CN111590744A - 大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法 - Google Patents

Abstract

大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，属于环保工程及智能控制技术领域。其特征在于资源化处理工艺由分拣破碎系统、输配料系统、搅拌系统、成型系统、砌块输送系统、升降系统、码垛和砌块附属运转系统、减震消噪系统、控制防护粉尘系统和变频节能系统10个子系统构成；处理工艺智能控制系统由电机控制系统、液压控制系统、物理量检测转换系统、上位机监控系统、PLC工艺控制系统和可靠性设计系统所组成。该发明通过对处理工艺智能化控制，提高了生产效率，降低了生产成本。和目前国内外同类技术相比，该发明可以实现大宗固废物资源化处理利用的产业化、集群化和智能化。

Description

大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法

技术领域

本发明属于大宗固废物资源化处理技术领域，同时涉及资源化处理工艺智能控制技术方法，具体讲是提供一种大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法。

背景技术

随着我国城镇建设及工业经济建设的快速发展，建筑工程在拆迁和建设过程中所产生的固体废弃物逐年大幅增加，据统计我国目前每年拆旧和新建产生的建筑垃圾达5000~8000万吨；与此同时，工业固体废弃物排放也与日剧增，2017年我国已公布的尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等大宗工业固废物合计24.5亿吨，较2016年增长5.7%，综合利用率为57.0%，其中大宗尾矿产生量占比最大，达到36.3%，其综合利用率较低，仅为27.0%。整体来看，我国大宗固废物资源化利用率距离73%的目标仍有较大差距。这些大量固体废弃物在城乡周边囤积和堆放，不仅占据了大量的土地资源，而且也造成了严重的环境污染。如何处理这些固体废弃物，如何使这些固体废弃物资源化，已经成为城镇现代化建设中的一个重要课题。将这些大宗固废物资源化，提高其综合利用率，对于促进城乡绿色发展转型，提高城乡生态环境质量，推进“无废城市”建设具有重要意义。

在目前，大宗固废物资源化处理工艺虽然较多，且均具有一定的处理利用效果，尤其通过对多种不同大宗固废物进行分拣破碎、输配料、搅拌和成型等技术工艺，生产建筑用墙体填充材料，通过多年实际应用证明，该技术工艺虽是目前大宗固废物资源化利用的较好途径，但是，该技术工艺智能控制技术水平普遍较低，严重制约了生产效率的提高幅度，制约了生产成本降低幅度，也在一定程度上影响了产品的压力强度、耐水性、隔热保温及抗冻融等指标的稳定性能，从而限制了该资源化处理工艺技术规模化的推广和应用。

为了有效提高大宗固废物资源化处理工艺自动化和智能化水平，提高我国对多种大宗固废物的利用率，使多种不同大宗固废物更好的通过制作建筑墙体材料，得到大规模的回收利用，研究大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法势在必行。

发明内容

本发明的目的是针对目前我国利用大宗固废物在制作建筑墙体材料技术工艺中存在的不足之处，提供一种大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法。该发明不仅可以大量回收利用生活垃圾、建筑垃圾、工业固体废弃物等多种大宗固废物，节能减排，而且其产品生产成本较低，效率高，各项性能指标均满足国家标准要求。

本发明的目的是这样实现的：大宗固废物资源化处理工艺，由分拣破碎系统、输配料系统、搅拌系统、成型系统、砌块输送系统、升降系统、码垛和砌块附属运转系统、减震消噪系统、控制防护粉尘系统和变频节能系统10个子系统构成；分拣破碎系统由机器人分拣、自动破碎和筛分所组成；配料系统由骨料仓、水泥仓、螺旋输送机、皮带输送机和电子计量组成，骨料以体积计量，水泥由电子秤以重量计量；搅拌系统由配料搅拌机、配料输送机组成；成型系统由砌块成型机、供板机、链式砌块输送机和二次布料机组成；升降系统由升板机、降板机组成；码垛和砌块输送附属系统由窑车、托板返回系统、回转链式输送机、码垛机和金属板条输送机组成；减震消噪系统由安装在成型系统中的减震机构和消音隔音板所组成；控制防护粉尘系统由分布在分拣破碎系统不同位置的雾化喷洒装置所组成；变频节能系统由对处理工艺中各电动机进行变频调速的变频器所组成。

