陳銀田  李鷗

1  引言

    因為2003年 “非典”疫情的爆發(fā)，全社會(huì )對醫療垃圾的無(wú)害化處理日益重視。而醫療垃圾焚燒，是目前工藝比較成熟、技術(shù)切實(shí)可行的方法。本文結合工程實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹了SKR型醫療垃圾焚燒爐控制系統。

2  方案概述

    此方案基于計算機技術(shù)的“集中管理，分散控制”模式，數字化、信息化環(huán)保工程的思想，著(zhù)眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統的建設，建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴充的集過(guò)程控制、監視和計算機、調度管理于一體并且具備良好開(kāi)放性的監控系統，來(lái)實(shí)現對整個(gè)焚燒過(guò)程及全部生產(chǎn)設備的監測與控制，達到整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程處于安全穩定、高效節能的目標。

    系統分為生產(chǎn)管理監控級和現場(chǎng)控制級兩層結構，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行連接以實(shí)現信息和資源的共享，具備完善的控制能力、極高的可靠性和方便靈活的擴展能力；系統設計從工藝流出發(fā)，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制?，F場(chǎng)控制級接受生產(chǎn)管理級的調度，但并不依賴(lài)于生產(chǎn)管理級而運行：若監控計算機出現故障或并沒(méi)有投入使用或通信網(wǎng)絡(luò )出現故障，各現場(chǎng)控制站仍繼續正常工作，對整個(gè)工藝過(guò)程沒(méi)有影響。

    該方案的系統結構示意如圖1所示。

圖1  系統結構示意圖

3  主要監控內容

3.1  工藝系統主要設備

    (1)  燃油系統：包括油罐、油泵、油箱、回轉窯燃燒器（2套）、二段爐燃燒器（3套）；

    (2)  O₃系統：O₃發(fā)生器、O₃電動(dòng)調節門(mén)；

    (3)  空氣系統：鼓風(fēng)機、冷卻脫硫塔（氣管路）、空氣熱交換器（氣管路）、回轉窯空氣電動(dòng)調節門(mén)、二段爐空氣電動(dòng)調節門(mén)、空氣電動(dòng)蝶閥；

    (4)  軟化水系統：軟化水箱、軟化水泵、冷卻脫硫塔；

    (5)  堿液系統：1號堿槽、2號堿槽、1號循環(huán)泵、2號循環(huán)泵、管路電磁閥門(mén)、電動(dòng)調節門(mén)、冷卻脫硫塔；

    (6)  廢液系統：排漿泵、過(guò)濾器、排水泵、儲液灌、循環(huán)泵；

    (7)  燃燒及煙塵系統：上料機、推進(jìn)器、回轉窯、二段爐、水封出渣機、旁路煙道、空氣交換器、冷卻脫硫塔、布袋除塵器、集灰罐、反吹風(fēng)機、綜合吸收器、引風(fēng)機、煙囪。

3.2  主要監控點(diǎn)及控制方案

    (1)  總體焚燒效果：在煙囪之前的水平煙道上設置煙氣取樣監測點(diǎn)，測量煙塵濃度、SO₂濃度、NO_X濃度、CO濃度、O₂濃度。上述參數的監控模型是一個(gè)多變量、強耦合、大滯后的復雜參量體，垃圾的進(jìn)料量、垃圾的成分、油量、O3流量、空氣量、堿液量等都將對該參量體產(chǎn)生影響。

    系統聯(lián)合應用FUZZY控制（模糊控制）與PID控制，通過(guò)計算機控制系統，進(jìn)行優(yōu)化計算保證垃圾的焚燒效果。

    下文簡(jiǎn)要介紹FUZZY控制器，其它的PID控制框圖、PID與FUZZY相接合的控制框圖由于篇幅原因，在此不再羅列。

    模糊控制是人工智能控制的典型代表，它模仿人的思維邏輯，對被控對象的運行規律（往往沒(méi)有確切的數學(xué)模型）進(jìn)行總結、抽象、推理、量化，實(shí)施有效的控制。模糊控制的基礎是模糊數學(xué)，利用模糊數學(xué)的推理理論，離線(xiàn)建立隸屬函數數據庫，將各種復雜的過(guò)程兌現簡(jiǎn)單化。在線(xiàn)運行時(shí)，利用計算機的高速、大容量性能，通過(guò)推理、量化運算得到具體的控制量。模糊控制是一種非線(xiàn)性控制器，適合于時(shí)變、非線(xiàn)性、強耦合系統。FUZZY控制器框圖如圖2所示。

圖2  FUZZY控制器框圖

    FUZZY控制器主要由四部分組成：

    1  模糊化

    這部分的作用是將輸入的精確量進(jìn)行處理變成模糊控制器要求的輸入量。對處理過(guò)的輸入量進(jìn)行尺度變換，使其變換到各自的論域范圍，然后進(jìn)行模糊處理，并用相應的模糊集合表示。其中輸入量包括外界的參考輸入、系統的輸出或專(zhuān)工態(tài)。

