自动控制系统概述

垃圾焚烧发电厂自动控制系统的设计

1 引言

垃圾焚烧是一种技术高度复杂，成本相对昂贵的生活垃圾处理技术。因此，无论是其发展源流与应用现状，目前均以欧美、日本等发达国家最具代表性。发达国家应用的垃圾焚烧技术，其特征代表了当前生活垃圾焚烧技术的最前沿，同时其所应用的垃圾焚烧技术对今后垃圾焚烧技术的发展也具有相当的指导作用。

由于种种原因，我国生活垃圾焚烧技术的研究和应用起步相对较晚，垃圾焚烧技术的研究落后于发展需要，目前国内既缺少行业标准和专业规范，更缺乏完整、成熟、形成系统的设计技术。对垃圾焚烧及余热发电的自动控制系统设计更是缺少规程、规范和成熟的运行经验。而目前只有深圳建有比较正规的生活垃圾处理厂，其工程规模为日处理生活垃圾450T。一期工程于1988年11月投产，装有2台日处理能力为150t／d的日本马丁焚烧炉和1台5000kW汽轮发电机组及其配套设备。二期工程于1996年7月投产，增建1台处理能力为150t／d的国产垃圾焚烧炉和1台3000kW的汽轮发电机组及配套设备。由于建厂比较早，其自动化控制和检测水平不高，采用大量的常规仪表和控制开关进行手动控制。后经技术改造，增加了一套PLC控制系统，使其控制水平有了一定的提高，达到了正常运行时绝大部分的工艺过程操作与工艺参数的显示均能在中央控制室进行。

下面就由3台日处理垃圾400吨的机械炉排焚烧炉配2台12MW汽轮发电机组组成的城市生活垃圾处理厂探讨其自动控制系统的设计方案。

2 艺流程简介

机械炉排焚烧炉垃圾焚烧发电厂主要由地衡称重系统、垃圾卸料平台、垃圾贮坑、垃圾焚烧系统、余热利用系统、烟气处理系统、灰渣处理系统、助燃空气系统、废水处理系统等组成。生活垃圾由垃圾运输车运人垃圾焚烧处理厂，经过地衡称重后进入垃圾卸料平台，按控制系统指定的卸料门将垃圾倒人垃圾贮坑。垃圾贮坑内的垃圾由设在垃圾贮坑上方的吊车抓斗送人垃圾料斗，垃圾经斜槽与推料机推人焚烧炉内预热段。炉排在驱动机构的作用下使垃圾依次通过燃烧段和后燃烬段，燃烧后的炉渣落人炉渣贮坑。垃圾坑上部设有抽风口，抽出坑内有害气体，经蒸汽一烟气二级预热后送人炉内，作为焚烧炉的燃烧空气。燃烧产生的高温烟气，经锅炉各受热面吸热降温后，烟气经过干式RCFB烟气处

自动控制系统*概述

自动控制系统( automatic control systems )简称自控系统，是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。

自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。

自动控制系统*组成

自动控制系统主要由：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。

在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备

在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。

自动控制系统*常用术语

被控对象：需要实现控制的设备、机械和生产过程

被控变量：对象内要求保持一定数值的物理量，即输出量

控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料和能量

干扰：除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素

给定值：工艺规定被控变量所要保持的数值

偏差：设定值与测量值之差

自动化控制（automation control ），广义来说，通常是指不需借着人力亲自操作机器或机构，而能利用动物以外的其他装置元件或能源，来达成人类所期盼执行的工作。更狭义地说即是以生化、机电、电脑、通讯、水利、蒸汽等科学知识与应用工具，进行设计来代替人力或减轻人力或简化人类工作程序的机构机制，皆可称之。

自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特·维纳，鲁道夫·卡尔曼提出的。

自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置（自动控制装置）使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当代发展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。

控制思想与技术的存在至少已有数千年的历史了。“控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在的渴望，控制理论与技术也自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中发展起来。

