PLC自動控制在沼氣發(fā)電中的應(yīng)用

摘 要通過沼氣發(fā)電可以節(jié)省能源，從而達到可持續(xù)發(fā)展的能源輸出。而運用自動控制技術(shù)可以改善其反應(yīng)速度，從而得到高質(zhì)量沼氣的產(chǎn)出。本文通過S7-200系列PLC的應(yīng)用分析，針對提高沼氣產(chǎn)出展開研究，對實際應(yīng)用的過程進行了考察實驗，提出了相對的應(yīng)用方案。

【關(guān)鍵詞】自動控制 沼氣發(fā)電 應(yīng)用發(fā)展

對于沼氣發(fā)酵的反應(yīng)觀察發(fā)現(xiàn)，其具有復(fù)雜的微生物學(xué)演變過程。通過對反應(yīng)中的具體溫度參數(shù)分析控制，從而達到反應(yīng)過程的穩(wěn)定性，方能得到沼氣的高質(zhì)量產(chǎn)出。在傳統(tǒng)的控制方式中，以手工控制為主。而認(rèn)為操作勢必增加工作量，而且控制的精度也無法保障，對于產(chǎn)出沼氣的質(zhì)量也無法控制。在自動控制的應(yīng)用技術(shù)中，以改善反應(yīng)速度為前提，從而提高了沼氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。PLC控制面功能已經(jīng)可以完善控制步驟，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)十分廣泛，也具備對相應(yīng)技術(shù)的控制經(jīng)驗。本文針對S7-200系列的PLC系統(tǒng)的核心控制器進行分析，實現(xiàn)了PLC在沼氣自動控制發(fā)酵中的系統(tǒng)應(yīng)用。通過實現(xiàn)PC機的上位相連完成沼氣自動檢測與控制。從而實現(xiàn)了實時監(jiān)控和自動控制的過程。

1 沼氣發(fā)酵的自動控制流程概述

從沼氣的發(fā)酵反應(yīng)過程里，可以了解到控制過程有以下三個具體步驟。首先，在檢測到反應(yīng)爐的內(nèi)部參數(shù)直變小時，通過前置泵為反應(yīng)爐加入新料，令其反應(yīng)速度得以增加。然后，在檢測到反應(yīng)爐的內(nèi)部參數(shù)值變大后，再通過后置泵為爐內(nèi)增加一部分儲水含量，從而減慢爐內(nèi)反應(yīng)的速度。最后在系統(tǒng)發(fā)酵反應(yīng)達到預(yù)期時間后，對爐內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)酵廢棄物進行定時排放。

2 PLC在自動控制系統(tǒng)中的構(gòu)成

PLC（ Programmable Logic Controller） 可編程邏輯控制器是一種應(yīng)用于，微處理機的數(shù)位電子設(shè)備。通過應(yīng)用數(shù)位邏輯控制器從而實現(xiàn)自動化控制，將控制命令通過加載內(nèi)存，完成隨時存儲和執(zhí)行任務(wù)。由內(nèi)部 CPU是可編程控制器出發(fā)端，資料內(nèi)存通過指令的輸入輸出單元，對數(shù)位類比等單和電源模組進行元模塊的組成工作。電器邏輯控制是PLC 的理論依據(jù)，簡單解釋為具有邏輯控制，以及計數(shù)和計時功能的運算方式。其具有、體小質(zhì)輕、性能穩(wěn)定、耗能相對較低、使用性價比高的諸多特點。從而在沼氣控制的應(yīng)用具有實際操作價值。

通過進行可編程序控制器西門子 S7-200 的應(yīng)用，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換單元以及數(shù)據(jù)交換單元，方能夠?qū)崿F(xiàn)沼氣自動控制系統(tǒng)的預(yù)想實驗?zāi)康?。主要?gòu)成分別為檢測單元、上位機、人機界面、下位機、報警系統(tǒng)及驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等，在這一整套系統(tǒng)中，PC機主要負(fù)責(zé)集中監(jiān)控、在線參數(shù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢和工藝流程顯示等方面，并對現(xiàn)場設(shè)備加以控制，當(dāng)發(fā)生故障時也會啟動報警功能。上、下位機尉氏縣集中監(jiān)控與分散控制，可以通過通訊電纜經(jīng)過串型通信口連接，從而避免集中控制系統(tǒng)干擾強烈、可靠性地等問題，并當(dāng)現(xiàn)場PC機器出現(xiàn)問題時，能夠獨立穩(wěn)定進行故障排除工作，加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 PLC自動控制在沼氣發(fā)電中的應(yīng)用過程

