西门子 PLC在蒙牛大型沼气发电项目中的应用

1.      蒙牛大型沼气发电项目系统简介
       根据工程工艺流程总体要求，蒙牛大型牛粪发酵沼气发电项目系统包括除沙预处理，厌氧罐发酵，沼气储存，沼渣分离和有机肥生产等部分。
简述如下：
澳亚牧场的冲洗牛舍的污水经由暗管流至集水池，集水池通过输送泵将污水泵入牛粪收集池，再和车辆运来的牛粪在收集池内进行混合，搅拌后通过切割机和上料泵进入高位除沙器。经搅拌沉淀后，上层料液经溢流管和中层的料液经管道进入调配池进行升温处理，底层的料液则通过除沙器的底部管道释放流入低位除沙池。低位除沙池经过沉淀后，由螺旋输送机将底部的泥沙运送出来。上层的清液溢流到牛粪收集池。在调配池的料液基本达到厌氧发酵的条件后，由上料泵向四个厌氧发酵罐输送料液，每天按一定的次数送料。厌氧罐的进料时进行溢流，发酵过的陈料溢流至泥水分离房。泥水分离房的分离机后液体流入到沼液收集池，沼渣则进入有机肥生产车间。收集的沼液可直接灌溉牧草，有机肥可进入销售渠道。厌氧罐的沼气经过脱硫和水汽分离后进入储气罐储存。气满后经过加压进入沼气发电机，进行并网发电。（详见工艺流程图）

      2.      自控系统
       2.1    自控系统的组成
       自控系统采用西门子S7-400系列PLC，其系统结构为集散系统结构，以集中管理，分散控制为原则，为每一个具体的工艺段提供一个可靠的解决方案。其优点是分工明确，当主操作界面失效后，重要的工艺段可独立工作，从而保证了整个系统的能高效运行，使系统的可靠性大大提高。详见控制系统的组成图


        2.2   PLC和触摸屏功能
蒙牛大型沼气发电项目采用主PLC上位控制和现场的触摸屏控制操作，两者组成主要的控制部分。PLC采用德国西门子生产的S7-400系列产品，具有高性能，高可靠性，及更多的功能块组合；编程软件采用SIEMENS Step7 V5.3 版本软件，其功能包括符合IEC 1131-3标准语言；集成人机对话；通过上位操作系统和现场的触摸屏共同操作；按工艺段进行结构化编程；方便多功能的调试诊断；强大的应用程序管理；具备热启动和冷启动功能等。
蒙牛大型沼气发电项目自动化控制系统的重要特点就是具有远程互联网访问和短信报警功能。
上位开发软件采用的是国产的三维力控软件，此软件界面友好，操作简便，并且可以调用成熟的工程模板，同时本软件集成了远程Web访问功能，上位控制系统组态完成后，可将所想在远端访问的页面进行发布同时将本机的节点和端口设置。软件运行后，在互联网上输入上位机的地址和端口号，可以访问到发布的页面，亦可进行远程的操作。如果某个数据和操作不想远程发布，可通过简单的脚本系统禁止远程操作。
短信报警功能同样是三维力控软件集成的一项新的功能，结合使用桑荣的GSM模块通过简单的组态即可实现此功能。在组态数据库变量时，打开变量的报警开关，组态变量报警的上限，上上限或者下限，下下限值。然后在短信精灵内将报警变量添加进列表，然后勾选短信报警的内容，可包括报警的时间，报警的变量，是否确认，限值，确认的操作人员等。此功能大大减少现场操作人员数量和劳动强度。
       2.3    现场控制站的组成
根据工艺布置，在全厂设置了1个主控室和5个远程站，2个触摸屏。通过Profibus-DP网络进行组网，位置如下：
主站：中控室
发电机房站：发电机房MCC柜  两个站
调配池站：除沙调配池房内     一个站
厌氧罐站：厌氧罐罐间房       一个站
泥水分离站：泥水分离房内     一个站
        有机肥生产控制系统和发电机控制系统为单独的系统，和本系统采用TCP/IP通信交换发电数据和储气罐的容量和沼气内甲烷的含量等。
      2.4    控制方式
蒙牛大型沼气发电控制系统采用现场手动，本地和中控室三种控制方式：
（1）       现场手动方式：在现场设备旁设置手动操作箱，具备本地/远程转换开关，启停按钮和运行指示灯，可以在手动状态下对设备进行现场操作，用于现场维护和检修或者应急处理。
（2）       本地控制方式：这是指在现场触摸屏上完成设备的手动操作，状态显示和自动运行。完成本地控制的现场工艺段包括调配池和厌氧罐发酵和进料。
（3）       中控室控制方式：这是指在工控机的屏幕上完成设备的手动操作、状态显示、参数读取设定和自动控制。控制系统设备运行完全由PLC进行控制，不需人工的干预。
3 自动控制系统的主要控制功能
3.1 预处理系统
包括对集水池液位的控制，在液位达到预定液位是启动上料泵进行抽料的处理，超过报警液位后报警并启动两台上料泵进行抽料，保证集水池的液位不能超过警戒水位。
3.2 除沙控制系统
      降低料液中的含沙量和提高料液中的含固量，并且提高系统中的料液温度。根据每次在牛粪收集池监测的含沙量和含固量，调整搅拌时间和沉沙时间，从而达到提高除沙效果。
3.3 厌氧罐的发酵系统
      通过锅炉房和发电机的回水对厌氧罐内料液进行加热，通过调节热水管道上的电动执行器的开度控制热水的流量，从而恒定厌氧罐保持最佳的发酵温度。提高系统的产气量。
3.4 泥水分离单元系统
       根据泥水收集池内陈料的多少来确定启动的泥水分离机的台数，以30%为一梯次，增加30%启动1台，直至三台泵全部启动；液位由最高水位每下降一个梯次减少一台直至全部关闭。
      
      4         应用总结
       由于采用西门子S7-400 PLC组成分布式系统，是控制系统更加灵活，可靠，缩小了设备故障时的影响范围，投产以来，系统运行可靠稳定。另外，采用分布式I/O，减少了自控设备的费用，通过远程I/O的合理配置，减少了电缆的敷设，进一步降低了工程造价。本系统为全球最大的牛粪沼气发电项目，是利国利民的项目，产生了极好的经济效益和社会效益。