有机废弃物自动化设备控制系统的研制

周国良

（丽水职业技术学院 浙江·丽水 323000）

0 引言

随着校园绿化工程不断深入，校园内树木种类繁多，花团锦簇。同时在植被覆盖率高的校园也带来了落花落叶难以处理的问题，大量的花和树木所带来的枯枝落叶对校园环境带来了较大的影响，如果把大量的枯枝落叶直接扔掉，会造成了很大的资源浪费。有机废弃物如何有效的处理成大问题。

有机废弃物自动化设备把大量枯枝落叶等有机废弃物收集起来进行有机肥自动化生产，不仅可以处理掉大量的枯枝落叶，解决枯枝落叶处理难的问题，而且还可以生产出天然的有机肥，给我们校园绿化提供健康无污染的有机肥来源，美化环境，节约资源。该设备对于推广到社会上有很大的实际意义，不仅可以避免资源的浪费，而且还可以减少化肥使用对环境的污染，特别适用于树木资源丰富、绿化好的山区与城市。

1 有机废弃物自动化设备的设计

本项目系统的构建全部采用台达自动化设备，使用台达的工业以太网技术将各个分站联结起来，组成一个智能生产制造系统，同时融入了台达手机APP软件，实现了对系统远程监视，数据收集与管理。实现有机肥的最快最优生产，节约了大量的劳动力。本设备主要有以下几个分站组成，功能效果如下：

1.1 废弃物收集粉碎单元

此单元采用台达DVP-12SE PLC作为分站的控制单元，实现了废弃物的收集和粉碎功能。本站的主要功能是粉碎落花落叶、树枝等有机废物，为了加快升温和腐熟速度，有机废弃物在去除堆肥干扰物（如塑料袋）后，将有机废物粉碎到粒径大小为10-50 mm，增加其比表面积，加速微生物的分解。

1.2 输送单元

此单元采用台达PLC作为分站的控制单元，使用台达变频器控制电机，控制传送带运行的速度，实现废弃物粉碎后的输送功能，将粉碎后的废弃物输送到生产单元。项目采用双层螺旋送料机构送料，本项目设计的螺旋送料机构送料速度1.6m3/h，上料管径 80mm，电机功率0.2kW。项目采用的双层螺旋送料机构，其中上层为短传送螺杆，下层为长传送螺杆。生物质燃料经由料斗从落料口进入，然后经由上层短传送螺杆由左往右传送，待传送至最右侧后落入下层传送螺杆。再经由下层传送螺杆输送至出料口。

1.3 堆肥自动化生产单元

堆肥生产单元是本项目的核心，采用台达 AH510中型PLC作为控制中心，实现废弃物的发酵过程。自动化的废液收集功能和动态监控有机发酵生产肥料。其主要技术有发酵过程中的搅拌排风控制混合的比例均衡和适当的温度控制、剩余液的自动收集、采用PID控制水分值、C/N比、温度、通气量、PH值、湿度等来让达到微生物发酵的最快最佳环境。同时我们还可以通过手机APP实时监视发酵池的状态。发酵池单元剖面图如图1所示。

图1：发酵池单元实际剖面图

1.4 生产现场人机界面交互单元

此单元采用台达的触摸屏，将触摸屏连接到台达交换机上，实现了与各个台达PLC通讯的功能。利用现场总线技术连接触摸屏、PLC主从站、变频器及各类控制部件，使得管理人员从触摸屏上可以看到生产过程的实时信息，并能通过触摸屏发出对应的控制指令，实现对生产全过程有效的图形化实时监控。

2 有机废弃物堆肥工艺流程

有机废弃物堆肥工艺流程如图2所示，具体流程描述如下：首先将有机废弃物进行前期的处理，包括利用粉碎单元的电动机旋转刀将有机废弃物粉碎，将粉碎物中的干扰物清楚，利用搅拌机对粉碎物进行搅拌。其次利用传送带（变频器控制）将搅拌后的有机废弃物输送至发酵池，输送带的运输速度可根据有机废弃物的数量进行调速控制；发酵池控制系统是整个控制系统的核心，包括翻堆、转堆、环境调控等功能，翻堆功能主要控制翻堆机行走；转堆功能主要控制翻堆机上下转堆、转堆机精确平移等动作；最后利用风机将堆肥风干，完成整个堆肥的生产。

图2：堆肥工艺流程框图

3 控制系统硬件框架

根据有机废弃物自动化设备的性能、控制要求以及手机APP监视、上位机触摸屏的监控等要求，本项目选择台达中型机AH500 PLC、DVP 12SE小型PLC、DVS-008交换机。

触摸屏选用台达DOP-B07S411触摸屏，该触摸屏带有以太网通讯协议，可通过交换机实现对PLC的监控以及与上位机的数据交换。有机废弃物自动化设备硬件系统如图3所示。

图3：有机废弃物自动化设备硬件系统

（1）根据工艺流程及硬件系统，有机废弃物自动化设备的各工作站的电气接线图如下所示。

图4中Y5为出液阀，将系统中多余的液体通过阀排出，保证系统的湿度。Y0与Y1分别控制伺服电机的脉冲数与方向，实现伺服电机的精准控制。在伺服运行过程中，X6作为伺服电机的保护限位开关。图5中DVP-12SE PLC的Y4控制粉碎电机，在电机端连接刀具，用于粉碎有机废弃物。Y5控制排风扇，用于控制电机在粉碎过程中产生的温度。

图4：中型机AH510 PLC的电气接线图

图5：粉碎单元电气接线图

（2）控制系统组态设计。

图6：有机废弃物自动化设备组态设计

在组态设计中，可以根据不同的有机材料，设定不同的发酵参数值，发酵参数值包括了温度、湿度、氧气、二氧化碳浓度、PH值等，然后对上述参数值的当前值进行监控，并绘制其变化曲线图。

4 总结

通过远程无人值守堆肥池系统，实现了传统堆肥过程中的劳动强度的降低、提高劳动效率、节约能耗、保证产品的优化。该系统的关键技术实现了堆肥过程中的全自动化控制管理，为工厂减员增效提升了条件。并且该系统实现了手机APP、远程上位机访问，实现了数据共享，方便查询，为堆肥装置的运行管理与调度决策提供了方便，促进管理水平的提高。