CN108592043A - 一种垃圾处理的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垃圾处理的控制系统。该控制系统包括输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块、烟气处理温度信号调理模块、进气风机、排烟风机和多个温度传感器和多个电加热炉温度传感器；各部分均通过电缆与控制器连接；控制器读取炉膛温度信号调理模块输出信号、烟气处理温度信号调理模块输出信号和触摸屏输入指令，实现对炉膛内垃圾燃烧的恒温状态控制，控制电加热炉的炉温升温和高温恒温运行，控制上料机构自动上料。本发明解决了炉温的人工控制响应速度慢、炉膛内的燃烧温度波动大和产生有害气体成份多的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种垃圾处理的控制系统。
背景技术
现有垃圾处理炉炉膛的燃烧温度控制是通过手动开关阀来控制进入炉膛的空气流量大小，空气在炉膛内的流动是靠热气流的上升产生的负压实现的，因此进入炉膛的气流控制是不稳定的，也不可控，炉温的人工控制响应速度慢，炉膛内的燃烧温度波动大，产生有害气体成份多，污染环境，不环保。
发明内容
本发明的目的是提供一种垃圾处理的控制系统，解决了炉膛的气流不稳定和不可控的技术问题，解决了炉温的人工控制响应速度慢、炉膛内的燃烧温度波动大和产生有害气体成份多的技术问题。
本发明的技术方案是，一种垃圾处理的控制系统包括输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块、烟气处理温度信号调理模块、进气风机、排烟风机和多个温度传感器；输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块和烟气处理温度信号调理模块均通过电缆与控制器连接；
进气风机的进气口直接与大气相连通，进气风机的出气口与垃圾处理设备中垃圾处理炉炉膛内进气管的进气口连接，排烟风机的进气口与垃圾处理设备中除尘装置的出气口连接，排烟风机出气口与垃圾处理设备中废气处理装置的热交换器进气口一连接；多个温度传感器中一部分温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛内，另一部分固定安装在废气处理装置中的电加热炉内，多个炉膛内温度传感器通过电缆与炉膛温度信号调理模块连接，多个电加热炉内温度传感器通过电缆与烟气处理温度信号调理模块连接，炉膛温度信号调理模块与烟气处理温度信号调理模块功能相同，控制器控制炉膛恒温和电加热炉炉温。
所述炉膛温度信号调理模块接收多个炉膛内温度传感器输出的信号，并对接收的信号进行滤波、放大和整形，将处理后的信号输出给控制器。
所述输入显示装置输入预存数据给控制器，即输入PID控制参数与温度差的对应关系表格、炉膛温度目标值、同一个温度传感器相邻两次采集的数据之间最大差值。
炉膛内温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛两侧内壁和中部立板上，且多个炉膛温度传感器沿两侧内壁和中部立板的高度方向分布。
多个电加热炉内温度传感器分别固定在电加热炉的中心、进气口上和出气口上。
控制器对炉膛恒温控制策略和电加热炉炉温的控制策略相同。
控制器控制炉膛恒温是指，采用最高转速控制与PID控制相结合的控制策略，即垃圾处理炉开始工作时，控制风机以最高转速运转，使炉内温度上升到炉膛温度目标值的80％；然后控制器进行PID控制。
所述控制器PID控制是指，控制器读取炉膛温度信号调理模块的输出信号，根据炉膛内初始温度、炉膛目标温度、当前采集的实时温度值与目标温度的差值，以及预存的温度变化量与PID控制参数的关系，确定PID控制参数并进行计算2个风机转速的各自增量Δn(k)，最终确定2个风机的转速n1和n2，输出2个风机转速控制信号分别给2个变频器，从而控制进气风机和排烟风机的转速。
所述控制还控制上料机构自动上料，即控制系统还包括液压电机驱动器和液压电磁阀，液压电机驱动器通过电缆连接与控制器和上料机构中液压电机连接。液压电磁阀位于上料机构中液压回路进口。
控制器对自动上料机构控制是指，控制器接收输入显示装置输出的上料指令，并将上料指令输出给上料机构中的液压电机驱动器和上料机构中的液压电磁阀，从而驱动液压电机启动和变速，使液压压力升高，同时控制器控制液压电磁阀，驱动液压缸伸缩，完成自动上料机构中的垃圾桶上升，下降和抖桶功能。