处理工艺智能控制系统由电机控制系统、液压控制系统、物理量检测转换系统、上位机监控系统、PLC工艺控制系统和可靠性设计系统所组成；电机控制系统由处理工艺中所使用的所有电动机和变速器及交流接触器和热继电器所组成；液压控制系统由液压站和处理工艺中所使用的所有液压元件系统所组成；物理量检测转换系统由模拟量和数字量输入输出模板、安装在处理工艺中不同位置的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器、速度传感器所组成；上位机监控系统由工业控制微机和显示屏所组成，PLC工艺控制系统由处理工艺中的智能化程序控制系统、各控制保护设备的智能诊断控制系统和通讯系统所组成，可靠性设计系统由硬件可靠性设计、软件可靠性设计和系统可靠性安装设计所组成。

PLC工艺控制系统通过输入端口分别和上位机监控系统、物理量检测转换系统相连接，通过输出端口分别和电机控制系统、液压控制系统相连接。

处理工艺生产过程为：首先自动启动控制防护粉尘系统，分布在分拣破碎系统不同位置的雾化喷洒装置投入运行，分拣破碎系统通过机器人进行分拣，粉碎机按颗粒要求进行粉碎并筛分形成多种粒径颗粒骨料，由配料、搅拌系统将大宗多种固废物及胶粘剂等物料配制好，通过皮带输送至砌块成型机的布料斗里。经过布料、压制、脱模等工序，将混凝土压制成模箱形状的砌块。然后，通过码垛及砌块输送附属系统周期地运送新压制的砌块到养护室，托板返回子系统将带有托板的砌块推出并且向前传送 (并将空托板同步传送到成型机)，由码垛机将托板上的砌块并拢、夹紧、旋转放到金属板条输送机上，再传送到升板机上，最后由窑车(程序车)把砌块从升板机上取下输送到养护室，进行自然风干。码垛机将养护好的砌块从托板上抓起，准确地纵横分层堆垛，将养护好的砌块运送到堆场。窑车可以对养护室的砌块自动存取。电机控制系统中的变速电动机的工作转速，通过与其相连接的变频器进行调速，交流接触器和热继电器的作用是分别作为电路设备的控制和过载保护。

液压控制系统采用一个液压泵供油，以液压阀为控制枢纽，通过液压站集成块和液压管路驱动执行器，使得各运动部件能够准确、及时地实现生产动作，完成设定的生产程序；处理工艺成型系统中的脱模缸、成型缸和布料缸均采用可调式双向缓冲缸，且压制成型控制油路采用双向液压锁，利用电液比例溢流阀对液压系统压力实行闭环控制，以满足砌块产品的密度要求；利用位移传感器对压模头的位置进行检测，用来控制砌块的成型高度；液压控制系统还配有模拟量和数字量输入输出模板，数字量输入模板主要用于各控制信号和相关联信号的数据输入，数字量输出模板主要用于各电磁阀控制及连锁执行信号的输出，模拟量输入模板用于各模拟量信号(位移、压力等)的输入，模拟量输出模板用于执行机构控制量的输出，压力传感器和位移传感器检测到的压力信号和压模头的位移信号经A/ D转换后传输给PLC工艺控制系统，PLC工艺控制系统将其与设定值进行比较，其差值经PID运算，给出的电压信号再经A/D转换和功率放大后，经过PLC工艺控制系统、比例阀和传感器构成一闭环实时控制系统；在压制过程中，根据成型机的工作状态和用户设定的程序，PLC工艺控制系统自动控制电液比例阀的开度，满足控制要求。

物理量检测转换系统中的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器、速度传感器，安装在处理工艺中不同位置，并配有模拟量和数字量输入输出模板，各个传感器和模拟量与数字量输入输出模板相连接。

上位机监控系统具有远程诊断功能，可以显示处理工艺在线静态、动态监控画面；上位机与PLC工艺控制系统的通讯采用主从应答方式，上位机始终处于主动地位，当上位机要与PLC通讯时，它发出命令帧，此时上位机拥有传送权并对通讯进行初始化，PLC接收到命令帧后，便以响应帧的形式自动发送一应答信号，并把其信息送到上位机供监视与显示用，实现上位机与PLC的通讯。

