- 沼氣工程的自動化應用
- 發布時間：2016-05-13丨 發布人：
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1 沼氣工程的控制系統
目前，國內大多數沼氣集中供氣工程都是采用繼電器邏輯控制，這類系統方式單一，自動化程度較低，只能處理一些開關量問題，無法處理系統的模擬量，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據不能適時記錄和統計，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（如：調料池內物料的溫度、USR反應器內的溫度、沼氣凈化室內沼氣的流量等）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場監測，因此，增加了勞動強度，并且不便管理。
北京市昌平區東新城沼氣集中供氣工程利用三菱PLC（Programmable Logical Controller）可編程控制系統對沼氣工程的進料系統、發酵系統、沼氣凈化系統和沼氣存儲系統等實施監測與控制，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，采用厭氧發酵工藝生產沼氣，日產沼氣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，將養殖業、種植業和可再生能源開發結合起來，形成了一個良好的產業鏈。該工程采用三菱可編程控制設計，實現了沼氣工程系統的自動控制，并且實現了整個系統的優化控制。
3 自動化控制單元和被控工程設備
自控系統采用“集中監測、控制”的設計原則，結合工藝需求和自控產品選擇遵循的原則，使用力控組態軟件作為上位監控軟件、三菱PLC作為控制系統。其控制要求為：
?。?）溫度控制：厭氧發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。
?。?）報警功能：系統具有故障報警功能（水泵、空壓機等的啟、停故障）和超限報警（調料池內高、低液位、高壓貯氣柜的壓力報警和USR反應器內的溫度報警）。
三菱PLC控制系統可根據沼氣發酵工藝的要求，對工藝的各參數進行采集并加以順序或邏輯控制。根據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節進行現場觀測和操作控制，系統還設置了終端顯示操作器。另外，系統還設置了手動操作功能，并配有硬手動/自動切換，以便在開車和設備檢修期間，能對工藝設備進行現場硬手動操作。
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料池中，液位達到高位；然后開啟攪拌機，同時打開鍋爐房內蒸汽管道的閥門，當調料池內的溫度達到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，攪拌機停止攪拌。
?。?）USR厭氧發酵單元
物料在USR內進行厭氧發酵，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。
?。?）沼氣凈化單元
當緩沖罐接觸到高位行程開關時，壓縮機啟動；當緩沖罐接觸到低位行程開關時，壓縮機停止運轉。沼氣凈化室內安裝有甲烷泄露報警儀，空壓機房內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。
?。?）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 被控工程設備
?。?）調料池進料泵：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根據液位自動控制泵的起停。
?。?）調料池攪拌機：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根據液位自動控制攪拌機的起停。
?。?）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的高位時，壓縮機自動開啟，當接觸到行程開關的低位時，壓縮機自動停止；要求：由PLC根據液位自動控制壓縮機的起停。
4 自動化控制硬件結構和軟件結構
?。?）自動化控制硬件結構
PC電腦（臺式機），內裝力控6.0組態軟件，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。
?。?）自動化控制軟件結構
力控組太軟件上主要顯示點：調料池液位、調料池溫度、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、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 結語
沼氣工程與可編程控制系統PLC結合，可實現繼電保護和控制系統的操作，提高系統的自動化水平和可靠性，同時也更加便于系統的集中控制和監測，方便系統的信息化管理，降低運行成本，提高工作效率，預防安全事故的發生，具有很高的實際應用價值。
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