本发明的有益效果是，1、本发明使垃圾处理炉工作时，处理炉从开始点火到稳定燃烧以及处于理想烟气排放的温度点的整个过程动态可控，解决了垃圾处理炉工作时炉膛温度的恒温调节问题；多温度传感器的合理分布，提高了温度的测量精度，测量信号更加真实地反映了炉膛内的温度分布情况；2、本发明采用进气风机和排烟风机，减少烟道的气流阻力，使空气进入炉膛的流量调节精确，进气风机控制空气输入炉膛的流量大小的两个风机耦合工作，达到空气流量的可靠控制，从而提高了炉膛温度调节的响应速度；3、本发明对垃圾废气处理中的电加热炉采用分级耦合控制，满足了垃圾处理系统二次燃烧的工艺要求，实现电加热炉自适应加热和恒温控制；4、本发明对上料机构的控制，实现了垃圾处理炉工作中垃圾填装的自动上料，减轻了垃圾的填装时劳动强度；5、本发明实现了未分类垃圾燃烧的自适应恒温控制，使垃圾处理炉处于理想的状态工作，垃圾处理温度越高，垃圾处理效率越高，本系统可以控制燃烧温度，从而可以控制垃圾处理效率。
附图说明
图1为本发明一种垃圾处理的控制系统的构成框图；
图2为本发明中控制器对炉膛恒温控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种垃圾处理的控制系统包括输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块、烟气处理温度信号调理模块、进气风机、排烟风机和多个温度传感器。输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块和烟气处理温度信号调理模块均通过电缆与控制器连接。输入显示装置采用触摸屏。
本发明一种垃圾处理的控制系统有三部分功能，三部分功能分别为：对炉膛恒温控制、对电加热炉炉温控制和自动上料机构控制。炉膛恒温控制系统由输入显示装置、控制器、炉膛内的多个温度传感器、炉膛温度信号调理模块、进气风机、排烟机变频控制模块和排烟风机构成。电加热炉炉温控制系统由输入显示装置、控制器、电加热炉内多个温度传感器和电加热炉温度信号调理模块构成。自动上料机构控制系统由输入显示装置、控制器、液压电机驱动器和液压电磁阀构成。液压电机驱动器通过电缆连接与控制器和上料机构中液压电机连接。液压电磁阀位于上料机构中液压回路进口。
进气风机的进气口直接与大气相连通，进气风机的出气口与垃圾处理设备中垃圾处理炉炉膛内进气管的进气口连接，垃圾处理炉的出气口与垃圾处理设备中除尘装置的进气口连接，除尘装置的出气口连接到排烟风机的进气口，排烟风机出气口通过管路与垃圾处理设备中废气处理装置的热交换器进气口一连接。
多个温度传感器中一部分温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛内，另一部分固定安装在废气处理装置中的电加热炉内。即炉膛内温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛两侧内壁和中部立板上，且多个炉膛温度传感器沿两侧内壁和中部立板的高度方向分布。多个电加热炉内温度传感器分别固定在电加热炉的中心、进气口上和出气口上。多个炉膛内温度传感器通过电缆与炉膛温度信号调理模块连接。多个电加热炉内温度传感器通过电缆与烟气处理温度信号调理模块连接。
输入显示装置输入预存数据给控制器，即输入PID参数与温度差的对应关系表格、炉膛温度目标值、同一个温度传感器相邻两次采集的数据之间最大差值。
多个炉膛内温度传感器采集炉膛内不同位置的温度，炉膛温度信号调理模块接收多个炉膛内温度传感器输出的信号，并对接收的信号进行滤波、放大和整形，以消除干扰信号并满足控制器处理信号的要求，将处理后的信号输出给控制器。
控制器对炉膛恒温控制策略是，采用最高转速控制与PID控制相结合的控制策略。垃圾处理炉开始工作时，炉内温度会有一个较大的跳跃机会，此时控制风机以最高转速运转，即风机转速输出100％，使炉内温度按较陡的斜率快速上升到设定值的80％(设定值为炉膛温度目标值与炉膛初始温度之差)；然后控制器进行PID控制，即控制器读取炉膛温度信号调理模块的输出信号(炉膛内温度传感器的检测值)，根据炉膛内初始温度、炉膛目标温度、当前采集的实时温度值与目标温度的差值，以及预存的温度变化量与PID控制参数的关系，确定PID控制参数并进行计算(PID控制参数是指比例系数、微分系数和积分系数)，从而确定2个风机转速的各自增量(风机转速的PID控制增量Δn(K))，最终确定2个风机的转速n1和n2，输出2个风机转速控制信号，即频率或电压分别给2个变频器，从而控制进气风机的变频器，实现调节进气风机的转速，同时控制排烟风机变频器，调节排烟风机的转速，通过进气风机与排烟风机的耦合调节，决定垃圾处理炉炉膛内空气流量的大小，从而调节炉膛内垃圾燃烧的温度，实现炉膛控制模块对垃圾处理炉进行炉膛恒温控制，达到垃圾燃烧的最佳工艺温度要求。温度变化量与PID控制参数的关系表、温度目标值均通过输入显示装置(触摸屏)输入。