PLC工艺控制系统中的智能化程序控制系统包括处理工艺中各设备各环节运行状态的智能化、执行操作的智能化和监视监控的智能化。

可靠性设计系统可靠性设计始终贯穿于硬件设计、软件设计、系统安装等全过程；系统在软件设计中严格保证相互约束或定时关系，通讯软件增加校验和纠错功能；软件设置诊断、识别及处理故障的能力；对重要的控制命令或重要的处理内容采用再次确认后方能执行的方式，避免失误/错误发生；对程序及动态数据进行电池后备；硬件设计中采用工控机、PLC等弱电部分采用单独供电，PLC工艺控制系统、I/O通道采用1:1隔离变压器和净化电源供电，交流接触器全部安装阻容吸收回路。

该发明具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

（1）该发明的大宗固废物资源化处理工艺可以有效地处理回收利用生活垃圾、建筑垃圾和工业大宗固废物，可以最大程度的净化改善环境，实现大宗固废物的资源化循环利用，具有十分显著的社会经济效益。

（2）该发明通过对大宗固废物资源化处理工艺自动化和智能化控制，大幅度提高了生产效率，降低了生产成本，实现了大宗固废物资源化处理利用的产业化、集群化和智能化，为大宗固废物资源化处理利用行业的快速发展提供了技术支撑。具有突出的实质性特点和显著的进步，符合专利法第22条第3款规定的创造性。

具体实施方式

大宗固废物资源化处理工艺由分拣破碎系统、输配料系统、搅拌系统、成型系统、砌块输送系统、升降系统、码垛和砌块附属运转系统、减震消噪系统、控制防护粉尘系统和变频节能系统10个子系统构成。

处理工艺生产过程为：首先自动启动制防护粉尘系统，分布在分拣破碎系统不同位置的雾化喷洒装置投入运行，分拣破碎系统通过机器人进行分拣，粉碎机按颗粒要求进行粉碎并筛分形成多种粒径颗粒骨料，由配料、搅拌系统将大宗多种固废物及胶粘剂等物料配制好，通过皮带输送至砌块成型机的布料斗里。经过布料、压制、脱模等工序，将混凝土压制成模箱形状的砌块。然后，通过码垛及砌块输送附属系统周期性地运送新压制的砌块到养护室，托板返回子系统将带有托板的砌块推出并且向前传送 (并将空托板同步传送到成型机)，由码垛机将托板上的砌块并拢、夹紧、旋转放到金属板条输送机上，再传送到升板机上，最后由窑车(程序车)把砌块从升板机上取下输送到养护室，进行自然风干。码垛机将养护好的砌块从托板上抓起，准确地纵横分层堆垛，将养护好的砌块运送到堆场。窑车可以对养护室的砌块自动存取。

处理工艺智能控制系统由电机控制系统、液压控制系统、物理量检测转换系统、上位机监控系统、PLC工艺控制系统和可靠性设计系统所组成；电机控制系统由处理工艺中所使用的所有电动机和变速器及交流接触器和热继电器所组成；液压控制系统由液压站和处理工艺中所使用的所有液压元件系统所组成；物理量检测转换系统由模拟量和数字量输入输出模板、安装在处理工艺中不同位置的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器和速度传感器所组成；上位机监控系统由工业控制微机和显示屏所组成；PLC工艺控制系统由处理工艺中的智能化程序控制系统、各控制保护设备的智能诊断控制系统和通讯系统所组成；可靠性设计系统由硬件可靠性设计、软件可靠性设计和系统可靠性安装设计所组成。

