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陳銀田  李鷗

1  引言

    因為2003年 “非典”疫情的爆發(fā)，全社會對醫(yī)療垃圾的無害化處理日益重視。而醫(yī)療垃圾焚燒，是目前工藝比較成熟、技術(shù)切實可行的方法。本文結(jié)合工程實例，簡要介紹了SKR型醫(yī)療垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)。

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(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個先進、可靠、高效、安全且便于進一步擴充的集過程控制、監(jiān)視和計算機、調(diào)度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，來實現(xiàn)對整個焚燒過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與控制，達到整個生產(chǎn)過程處于安全穩(wěn)定、高效節(jié)能的目標。

    系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理監(jiān)控級和現(xiàn)場控制級兩層結(jié)構(gòu)，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進行連接以實現(xiàn)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(tǒng)設(shè)計從工藝流出發(fā)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。現(xiàn)場控制級接受生產(chǎn)管理級的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級而運行：若監(jiān)控計算機出現(xiàn)故障或并沒有投入使用或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，各現(xiàn)場控制站仍繼續(xù)正常工作，對整個工藝過程沒有影響。

    該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3  主要監(jiān)控內(nèi)容

3.1  工藝系統(tǒng)主要設(shè)備

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

    (2)  O₃系統(tǒng)：O₃發(fā)生器、O₃電動調(diào)節(jié)門；

    (3)  空氣系統(tǒng)：鼓風機、冷卻脫硫塔（氣管路）、空氣熱交換器（氣管路）、回轉(zhuǎn)窯空氣電動調(diào)節(jié)門、二段爐空氣電動調(diào)節(jié)門、空氣電動蝶閥；

    (4)  軟化水系統(tǒng)：軟化水箱、軟化水泵、冷卻脫硫塔；

    (5)  堿液系統(tǒng)：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、電動調(diào)節(jié)門、冷卻脫硫塔；

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

    (7)  燃燒及煙塵系統(tǒng)：上料機、推進器、回轉(zhuǎn)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、反吹風機、綜合吸收器、引風機、煙囪。

3.2  主要監(jiān)控點及控制方案

    (1)  總體焚燒效果：在煙囪之前的水平煙道上設(shè)置煙氣取樣監(jiān)測點，測量煙塵濃度、SO₂濃度、NO_X濃度、CO濃度、O₂濃度。上述參數(shù)的監(jiān)控模型是一個多變量、強耦合、大滯后的復雜參量體，垃圾的進料量、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(tǒng)聯(lián)合應用FUZZY控制（模糊控制）與PID控制，通過計算機控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化計算保證垃圾的焚燒效果。

    下文簡要介紹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(guī)律（往往沒有確切的數(shù)學模型）進行總結(jié)、抽象、推理、量化，實施有效的控制。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學，利用模糊數(shù)學的推理理論，離線建立隸屬函數(shù)數(shù)據(jù)庫，將各種復雜的過程兌現(xiàn)簡單化。在線運行時，利用計算機的高速、大容量性能，通過推理、量化運算得到具體的控制量。模糊控制是一種非線性控制器，適合于時變、非線性、強耦合系統(tǒng)。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行處理變成模糊控制器要求的輸入量。對處理過的輸入量進行尺度變換，使其變換到各自的論域范圍，然后進行模糊處理，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(tǒng)的輸出或?qū)９B(tài)。

    2  知識庫

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

    3  模糊推理

    模糊推理是FUZZY控制器的核心，模糊推理過程是基于模糊邏輯中的蘊含關(guān)系及推理規(guī)則來進行。

    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(nèi)的清晰量，最后將清晰量經(jīng)尺度變換成實際的控制量。

    (2)  旁路煙道控制：如果尾氣處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自動開啟旁路煙道、停轉(zhuǎn)引風機；如突發(fā)停電故障，后備電源緊急啟動，自動開啟旁路煙道，維持回轉(zhuǎn)窯電機、鼓風機、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(jù)爐膛負壓實際檢測值，通過計算機的調(diào)節(jié)運算，采用變頻方式改變引風量，從而穩(wěn)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(nèi)是保證布袋除塵器安全運行的關(guān)鍵。通過調(diào)節(jié)冷卻脫酸塔的軟化水噴水量和控制冷風閥門來實現(xiàn)這一安全目標。

    (5)  高位油箱油位自動控制：通過計算機系統(tǒng)控制油泵的啟停來實現(xiàn)。

    (6)  水封出渣機液位自動控制：通過計算機系統(tǒng)控制循環(huán)泵及相應的電磁閥來實現(xiàn)提升液位，通過啟動排漿泵及排水泵來降低液位；

    (7)  集灰罐液位自動控制：通過計算機系統(tǒng)控制循環(huán)泵及相應的電磁閥來實現(xiàn)提升液位，通過啟動排漿泵及排水泵來降低液位；

    (8)  堿槽液位自動控制：通過計算機系統(tǒng)控制其清水入口電磁閥來實現(xiàn)；

    (9)  堿液系統(tǒng)自動切換控制：通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)1號堿液系統(tǒng)和2號堿液系統(tǒng)之間的定期、自動切換；

    (10)  空氣預熱器出口煙氣溫度控制：通過控制空氣預熱器空氣出口側(cè)排空電動蝶閥來實現(xiàn)；

    (11)  其它主要監(jiān)視點：冷卻脫酸塔廢液PH值、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)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）、風量、儲液罐液位、回轉(zhuǎn)窯爐溫、二段爐爐溫等。

4  主要特點

    (1)  自動化程度高：整個焚燒系統(tǒng)，從燃燒效果的整體控制到相關(guān)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備安全的參數(shù)的監(jiān)控，不同系統(tǒng)間的定期切換、罐箱槽的液位控制、系統(tǒng)各關(guān)鍵點的溫度、壓力控制等均由計算機系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)提供的相關(guān)信息自動實現(xiàn)，控制方式由計算機軟件進行優(yōu)化，系統(tǒng)運行安全、穩(wěn)定、高效節(jié)能；

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

    (3)  控制系統(tǒng)具有非常好的擴充性能：由于系統(tǒng)采用拓撲結(jié)構(gòu)，一旦系統(tǒng)需擴大監(jiān)控數(shù)量，只需在以太網(wǎng)線上增加節(jié)點即可，擴展十分方便；

    (4)  全部數(shù)據(jù)數(shù)字化，方便監(jiān)控：重要參數(shù)由計算機系統(tǒng)按照需要的格式自動打印報表，無需人工抄表，減輕了運行人員的勞動強度、消除了抄表可能產(chǎn)生的錯誤；

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