）調(diào)料池攪拌機：1臺，380V/2.2kW；手動方式：手動控制攪拌機的起停；自動方式：自動控制攪拌機的起停；要求：由PLC根據(jù)液位自動控制攪拌機的起停。

（3）貯肥池提升泵：1臺，380V/3kW；手動方式：手動控制泵的起停；自動方式：自動控制泵的起停；要求：由PLC根據(jù)液位自動控制泵的起停。

（4）沼氣凈化室壓縮機組：1組（2臺，1用1備），380V/5.5kW；手動方式：當行程開關(guān)不起作用時，手動控制壓縮機的起停；自動方式：當緩沖罐的鐘罩接觸到行程開關(guān)的高位時，壓縮機自動開啟，當接觸到行程開關(guān)的低位時，壓縮機自動停止；要求：由PLC根據(jù)液位自動控制壓縮機的起停。

4 自動化控制硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)

（1）自動化控制硬件結(jié)構(gòu)

PC電腦（臺式機），內(nèi)裝力控6.0組態(tài)軟件，并配有運行加密狗。三菱PLC：FX2N，熱電阻模塊FX2N-4AD-PT，模擬量模塊FX2N-4AD，通訊電纜一根。

（2）自動化控制軟件結(jié)構(gòu)

力控組太軟件上主要顯示點：調(diào)料池液位、調(diào)料池溫度、USR反應器上部溫度、USR反應器中部溫度、沼氣貯氣柜壓力、集氣箱行程開關(guān)、沼氣流量。由于物料是臨時放置，所以屏幕上操作以手動操作為主。

5 結(jié)語

沼氣工程與可編程控制系統(tǒng)PLC結(jié)合，可實現(xiàn)繼電保護和控制系統(tǒng)的操作，提高系統(tǒng)的自動化水平和可靠性，同時也更加便于系統(tǒng)的集中控制和監(jiān)測，方便系統(tǒng)的信息化管理，降低運行成本，提高工作效率，預防安全事故的發(fā)生，具有很高的實際應用價值。

參考文獻:

[1] NY/T1220.1-2006,沼氣工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 廖常初.PLC應用技術(shù)問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”