电加热炉的作用是对垃圾处理炉燃烧的废气进行二次燃烧，以减少一氧化碳和二噁英的含量，控制温度在1000度上下范围可调。垃圾处理炉从低温到高温燃烧的启动过程中，烟气未预热时流过电加热炉的烟气温度过低，要求硅碳棒的加热功率快速增加，随着预热效果的增加，要求硅碳棒加热功率减少，以便电加热炉炉温按工艺要求升温和高温恒温运行。因此控制器对电加热炉炉温控制策略和方法与对炉膛恒温控制的策略和方法相同。烟气处理温度信号调理模块接收多个电加热炉内温度传感器输出的信号，并对接收的信号进行滤波、放大和整形，以消除干扰信号并满足控制器处理信号的要求，将处理后的信号输出给控制器。
垃圾处理炉运行中，控制器采集电加热炉进气口和出气口的温度传感器的电信号，根据电加热炉初始温度、电加热炉目标温度、当前采集的电加热炉实时温度值，通过加热控制算法获得硅碳棒加热电压，控制器发出控制指令给废气处理装置中的加热功率放大器，通过加热功率放大器对电加热炉中的多层硅碳棒进行加热控制，实现电加热炉炉温控制的自适应调节功能，达到烟气的有害成分减少和节能的目的。
控制器对自动上料机构控制策略是，控制器接收输入显示装置输出的上料指令，并将上料指令输出给上料机构中的液压电机驱动器和上料机构中的液压电磁阀，从而驱动液压电机启动和变速，使液压压力升高，同时控制器控制液压电磁阀，驱动液压缸伸缩，完成自动上料机构中的垃圾桶上升，下降和抖桶功能，实现垃圾的自动填装功能。
控制器接收输入显示装置的上料指令，并将上料指令输出给上料机构中的液压电机驱动器和上料机构中的液压电磁阀，从而驱动液压电机启动和变速，使液压压力升高，同时控制器控制液压电磁阀，驱动液压缸伸缩，完成自动上料机构中的垃圾桶上升，下降和抖桶功能，实现垃圾的自动填装功能。
本发明中控制器对炉膛恒温的控制方法：
第一步：初始化。通过输入显示装置输入预存数据给控制器，即将PID参数与温度差的对应关系表格、炉膛温度目标值、同一个温度传感器相邻两次采集的数据之间最大差值ΔTmax，ΔTmax＝1度。
第二步：判断炉膛内温度是否上升到设定值的80％，确定炉膛k时刻的实时温度T(k)。
公式中：i＝0～n，其中，n为炉膛内温度传感器的个数；
βi为第i个温度传感器的权重系数，权重系数为0～1，温度传感器距离炉膛中心距离近取大值，距离炉膛中心距离远取小值；
k为当前时刻；k值是变化的，指加温过程，k＝1，2，3......
T(k)为炉膛k时刻的实时温度；
T0为炉膛初始温度；温度单位均为度；
Ti(k)为炉膛内第i个温度传感器k时刻的实时温度，Ti(k)根据下面公式确定，即如果同一个温度传感器相邻两次采集的温度数据差值ΔT小于或等于ΔTmax，则Ti(k)等于采集温度，否则
Ti(k)＝Ti(k-1)+αΔTi(k-1)+(1-α)ΔTi(k-2)，0.5≤α≤1。α为积分权重系数，α为0.65。
第三步：确定2个风机的转速n1和n2。
比较T(k)与Tc＝(Tb-T0·80％的大小，Tb为炉膛目标温度；
如果T(k)≤Tc，则n1＝N1，n2＝N2；式中，N1为进气风机的最高转速，N2为排烟风机的最高转速，转速单位为r/min。垃圾处理炉开始工作时，炉内温度会有一个较大的跳跃机会，风机以最高转速输出，使炉内温度快速上升。
否则，k值是变化的，指加温过程，进入PID调节控制。
其中，
Δn(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki·e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+2e(k-2)]；
Δn(k)为风机转速的PID控制增量；
温度差值e(k)＝Tb-T(k)；e(k)是当前温度与控制目标温度的差值。
PID参数比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，按照预先存放在内存中的PID参数与温度差的对应关系表格确定。
第四步：控制器输出控制信号，控制2个风机以转速n1和n2运转，从而实现炉内温度的自动调节。
控制器对电加热炉炉温控制策略和方法与炉膛恒温的控制策略和方法相同，具体控制算法为：
如果电加热炉内同一个温度传感器相邻两次采集的温度数据差值ΔT小于或等于ΔTsmax，则Ts(k)等于采集温度，其中ΔTsmax为同一个温度传感器相邻两次采集的数据之间最大差值，ΔTsmax＝1
否则，Ts(k)＝Ts(k-1)+γΔTs(k-1)+(1-γ)ΔTs(k-2)，0.5≤γ≤1；
Ts(k)为电加热炉k时刻实时温度，k＝1，2，3......。
控制策略：采用最高电压控制与PID控制相结合的控制策略，即Tvc＝(Ta-Td·80％，当炉温Ts(k)小于等于Tvc时，硅碳棒进行全高压加热调节，否则进入PID调节控制，其中Td为电加热炉内初始温度，Ta为电加热炉内目标温度。
电加热炉开始工作时，炉内温度会有一个较大的跳跃机会，硅碳棒的加热电压100％输出，使电加热炉内温度按较陡的斜率快速上升到设定值的80％，然后控制器控制硅碳棒的加热电压为式中V为硅碳棒加热电压，温度差值ev(k)＝Ta-Ts(k)；
