绪论
1 绪 论
1.1 垃圾焚烧发电技术现状与发展趋势
焚烧法处理城市生活垃圾已有100多年的历史，但出现有控制的焚烧（烟气处理、余热利用等）只是近几十年。20世纪90年代，由于全球经济的飞速发展和城市生活垃圾处理技术的不断提高，各国城市生活垃圾处理方式的比例也发生了明显的变化，用于生活垃圾处理的技术多种多样，包括回收利用技术、填理技术、焚烧技术和堆肥技术。近年来，世界各国纷纷开发多种生活垃圾资源化技术，通过回收生活垃圾中的有用成分实现生活垃圾的减量化和资源化。生活垃圾的再生利用包括啤酒瓶等玻璃容器的再利用，废纸、废塑料、废金属容器等的再生利用。利用生活垃圾中的有机物进行堆肥，利用可燃性物质燃烧产生热能，实现热电联供也是生活垃圾综合利用的形式[1]。
由于经济水平的限制，长期以来焚烧法处理垃圾在我国的应用还相对较少。20世纪80年代，深圳垃圾焚烧发电厂从国外引进成套焚烧处理设备建成了我国第1座现代化的焚烧厂。该厂1998年投入运行，日处理垃圾300t，并配有发电设备，装机容量为3000KW，多年来运行良好，为垃圾焚烧发电积累了一定的经验[2]。
目前，我国在生活垃圾焚烧技术方面正处于快速发展阶段，我国的生活垃圾焚烧技术主要应用于经济发达、人口密集的城市，包括直辖市、东部沿海经济发达城市和中西部省会城市。其中80%以上的生活垃圾焚烧厂是在近5年建设的，若干从事生活垃圾焚烧厂投资或供货的龙头企业已经开始形成，生产垃圾通过焚烧发电进行处理的比重已接近国际平均水平。由于城市固体废弃物数量急剧增加而且产生周期不断缩短，我国城市正面临着固体废弃物处理的巨大压力[3]。焚烧是一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理的技术。垃圾燃烧产生的热量可用来发电，性质稳定的残渣可直接填埋处理。经过焚烧处理，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中的有害气体经过处理达标后排放。因此，可以说焚烧处理是实现城市生活垃圾无害化和资源化的最有效手段之一[4]。
1.2 课题的目的及意义
随着垃圾日益增长与处理能力有限之间的矛盾不断加剧，通过垃圾焚烧发电，是实现垃圾减量化、资源化和无害化的主要方法。由于生活垃圾焚烧减容效果显著、无害化程度彻底，在垃圾热值较高、处理达到一定规模时，可以回收废热发电，而且占地面积小，对周围环境的影响较小，近十年来生活垃圾焚烧处理在我国发展很快，特别是在城市化进程快、经济较为发达、人口密集、人均可利用土
1
重庆科技学院本科生毕业设计
地资源少的大城市以及南方和沿海地区更是如此。
目前，国内用于焚烧处理生活垃圾的焚烧技术主要是机械炉排炉技术，机械炉排炉技术较为成熟，运行较为稳定，性能得到保证，我国在炉排炉焚烧技术方面现在还主要是靠引进国外的生产技术，但总的来说，对引进的技术消化吸收不够，运行结果不理想，归纳起来主要还有以下几个问题：
①对热值低、水分高、成分复杂的生活垃圾适应性不好。引进的炉排炉一般适应处理国外成分相对简单、低位热值高的生活垃圾，不适应中国垃圾的主要组成成分。
②工程投资大。目前国内利用国外先进焚烧技术建造的焚烧厂普遍建设工程投资大，折合吨工程投资约50～75万元，而引进技术，关键设备国内生产的吨工程投资约35～45万元，技术和设备全国产化的吨工程投资只要25～30万元。
③运行成本高。我国目前运转基本正常的国外技术建造的焚烧厂的运行费用为180～300元/吨[6]。
综上所述，开发出具有自主知识产权，符合中国国情的垃圾焚烧炉控制系统具有重要的现实意义。
[5]
1.3 课题的主要内容
本课题旨在设计一套基于S7-300PLC垃圾焚烧炉液压站人机界面（HMI）控制系统，实现液压站、给料器、炉排、隔离门、捞碴机、冷却泵电机、主油泵电机等设备的启停逻辑控制和状态监测，以及炉排和给料器的运动速度控制和状态监测等。
1.4 本章小结
本章通过对垃圾焚烧发电的国内外现状的分析对比，阐述了开发符合我国国情的垃圾焚烧控制系统的重要意义。
2
焚烧炉液压站控制系统方案设计
2 焚烧炉液压站控制系统方案设计
2.1工艺需求分析及控制方案
本课题旨在设计一套基于S7-300PLC垃圾焚烧炉液压站人机界面（HMI）控制系统，实现液压站、给料器、炉排、隔离门、捞碴机、冷却泵电机、主油泵电机等设备的启停逻辑控制和状态监测，以及炉排和给料器的运动速度控制和状态监测等。整个焚烧炉液压站控制系统由主油泵电机、冷却泵电机、电加热器、4列上、下炉排、4列给料器、4个隔离门、2个料层和2套除渣机等设备组成，其运动分别由8只炉排油缸、8只给料器油缸、2只料层油缸、4只隔离门油缸和2只除渣机油缸驱动，其驱动源来自液压系统，控制系统必须有效的控制液压站和油缸的运行，并具有故障联锁、故障识别和自动投切两台主油泵和两台冷却泵的功能以及完善的状态显示功能及其监控功能。其次，在实际控制中，主要是由DCS远程控制，因此必须确保通信具有实时性和可靠性，并且配备有人机界面或状态监控系统。同时，为了方便修护和故障排除，必须设置就地控制箱，以方便整个系统的调试。
2.2 控制系统结构
该系统的结构关系如图2.1所示，该系统具有三种控制方式：就地控制（现场控制箱）、人机界面控制方式（WinCC监控）、远程DCS控制，模式可以通过PLC控制柜上的模式切换旋钮来选择，三种控制系统都可以对整个液压系统进行控制。