自动控制的定义：

自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。

中国科技期刊数据库 工业A

2016年10期 45 生活垃圾分选自动控制系统概述 吴 琦 施玲玲 江苏 常州 213000 摘要：现阶段，城市生活垃圾的数量庞大、种类繁多，对后期垃圾处理是一个严峻的考验，生活垃圾作为现阶段城市垃圾的主要来源，其分选处理方法随着新技术的发展也越来越多，但是面对巨大的垃圾处理量、以及垃圾处理手段的复杂多样性，若能实现垃圾分选的自动控制化是一个十分具有优势的方法，就城市生活垃圾处理方法进行了简单讨论，并采取相应的仪器进行自动控制监测运行，既能满足生活垃圾的工艺处理需要，又可以保证分选工作高效、准确的进行。 关键词：生活垃圾；分选控制；自动控制 中图分类号：TP273；TU993.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5799（2016）10-0045-01 面对现阶段城市化发展带来的巨大垃圾处理量，垃圾处理站、垃圾处理厂已经应接不暇，堆积垃圾造成的围城现象日趋严重，人们过快的追求经济发展，带来的负面效应是生活垃圾的几何级增长，传统垃圾处理方法无法满足现阶段垃圾处理量的要求，实现垃圾资源的合理化处理是关键问题，城市垃圾分选需要提高对各种先进设备的利用度，保证仪器控制自动化发展的高效可靠性，使得操作处理更能趋向于简单化、自动化的发展，垃圾分选自动控制的方法不但充分节约了相关作业人员的数量，更重要的是对垃圾的处理工作更加具有准确性、及时性。 1 城市垃圾分选现状 由于我过对城市垃圾的分选处理手段是在相对较近的时间开始实行，起步相对较晚，且很多地区仍采用垃圾焚烧等传统方法进行处理，对大批垃圾中可重复利用的资源未进行充分提取工作，导致了大量可回收资源的浪费。传统的垃圾分选方法相对较多，简单介绍如下。其一，根据被处理固废物的粒径差异进行物理筛分工作；其二，借助重力、离心力等作用，利用固废物的密度差异进行分离的分选，一般称为重力分选、风力分选，风力分选工作易受到外界气流的影响，对待处理的废物分选效率一般，且待处理废物对风速要求相对较高；其三，借助表面活性剂进行前期处理，使得固废物中有些物质与液体的亲附性能相对较大，有些与空气亲附性能良好，正是由于这种亲附能力差异，使得固体废物中，有些物质可以漂浮于液表面，有些处于液体底端，从而达到分离目的；其四，电力、静电分离手段，通过对一定粒度范围内的固废物进行处理，使得固废物在高压作用下带负电荷，接着将具有不同的带电量、不同放电速度的固废物送进静电区域，因不同性质的材料导电性能不一，在静电区域中具有不同的速度，从而实现分选工作；其五，磁力、电磁分选手段，磁力法一般针对矿产固废进行作业，借助被分离物质的固有磁性分离，或者借助外力磁场作用分离，另一方面，电磁法对电池进行有效处理，借助电池内部物质结构性质差异，可以高效实现分选。 2 垃圾分选自动控制 针对垃圾处理量巨大、操作人员有限的现状，生活垃圾分选的后期处理自动控制手段需要进行较大的发展应用。由于垃圾分选工作涉及范围较广、分选方法较多、程序控制复杂，因此对自动控制系统的建立造成了一定难度，垃圾分选过程的自动控制要求设备均能实现远程控制，单独一个工序的控制仪表操作界面相对集中，而设备的维修保养可以相对操作现场具有一定的独立性，现阶段PLC控制系统可以相对较好完成这一任务。通过对控制系统进行编程软件开发，实现垃圾分选的数据及时处理更新工作，保证整个分选流程工艺可以自动控制。 2.1 集散控制系统 该系统有中央处理控制系统、现场监测站及相关的仪表设备，中央集中监视系统可以对整个流程进行全面统筹管理，现场监测站可以对各个工序的分选现场实施监测，通过仪表监测参数，并及时进行反馈，通过接收PLC的控制指令，现场进行操作执行方案，实现整个流程的稳定有序运行。一般情况下，中央处理控制系统与现场监测站通过具有国际标准的工业以太网进行接连，保证沟通高效进行。 2.2 硬件设施 现阶段，生活垃圾的分选过程中，自动控制系统一般具有一个现场PLC，3个IO控制站，根据实际处理工序的特殊差异性，选择相应的硬件设施进行配置划分。通过智能处理模块可以进行现场的风量、流速、压力采集工作，转换后进行处理工作，通过自动控制系统可以相对简单的在触控屏进行操作，信息下达、信息采集、信息反馈、报警处理工作都可以通过窗口实现，沟通界面具有人性化的特点。 2.3 系统软件介绍 针对生活垃圾分选处理工作，PLC控制系统具有一定的工艺流程程序，将所有控制设备进行编号、按操作流程进行顺序启动，需要做好所有设备的安全保护控制工作，合理进行生活垃圾处理工作。通过现场操作处理控制、操作主面板、中央处理控制系统三者配合保证实现控制系统的开始、停止、参数调整工作，通过对信息反馈系统的信息读取，及时实现系统故障处理监控工作。一般情况下，PLC控制系统可以采用结构模块设计方法，利用FB、FC功能的调用实现各个控制系统中，控制处理、参数更替、故障处理工作。 2.4 控制系统与变频器 在生活垃圾分选自动化控制处理过程中，PLC对分选参数的控制一般是通过识别变频器输出频率，从而实现整个通讯过程，该过程的通讯质量受PLC以及变频器设备的质量影响较大，准确无误传递信息是保证自动控制合理进行的关键。现阶段，根据实际分选要求，西门子公司已经实现PLC的控制开发工作，并在日处理量为300吨/天的以垃圾处理站进行了应用，根据分选现场的实际要求进行了编制自动控制系统，实现了垃圾分选的自动控制、数据监测、信息处理的工作。 3 结束语 现阶段，面对巨大的垃圾处理量，生活垃圾自动分选工作十分重要，其自动控制系统的应用极大程度上解决了人员短缺、效率低下的作业特点，保证了生活垃圾的综合、合理化处理，同时，自动控制系统的应用由于其很大程度上依赖于设备性能、通讯信息处理等，为了更好的进行垃圾分选工作，达到预期垃圾处理量要求，需要对不同项目进行合理化的程序设计，保证整个自动控制高效运行。 参考文献 [1]陈晓东，王豫，陶云.基于Profinet 网络的软扭矩控制系统[J].石油仪器，2013，27（1）：40-42. [2]李兵，董志颖，赵由才，等.城市生活垃圾卧式气流分选特性研究[J].环境工程，2012，30（3）：96-101. [3]张红玉，李国学，王桂琴.基于垃圾组分和粒径分布的垃圾处理模式[J].农业工程学报，2010，26（Supp.2）：274-280. 作者简介：吴琦，身份证号3201211986××××4554，施玲玲，身份证号3206811987××××6246。