控制网

陈银田  李鸥

1  引言

    因为2003年 “非典”疫情的爆发，全社会对医疗垃圾的无害化处理日益重视。而医疗垃圾焚烧，是目前工艺比较成熟、技术切实可行的方法。本文结合工程实例，简要介绍了SKR型医疗垃圾焚烧炉控制系统。

2  方案概述

    此方案基于计算机技术的“集中管理，分散控制”模式，数字化、信息化环保工程的思想，着眼于企业“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集过程控制、监视和计算机、调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，来实现对整个焚烧过程及全部生产设备的监测与控制，达到整个生产过程处于安全稳定、高效节能的目标。

    系统分为生产管理监控级和现场控制级两层结构，利用高速工业以太网（TCP/IP协议）进行连接以实现信息和资源的共享，具备完善的控制能力、极高的可靠性和方便灵活的扩展能力；系统设计从工艺流出发，实现对生产过程的自动控制。现场控制级接受生产管理级的调度，但并不依赖于生产管理级而运行：若监控计算机出现故障或并没有投入使用或通信网络出现故障，各现场控制站仍继续正常工作，对整个工艺过程没有影响。

    该方案的系统结构示意如图1所示。

图1  系统结构示意图

3  主要监控内容

3.1  工艺系统主要设备

    (1)  燃油系统：包括油罐、油泵、油箱、回转窑燃烧器（2套）、二段炉燃烧器（3套）；

    (2)  O₃系统：O₃发生器、O₃电动调节门；

    (3)  空气系统：鼓风机、冷却脱硫塔（气管路）、空气热交换器（气管路）、回转窑空气电动调节门、二段炉空气电动调节门、空气电动蝶阀；

    (4)  软化水系统：软化水箱、软化水泵、冷却脱硫塔；

    (5)  碱液系统：1号碱槽、2号碱槽、1号循环泵、2号循环泵、管路电磁阀门、电动调节门、冷却脱硫塔；

    (6)  废液系统：排浆泵、过滤器、排水泵、储液灌、循环泵；

    (7)  燃烧及烟尘系统：上料机、推进器、回转窑、二段炉、水封出渣机、旁路烟道、空气交换器、冷却脱硫塔、布袋除尘器、集灰罐、反吹风机、综合吸收器、引风机、烟囱。

3.2  主要监控点及控制方案

    (1)  总体焚烧效果：在烟囱之前的水平烟道上设置烟气取样监测点，测量烟尘浓度、SO₂浓度、NO_X浓度、CO浓度、O₂浓度。上述参数的监控模型是一个多变量、强耦合、大滞后的复杂参量体，垃圾的进料量、垃圾的成分、油量、O3流量、空气量、碱液量等都将对该参量体产生影响。

    系统联合应用FUZZY控制（模糊控制）与PID控制，通过计算机控制系统，进行优化计算保证垃圾的焚烧效果。

    下文简要介绍FUZZY控制器，其它的PID控制框图、PID与FUZZY相接合的控制框图由于篇幅原因，在此不再罗列。

    模糊控制是人工智能控制的典型代表，它模仿人的思维逻辑，对被控对象的运行规律（往往没有确切的数学模型）进行总结、抽象、推理、量化，实施有效的控制。模糊控制的基础是模糊数学，利用模糊数学的推理理论，离线建立隶属函数数据库，将各种复杂的过程兑现简单化。在线运行时，利用计算机的高速、大容量性能，通过推理、量化运算得到具体的控制量。模糊控制是一种非线性控制器，适合于时变、非线性、强耦合系统。FUZZY控制器框图如图2所示。

图2  FUZZY控制器框图

    FUZZY控制器主要由四部分组成：

    1  模糊化

    这部分的作用是将输入的精确量进行处理变成模糊控制器要求的输入量。对处理过的输入量进行尺度变换，使其变换到各自的论域范围，然后进行模糊处理，并用相应的模糊集合表示。其中输入量包括外界的参考输入、系统的输出或专工态。

    2  知识库

    知识库通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。数据库包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。规则库则包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。它们反应了实际控制的经验和知识。

    3  模糊推理

    模糊推理是FUZZY控制器的核心，模糊推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行。

    4  清晰化

    清晰化的作用是将模糊的控制量经清晰化变换成表示在论域范围内的清晰量，最后将清晰量经尺度变换成实际的控制量。

    (2)  旁路烟道控制：如果尾气处理系统出现故障，自动开启旁路烟道、停转引风机；如突发停电故障，后备电源紧急启动，自动开启旁路烟道，维持回转窑电机、鼓风机、燃烧器的供电；

    (3)  焚烧炉的安全保证：为保证焚烧炉安全运行，维持炉膛低负压很关键。根据炉膛负压实际检测值，通过计算机的调节运算，采用变频方式改变引风量，从而稳定炉膛的负压值。

    (4)  布袋除尘器的安全保证：维持布袋除尘器入口烟气温度在要求的范围内是保证布袋除尘器安全运行的关键。通过调节冷却脱酸塔的软化水喷水量和控制冷风阀门来实现这一安全目标。

    (5)  高位油箱油位自动控制：通过计算机系统控制油泵的启停来实现。

    (6)  水封出渣机液位自动控制：通过计算机系统控制循环泵及相应的电磁阀来实现提升液位，通过启动排浆泵及排水泵来降低液位；

    (7)  集灰罐液位自动控制：通过计算机系统控制循环泵及相应的电磁阀来实现提升液位，通过启动排浆泵及排水泵来降低液位；

    (8)  碱槽液位自动控制：通过计算机系统控制其清水入口电磁阀来实现；

    (9)  碱液系统自动切换控制：通过计算机系统实现1号碱液系统和2号碱液系统之间的定期、自动切换；

    (10)  空气预热器出口烟气温度控制：通过控制空气预热器空气出口侧排空电动蝶阀来实现；

    (11)  其它主要监视点：冷却脱酸塔废液PH值、回转窑转速、燃油流量（含累积量）、软化水流量（含累积量）、碱液流量（含累积量）、风量、储液罐液位、回转窑炉温、二段炉炉温等。

4  主要特点

    (1)  自动化程度高：整个焚烧系统，从燃烧效果的整体控制到相关系统关键设备安全的参数的监控，不同系统间的定期切换、罐箱槽的液位控制、系统各关键点的温度、压力控制等均由计算机系统根据系统提供的相关信息自动实现，控制方式由计算机软件进行优化，系统运行安全、稳定、高效节能；

    (2)  采用分层的计算机系统，系统运行的安全性有保证：若生产管理级系统（包括软件或硬件）发生故障，现场控制级所有系统均可正常运行，整个焚烧系统运行不会受到不良影响；若现场控制级个别通道发生故障，仅影响该通道参数的检测，不会影响其它通道的正常运行，通过计算机系统的模糊控制策略，还可保证个别故障通道参数在安全范围内运行；

    (3)  控制系统具有非常好的扩充性能：由于系统采用拓扑结构，一旦系统需扩大监控数量，只需在以太网线上增加节点即可，扩展十分方便；

    (4)  全部数据数字化，方便监控：重要参数由计算机系统按照需要的格式自动打印报表，无需人工抄表，减轻了运行人员的劳动强度、消除了抄表可能产生的错误；

    (5)  全部报警自动化，方便维护：焚烧系统出现故障后，计算机系统自动发出声光报警，并提示故障原因和故障点，减少了维修人员分析和寻找故障的时间，缩短了维修时间，降低了停炉损失。