图2.1 控制系统结构框图
2.3 主要器件选型设计
2.3.1 PLC电源容量计算与选型
与国内电网电压一致，一般PLC系统的电源应选用220VAC电源。重要的应
3
重庆科技学院本科生毕业设计
用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。对于没有零线的控制现场，应通过隔离变压器将380VAC转换为220VC。对于有模拟量的PLC系统，可以选用直流供电的PLC，配备相应的线性电源，这样可以提高数据采集的精度，减小开关电源高频噪声对模拟量的影响。PLC系统的输入和输出最好采用不同的电源供电，既可避免输入回路和输出回路之间的交叉影响，又可以防止外部高压电源因误操作而引入PLC[7]。
电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、I/O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后I/O模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定[10]。
在本系统中PLC电源模块为CPU，DI，AI和远程模块供电。在本系统中总共数字量输入点位为128点，但留有冗余量，所以设计为160点，模拟量输入为1路，由于数字量需要接接近开关，液位开关等，它们的输入最大电流为10mA，为了计算方便，数字量输入电流按最大值进行计算为10mA，数字量输入点数总共为160点，所以
I?N?I' (2.1)
由此得PLC系统的数字量输入电流容量为：
I?160?0.01?1.6A (2.2)
315-2DP模块的额定电流为0.85A, SM321数字量输入模块供电电流为0.015A，则5块输入总电流为0.015?5?0.075A，SM322数字量输出模块额定电流为0.16A，模拟量模块SM331额定电流为0.08A，模拟量输出模块SM332额定电流为0.34A，两块总电流为0.68A，CP342-5的额定电流为0.25A，所以PLC电源模块的最大电流为
I?1.6?0.85?0.25?0.075?0.16?0.08?0.68?3.69A (2.3)
由于PS307有2A、5A和10A三种型号，根据计算结果选择PS307-5A的PLC电源，该电源已经能够满足控制要求。
2.3.2 电机空开容量计算与选型
当线路、电器发生严重的过载、短路及失压等故障时，空开能够自动切断故障电路或电器，有效地保护供电线路和电气设备安全。有些型号的产品还兼有漏电脱扣功能，可用作触电和漏电保护之用。所以空开的选择对系统的安全保护具有很大的作用。如果空开的容量选择过大，在故障时就不能及时的切断主电路，不能起到保护系统的作用。如果容量选择过小则在系通过工作的过程中经常会发上跳闸现象，所以空开的容量大小选择对系统的工作非常重要。
空开选用原则：
4
焚烧炉液压站控制系统方案设计
①低压断路器的额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。
②低压断路器的极限分断能力应大于或等于电路最大短路电流。 ③欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。
④过电流脱扣器的额定电流大于或等于线路的最大负载电流[8]。 55KW电机正常工作时电机电流为：
P?1.732?U?IN?cos? (2.4)
其中P?55KW,U?0.38KV,cos?按0.75取，则算出IN?111A 由于电机的启动电流很大，电机启动电流为：
INST??SC?IN (2.5)
?sc为电机启动倍数 ?SC?5.5~7.0,因此取值?SC?6,满足设计要求。
启动电流是工作电流的5.5~7倍，所以还要考虑电机的启动电流,由此可得：
INST?111?6?666A
由于电机采用Y/△启动，星形启动为三角形启动电流的1/3，所以启动冲击将会比计算值更小，所以
IY-NST?2?IN (2.6)
由此可得：
IY-NST?111?2?222A但启动电流的时间不是很长，一般在选择时只按1.3~1.7倍的而定电流的系数考虑。我这取1.5，那么电流IQF:
IQF?IN?1.5 (2.7)
由此可得： IQF?1.5?111?166A。
此电流为选择空开及其连接电缆的最小电流。查施耐德低压电器选型表所可知，型号为NS160N--TM160D 3P3T的空开可以满足要求，其额定电流为160A。
2.3.3 电机接触器容量计算与选型
接触器作为通断负载电源的开关设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。
不同负载下交流接触器的选择为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀，延长接触器寿命，接触器要躲过负载启动最大电流，还要考虑到启动时间的长短等不利因数，因此要对接触器通断运行的负载进行分析，根据负载电气特点和此电力系统的实际情况，对不同的负载启停电流进行计算校合。
绕线式电动机接通电流及分断电流都是2.5倍额定电流，一般启动时在转子中
5