    2  知識庫

    知識庫通常由數據庫和模糊控制規則庫兩部分組成。數據庫包括各語(yǔ)言變量的隸屬度函數、尺度變換因子以及模糊空間的分級數等。規則庫則包括了用模糊語(yǔ)言變量表示的一系列控制規則。它們反應了實(shí)際控制的經(jīng)驗和知識。

    3  模糊推理

    模糊推理是FUZZY控制器的核心，模糊推理過(guò)程是基于模糊邏輯中的蘊含關(guān)系及推理規則來(lái)進(jìn)行。

    4  清晰化

    清晰化的作用是將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換成表示在論域范圍內的清晰量，最后將清晰量經(jīng)尺度變換成實(shí)際的控制量。

    (2)  旁路煙道控制：如果尾氣處理系統出現故障，自動(dòng)開(kāi)啟旁路煙道、停轉引風(fēng)機；如突發(fā)停電故障，后備電源緊急啟動(dòng)，自動(dòng)開(kāi)啟旁路煙道，維持回轉窯電機、鼓風(fēng)機、燃燒器的供電；

    (3)  焚燒爐的安全保證：為保證焚燒爐安全運行，維持爐膛低負壓很關(guān)鍵。根據爐膛負壓實(shí)際檢測值，通過(guò)計算機的調節運算，采用變頻方式改變引風(fēng)量，從而穩定爐膛的負壓值。

    (4)  布袋除塵器的安全保證：維持布袋除塵器入口煙氣溫度在要求的范圍內是保證布袋除塵器安全運行的關(guān)鍵。通過(guò)調節冷卻脫酸塔的軟化水噴水量和控制冷風(fēng)閥門(mén)來(lái)實(shí)現這一安全目標。

    (5)  高位油箱油位自動(dòng)控制：通過(guò)計算機系統控制油泵的啟停來(lái)實(shí)現。

    (6)  水封出渣機液位自動(dòng)控制：通過(guò)計算機系統控制循環(huán)泵及相應的電磁閥來(lái)實(shí)現提升液位，通過(guò)啟動(dòng)排漿泵及排水泵來(lái)降低液位；

    (7)  集灰罐液位自動(dòng)控制：通過(guò)計算機系統控制循環(huán)泵及相應的電磁閥來(lái)實(shí)現提升液位，通過(guò)啟動(dòng)排漿泵及排水泵來(lái)降低液位；

    (8)  堿槽液位自動(dòng)控制：通過(guò)計算機系統控制其清水入口電磁閥來(lái)實(shí)現；

    (9)  堿液系統自動(dòng)切換控制：通過(guò)計算機系統實(shí)現1號堿液系統和2號堿液系統之間的定期、自動(dòng)切換；

    (10)  空氣預熱器出口煙氣溫度控制：通過(guò)控制空氣預熱器空氣出口側排空電動(dòng)蝶閥來(lái)實(shí)現；

    (11)  其它主要監視點(diǎn)：冷卻脫酸塔廢液PH值、回轉窯轉速、燃油流量（含累積量）、軟化水流量（含累積量）、堿液流量（含累積量）、風(fēng)量、儲液罐液位、回轉窯爐溫、二段爐爐溫等。

4  主要特點(diǎn)

    (1)  自動(dòng)化程度高：整個(gè)焚燒系統，從燃燒效果的整體控制到相關(guān)系統關(guān)鍵設備安全的參數的監控，不同系統間的定期切換、罐箱槽的液位控制、系統各關(guān)鍵點(diǎn)的溫度、壓力控制等均由計算機系統根據系統提供的相關(guān)信息自動(dòng)實(shí)現，控制方式由計算機軟件進(jìn)行優(yōu)化，系統運行安全、穩定、高效節能；

    (2)  采用分層的計算機系統，系統運行的安全性有保證：若生產(chǎn)管理級系統（包括軟件或硬件）發(fā)生故障，現場(chǎng)控制級所有系統均可正常運行，整個(gè)焚燒系統運行不會(huì )受到不良影響；若現場(chǎng)控制級個(gè)別通道發(fā)生故障，僅影響該通道參數的檢測，不會(huì )影響其它通道的正常運行，通過(guò)計算機系統的模糊控制策略，還可保證個(gè)別故障通道參數在安全范圍內運行；

    (3)  控制系統具有非常好的擴充性能：由于系統采用拓撲結構，一旦系統需擴大監控數量，只需在以太網(wǎng)線(xiàn)上增加節點(diǎn)即可，擴展十分方便；

    (4)  全部數據數字化，方便監控：重要參數由計算機系統按照需要的格式自動(dòng)打印報表，無(wú)需人工抄表，減輕了運行人員的勞動(dòng)強度、消除了抄表可能產(chǎn)生的錯誤；

    (5)  全部報警自動(dòng)化，方便維護：焚燒系統出現故障后，計算機系統自動(dòng)發(fā)出聲光報警，并提示故障原因和故障點(diǎn)，減少了維修人員分析和尋找故障的時(shí)間，縮短了維修時(shí)間，降低了停爐損失。