ΔV(k)＝Kvp[ev(k)-ev(k-1)]+Kvi·ev(k)+Kvd[ev(k)-2ev(k-1)+2ev(k-2)]
按照预先存放在内存中的数据表格，查出对应PID控制参数的比例参数Kvp、积分参数Kvi和微分参数Kvd。
本发明的工作原理是，在处理垃圾的初期，当废气处理装置的电加热炉3的出气口温度低于800℃时，垃圾处理炉1内的垃圾在300℃以下进行低温热解，这样，二噁英等有害气体产生少。产生的烟气通过除尘装置、废气处理装置达到排放标准。
Claims (10)
1.一种垃圾处理的控制系统，其特征是：该控制系统包括输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块、烟气处理温度信号调理模块、进气风机、排烟风机和多个温度传感器；输入显示装置、控制器、炉膛温度信号调理模块和烟气处理温度信号调理模块均通过电缆与控制器连接；
进气风机的进气口直接与大气相连通，进气风机的出气口与垃圾处理设备中垃圾处理炉炉膛内进气管的进气口连接，排烟风机的进气口与垃圾处理设备中除尘装置的出气口连接，排烟风机出气口与垃圾处理设备中废气处理装置的热交换器进气口一连接；多个温度传感器中一部分温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛内，另一部分固定安装在废气处理装置中的电加热炉内，多个炉膛内温度传感器通过电缆与炉膛温度信号调理模块连接，多个电加热炉内温度传感器通过电缆与烟气处理温度信号调理模块连接，炉膛温度信号调理模块与烟气处理温度信号调理模块功能相同，控制器控制炉膛恒温和电加热炉炉温。
2.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：所述炉膛温度信号调理模块接收多个炉膛内温度传感器输出的信号，并对接收的信号进行滤波、放大和整形，将处理后的信号输出给控制器。
3.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：所述输入显示装置输入预存数据给控制器，即输入PID控制参数与温度差的对应关系表格、炉膛温度目标值、同一个温度传感器相邻两次采集的数据之间最大差值。
4.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：炉膛内温度传感器固定在垃圾处理炉的炉膛两侧内壁和中部立板上，且多个炉膛温度传感器沿两侧内壁和中部立板的高度方向分布。
5.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：多个电加热炉内温度传感器分别固定在电加热炉的中心、进气口上和出气口上。
6.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：控制器对炉膛恒温控制策略和电加热炉炉温的控制策略相同。
7.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：控制器控制炉膛恒温是指，采用最高转速控制与PID控制相结合的控制策略，即垃圾处理炉开始工作时，控制风机以最高转速运转，使炉内温度上升到炉膛温度目标值的80％；然后控制器进行PID控制。
8.按照权利要求7所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：所述控制器PID控制是指，控制器读取炉膛温度信号调理模块的输出信号，根据炉膛内初始温度、炉膛目标温度、当前采集的实时温度值与目标温度的差值，以及预存的温度变化量与PID控制参数的关系，确定PID控制参数并进行计算2个风机转速的各自增量Δn(k)，最终确定2个风机的转速n1和n2，输出2个风机转速控制信号分别给2个变频器，从而控制进气风机和排烟风机的转速。
9.按照权利要求1所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：所述控制还控制上料机构自动上料，即控制系统还包括液压电机驱动器和液压电磁阀，液压电机驱动器通过电缆连接与控制器和上料机构中液压电机连接。液压电磁阀位于上料机构中液压回路进口。
10.按照权利要求9所述的一种垃圾处理的控制系统，其特征在于：控制器对自动上料机构控制是指，控制器接收输入显示装置输出的上料指令，并将上料指令输出给上料机构中的液压电机驱动器和上料机构中的液压电磁阀，从而驱动液压电机启动和变速，使液压压力升高，同时控制器控制液压电磁阀，驱动液压缸伸缩，完成自动上料机构中的垃圾桶上升，下降和抖桶功能。
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