在對于沼氣發(fā)電的系統(tǒng)設(shè)計中，原地控制箱和電腦智能化控制是重要電氣裝置的使用方式，通過原點控制進行相結(jié)合的具體實施。在應(yīng)用跳轉(zhuǎn)開關(guān)時，可以選用手自一體類型，在電氣動力柜附近安裝較為方便。手動開關(guān)使用時，進行控制裝置的手動操作，裝置接受的命令是無效的。而當(dāng)自動開關(guān)開啟后，可編程序控制器通過控制裝置的運行，程序提前按照編制完成，從而實現(xiàn)自動控制。這一系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)可分為六個分工進行。運行路線為，開始進料、消化與混合、固液和分離、沼氣的最終處理、以及熱回收。而自動控制系統(tǒng)則是采用西門子S7-300系列PLC的集散系統(tǒng)，從而對沼氣發(fā)電各個工藝段加以控制，明確各工藝段的工作分配，并在操作桌面出現(xiàn)故障時，保證全部系統(tǒng)能夠正常運轉(zhuǎn)，有效提升沼氣發(fā)電自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并在五個主要工藝段發(fā)揮作用：

3.1 進料

博格進料方式，組成了填料功能的輸送單元，可循環(huán)閉合回路通過固體廢棄物進行填充是博格單元的重要功能。全部自動化是原料添加的步驟。PLC自動控制系統(tǒng)通過預(yù)置時間，以及運轉(zhuǎn)沼氣池內(nèi)的水平液體位置，進行確定原料的添加。然后通過對比實際和預(yù)測的固體含量，來確定水添加的速度。

3.2 沼氣量監(jiān)控和消化器保溫

系統(tǒng)自身的壓強大小，需要通過消化器內(nèi)的發(fā)酵液體水平面高度來判斷。PLC自動控制系統(tǒng)通過膜位移和發(fā)酵液的水平面高度，可以推斷沼氣的產(chǎn)量大小，還可以分別在墻面和地面安裝，消化器的兩個乙二醇輻射的加熱區(qū)，從而保證PLC自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確性。

3.3 混合

兩個混合器可以完成消化器混合，通過間接性運行，依據(jù)消化器的流體性質(zhì)來完成作用，在保證沼氣的生產(chǎn)過程中，保持一定的產(chǎn)量和速度，也在這一階段抑制了懸浮層的產(chǎn)生，PLC自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用則可在混合過程中保證該工藝的穩(wěn)定性。

3.4 固液分離

固液分離過程的實現(xiàn)，需要螺旋壓力分離機的應(yīng)用。螺旋壓力分離機的正常運行前提是，為整體分離過程提供有效穩(wěn)定的供料罐液體高度，從而得到一定的運行壓力。PLC自動控制系統(tǒng)保證其運行頻率保持在一個工作日一次的狀態(tài)，或者根據(jù)使用情況具體調(diào)節(jié)。

3.5 沼氣處理

通過地下預(yù)埋的沼氣輸送管道，以及降溫裝置，將沼氣排出。采用降溫的方式讓沼氣排濕。通過密閉的器皿中的冷凝液，高位罐中放置自動泵。熱電聯(lián)用單元燃料在瓦斯氣壓縮中輸送到位，而裝置所需要的壓力也來自燃燒產(chǎn)生的熱能。PLC自動控制系統(tǒng)則會檢測熱電聯(lián)用單元的需求，通過沼氣經(jīng)過凈化裝置應(yīng)用，來實現(xiàn)沼氣中 H2S 含量的減小。

4 結(jié)語

本文通過敘述沼氣發(fā)酵反應(yīng)的自動控制系統(tǒng)。重點解釋了 PLC 在沼氣發(fā)酵反應(yīng)中，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程。由于 PLC 尚處于需要改善的電器控制過程中，從而體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的很多優(yōu)勢，包括通用性好、簡單快捷、可靠性強、編程簡便。 從而通過實現(xiàn)PLC 沼氣發(fā)酵反應(yīng)控制的系統(tǒng)建設(shè)，通過 PLC 控制特點，達到沼氣穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)出。

參考文獻

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作者單位

紀(jì)昕洋（1981-），女，遼寧省沈陽市人。碩士研究生學(xué)位。工程師。研究方向為控制工程。

作者單位

沈陽城市建設(shè)學(xué)院 遼寧省沈陽市 110167