一种下沉式城市生活垃圾处理站系统设计与开发

于泳　潘培　孙光耀　杨笑盈　胥军

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉　430070）

一种下沉式城市生活垃圾处理站系统设计与开发

于泳潘培孙光耀杨笑盈胥军

（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070）

针对当今城市垃圾年产量增大，污染严重且转运站占地面积大等问题，设计了一种下沉式垃圾处理站的控制系统方案。该电气控制系统运用三菱Q系列PLC、CC-LINK总线和触摸屏技术，可实现电控系统的优化控制、优化运行和优化管理，同时实现设备自动化运行。本文讨论了系统的控制流程、硬件选型和软件系统开发，完成外箱门及内箱体的升降，压缩推板的伸缩，数据的采集和可视化监控等功能。所提出的设计方案适用于城市中心的生活垃圾站，具有较高的性价比和应用价值。

城市垃圾下沉式垃圾处理站自动化运行可视化监控

1　引言

随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市垃圾年产量呈现逐步上升态势，导致垃圾收集、运输费用的不断增加。在城市生活垃圾的全过程管理中，垃圾的收运是连接发生源与处理处置设施的不可或缺的一个重要环节，其收运费用耗资最大，约占总费用的60%～80%，且操作过程也极为复杂。因此，本文设计开发了一种适用于城市中心的下沉式垃圾处理站，将垃圾外箱体置于地表之上，内箱体可沉入地下，完成垃圾压缩工作。外箱的设计保证了工作人员的安全，小型化设备有效地节约了工作空间，同时电控系统极大地提高了设备的自动化程度。

2　系统硬件选型与设计

本文综合利用三菱Q系列可编程控制器PLC运行稳定和CCLINK总线信号传输可靠的特点，设计开发了一种适用于城市中心的垃圾处理站的控制系统。该系统基于高可靠性的工控产品以及总线控制技术，可实现电控系统的优化控制、优化运行和优化管理，为我国城市垃圾处理站电控系统功能的提升奠定基础。

根据下沉式城市生活垃圾处理站的作业流程以及作业特点，本文筛选出了该控制系统主要的功能，这些功能包括：外箱门及内箱体的升降，压缩推板的伸缩，数据的采集和可视化监控。各项功能的控制需求描述如下：

（1）压缩推板的伸缩：压缩装置是该系统的主要机构，系统通过压缩推板的伸缩实现城市生活垃圾的压缩。该功能通过三相电机实现，并通过限位开关判断其是否运动到位。

（2）内箱体的升降：通过电动伸缩杆来实现垃圾站内箱体的上升和下降，相对于液压剪叉举升，有效地节约了空间。

（3）内、外箱门的同步升降：外箱门通过卡槽与内箱门连接，控制中心PLC发出控制信号，用YN90-60三相电机加以控制，实现内箱门和外箱门的同步升降。

（4）数据的采集：压力传感器实时采集模拟信号，通过A/D模块转换为数字信号，传送给PLC控制器。

（5）可视化监控：在操作面板上设有触摸屏，实现对设备的控制，形象直观地实时呈现给操作人员垃圾站的工作情况。

该系统中的运动通过电机实现，PLC通过控aa制电机的正反转实现箱门的开关、挡板和压缩机的伸缩以及内箱的升降。

在该控制方案中，远程A/D模块采集压力传感器的数据，通过CC-LINK总线传输到主站PLC中。主站PLC对传感器的数据进行处理，发出控制信号，该信号通过CC-LINK总线将执行命令传输到远程I/O，驱动压缩电机实现压缩杆伸缩。同时采用GS2107系列触摸屏开发了垃圾站电控系统HMI界面。

3　软件系统的设计

3.1下位机的设计

该垃圾站自动压缩控制由系统控制软件实施，可压缩吨位数量级垃圾。具体压缩工作流程描述如下：

（1）接通系统的电源，PLC和触摸屏得电，当判断垃圾量达到设定值后，则程序自动实现城市生活垃圾压缩的功能。

（2）垃圾压缩为多级进行，一级压缩力为100KN，二级压缩力为150KN，三级压缩力为200KN，直至垃圾压缩强度达到1.1t/m2。

（3）压力传感器传送信号给控制器，控制箱体举升到地表之上，箱门电机工作，使内外箱门过渡开启到限定位置，水平推杆将垃圾推入车内，限位开关起保护作用。

（4）内外箱门过渡下降，回到原位后，PLC控制举升装置，将垃圾内箱下降到初始位置，自动调到待机模式，完成一个工作周期。

为了实现压缩功能的准确性，本文选用了三菱Q系列的PLC作为主控制器，采用压力传感器JHBM-7，通过A/D转换模块将传感器输出的0～10V模拟电压值转换为对应的0～32000数字量。

3.2上位机的设计

本系统选用GS2107-WTBD触摸屏，在触摸屏上实现对该系统的监视与控制，触摸屏通过RS-232接口与PLC互连。HMI界面包括内箱体、内外箱门、电动伸缩杆和水平推杆等动作监视，电机启动与停止以及降尘除臭。

本系统采用可视化的理念将垃圾站的实时运行情况全部显示与上位机中。例如：内箱门的升降监控画面监控内箱门的升降过程，当“内箱门升”所对应的灯亮起时表示内箱门处于上升过程。当“内箱门升到位”的灯亮起时表示内箱门上升完毕。当“内箱门降”的灯亮起时表示内箱门出于下降过程，当“内箱门将到位”的灯亮起时表示内箱门下降完毕。该过程将其运动过程实时显示到HMI界面上。

4　系统调试与结论

为了验证系统的可行性，在实验室环境下，采用有机玻璃和铝塑板搭建了功能演示模型，对预期的功能进行模拟分析。

仿真模型搭建完毕后，将控制程序下载到PLC中，按下启动按钮或触碰显示屏上的“启动”按钮，系统进入工作状态；将工作模式调到手动调节模式，可以人为控制垃圾处理站进行生活垃圾压缩。关掉手动调试模式，将工作方式切换到自动模式，对垃圾站进行全自动调试。在调试过程中，内箱门、外箱门、内箱体、水平推杆和抖动伸缩杆运动正常且平稳，能够正常完成生活垃圾压缩模拟。显示屏上的各监控画面能够跟踪各运动部分的运动状况，并通过画面进行实时显示。

由模型测试结果可知：本控制方案将三菱Q系列PLC、CCLINK总线、以及远程IO模块和GS2107系列触摸屏应用于城市生活垃圾站的电控系统，实现了预期功能以及对该模型的动作进行可视化监控。且与现有的垃圾箱融为一体，占地面积小、信息化水平高，可替代传统的垃圾收集转运箱，用于中心城区生活垃圾的分散收集和清洁转运，有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

［1］李庭婷等.LYC全封闭多级压缩垃圾中转设备研究［J］.机械设计与制造，2011，（03）：161-163.

［2］基于三菱Q系列PLC工业生产控制系统的设计［J］实验室科学，2010，13（5）：21-24.