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陳銀田  李鷗

1  引言

    因?yàn)?/SPAN>2003年 “非典”疫情的爆發(fā)，全社會(huì)對(duì)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(shí)可行的方法。本文結(jié)合工程實(shí)例，簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)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(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視和計(jì)算機(jī)、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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)焚燒過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，達(dá)到整個(gè)生產(chǎn)過程處于安全穩(wěn)定、高效節(jié)能的目標(biāo)。

    系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)兩層結(jié)構(gòu)，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(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(kuò)展能力；系統(tǒng)設(shè)計(jì)從工藝流出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)接受生產(chǎn)管理級(jí)的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級(jí)而運(yùn)行：若監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(chǎng)控制站仍繼續(xù)正常工作，對(duì)整個(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)門；

    (3)  空氣系統(tǒng)：鼓風(fēng)機(jī)、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(dòng)調(diào)節(jié)門、二段爐空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)門、空氣電動(dòng)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(hào)堿槽、2號(hào)堿槽、1號(hào)循環(huán)泵、2號(hào)循環(huán)泵、管路電磁閥門、電動(dòng)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(chǔ)液灌、循環(huán)泵；

    (7)  燃燒及煙塵系統(tǒng)：上料機(jī)、推進(jìn)器、回轉(zhuǎn)窯、二段爐、水封出渣機(jī)、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(jī)、綜合吸收器、引風(fēng)機(jī)、煙囪。

3.2  主要監(jiān)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(shè)置煙氣取樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)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(gè)多變量、強(qiáng)耦合、大滯后的復(fù)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(duì)該參量體產(chǎn)生影響。

    系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用FUZZY控制（模糊控制）與PID控制，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)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(duì)被控對(duì)象的運(yùn)行規(guī)律（往往沒有確切的數(shù)學(xué)模型）進(jìn)行總結(jié)、抽象、推理、量化，實(shí)施有效的控制。模糊控制的基礎(chǔ)是模糊數(shù)學(xué)，利用模糊數(shù)學(xué)的推理理論，離線建立隸屬函數(shù)數(shù)據(jù)庫，將各種復(fù)雜的過程兌現(xiàn)簡(jiǎn)單化。在線運(yùn)行時(shí)，利用計(jì)算機(jī)的高速、大容量性能，通過推理、量化運(yùn)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(shí)變、非線性、強(qiáng)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(jìn)行處理變成模糊控制器要求的輸入量。對(duì)處理過的輸入量進(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(yīng)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(shí)庫

    知識(shí)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(jí)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(yīng)了實(shí)際控制的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。

    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(yùn)含關(guān)系及推理規(guī)則來進(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(nèi)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(tǒng)出現(xiàn)故障，自動(dòng)開啟旁路煙道、停轉(zhuǎn)引風(fēng)機(jī)；如突發(fā)停電故障，后備電源緊急啟動(dòng)，自動(dòng)開啟旁路煙道，維持回轉(zhuǎn)窯電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、燃燒器的供電；

    (3)  焚燒爐的安全保證：為保證焚燒爐安全運(yùn)行，維持爐膛低負(fù)壓很關(guān)鍵。根據(jù)爐膛負(fù)壓實(shí)際檢測(cè)值，通過計(jì)算機(jī)的調(diào)節(jié)運(yùn)算，采用變頻方式改變引風(fēng)量，從而穩(wěn)定爐膛的負(fù)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(yùn)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(fēng)閥門來實(shí)現(xiàn)這一安全目標(biāo)。

    (5)  高位油箱油位自動(dòng)控制：通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制油泵的啟停來實(shí)現(xiàn)。

    (6)  水封出渣機(jī)液位自動(dòng)控制：通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制循環(huán)泵及相應(yīng)的電磁閥來實(shí)現(xiàn)提升液位，通過啟動(dòng)排漿泵及排水泵來降低液位；

    (7)  集灰罐液位自動(dòng)控制：通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制循環(huán)泵及相應(yīng)的電磁閥來實(shí)現(xiàn)提升液位，通過啟動(dòng)排漿泵及排水泵來降低液位；

    (8)  堿槽液位自動(dòng)控制：通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制其清水入口電磁閥來實(shí)現(xiàn)；

    (9)  堿液系統(tǒng)自動(dòng)切換控制：通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1號(hào)堿液系統(tǒng)和2號(hào)堿液系統(tǒng)之間的定期、自動(dòng)切換；

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

    (11)  其它主要監(jiān)視點(diǎn)：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(fēng)量、儲(chǔ)液罐液位、回轉(zhuǎn)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(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(diǎn)的溫度、壓力控制等均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)提供的相關(guān)信息自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，控制方式由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效節(jié)能；

    (2)  采用分層的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性有保證：若生產(chǎn)管理級(jí)系統(tǒng)（包括軟件或硬件）發(fā)生故障，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)所有系統(tǒng)均可正常運(yùn)行，整個(gè)焚燒系統(tǒng)運(yùn)行不會(huì)受到不良影響；若現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)個(gè)別通道發(fā)生故障，僅影響該通道參數(shù)的檢測(cè)，不會(huì)影響其它通道的正常運(yùn)行，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模糊控制策略，還可保證個(gè)別故障通道參數(shù)在安全范圍內(nèi)運(yùn)行；

    (3)  控制系統(tǒng)具有非常好的擴(kuò)充性能：由于系統(tǒng)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一旦系統(tǒng)需擴(kuò)大監(jiān)控?cái)?shù)量，只需在以太網(wǎng)線上增加節(jié)點(diǎn)即可，擴(kuò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照需要的格式自動(dòng)打印報(bào)表，無需人工抄表，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、消除了抄表可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤；

    (5)  全部報(bào)警自動(dòng)化，方便維護(hù)：焚燒系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)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。