PLC工艺控制系统通过输入端口分别和上位机监控系统、物理量检测转换系统相连接，通过输出端口分别和电机控制系统、液压控制系统相连接。

上位机监控系统作为生产管理级，负责对生产过程的监视和控制、部分数据的采集、系统参数设定、全部数据的后期处理、故障报警和统计报表打印等工作，主要面向生产操作人员。PLC工艺控制系统作为前端各部分数据采集和生产现场监控级，主要完成生产过程的数据采集，控制执行机构作相应动作，它面向生产过程。上位机监控系统可脱离系统使用，不会造成硬件浪费。自动操作时各种设备和生产流程由PLC工艺控制系统控制，即使上位机监控系统不开或有故障，PLC工艺控制系统也能正常生产。

上位机监控系统对整个生产过程进行监控，不仅可向每个子系统发出生产指令，而且能接受来自PLC工艺控制系统的信号。上位机监控系统运行时，通过读取PLC工艺控制系统内存单元中的数据，上位机监控系统可以将系统的运行过程用画面的形式显示，并对之进行监控、采集显示历史数据、故障报警和事件管理等。上位机监控系统的屏幕上将动态显示现场的生产过程和各子系统的运行情况，可使操作人员实时监控。设定的参数子模块，可实现参数设定界面，实时显示和修改PLC工艺控制系统所需的各种控制参数的数值，包括各延时时间的设定。如料斗下料时间，拌缸搅拌时间，布料箱振动时间，布料振动次数的设定等。数据记录子模块，可对系统的主要参数进行记录、显示和打印。故障报警子模块，能进行故障的报警画面显示、记录、打印。报表子模块，能统计各种历史数据、实时数据。各子模块之间可以灵活地切换。考虑到操作者的使用方便，采用中文与图形相结合的方式来表示各种信息与流程，各分系统选用不同色彩和图形表达，形象直观。

电机控制系统中的变速电动机的工作转速，通过与其相连接的变频器进行调速，交流接触器和热继电器分别作为电路设备的控制和过载保护元件。

液压控制系统采用一个液压泵供油，以液压阀为控制枢纽，通过液压站集成块和液压管路驱动执行器，使得各运动部件能够准确、及时地实现生产动作，完成设定的生产程序；处理工艺成型系统中的脱模缸、成型缸和布料缸均采用可调式双向缓冲缸，且压制成型控制油路采用双向液压锁，利用电液比例溢流阀对液压系统压力实行闭环控制，以满足砌块产品的密度要求；利用位移传感器对压模头的位置进行检测，用来控制砌块的成型高度；液压控制系统还配有模拟量和数字量输入输出模板，数字量输入模板主要用于各控制信号和相关联信号的数据输入，数字量输出模板主要用于各电磁阀控制及连锁执行信号的输出，模拟量输入模板用于各模拟量信号(位移、压力等)的输入，模拟量输出模板用于执行机构控制量的输出，压力传感器和位移传感器检测到的压力信号和压模头的位移信号，经A/D转换后传输给PLC工艺控制系统，PLC工艺控制系统将其与设定值进行比较，其差值经PID运算，给出的电压信号再经A/D转换和功率放大后经过PLC工艺控制系统、比例阀和传感器构成一闭环实时控制系统；在压制过程中，根据成型机的工作状态和用户设定的程序，PLC工艺控制系统自动控制电液比例阀的开度，满足控制要求。

物理量检测转换系统中的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器、速度传感器，安装在处理工艺中不同位置，并配有模拟量和数字量输入输出模板，各个传感器和模拟量与数字量输入输出模板相连接。

上位机监控系统具有远程诊断功能，可以显示处理工艺在线静态、动态监控画面；上位机监控系统与PLC工艺控制系统的通讯采用主从应答方式，上位机始终处于主动地位，当上位机要与PLC工艺控制系统通讯时，它发出命令帧，此时上位机拥有传送权并对通讯进行初始化，PLC工艺控制系统接收到命令帧后，便以响应帧的形式自动发送一应答信号，并把其信息送到上位机供监视与显示用，实现上位机监控系统与PLC工艺控制系统的通讯。

PLC工艺控制系统中的智能化程序控制系统包括处理工艺中各设备各环节运行状态的智能化、执行操作的智能化和监视监控的智能化。

可靠性设计始终贯穿于硬件设计、软件设计、系统安装等全过程；系统在软件设计中严格保证相互约束或定时关系，通讯软件增加校验和纠错功能；软件设置诊断、识别及处理故障的能力；对重要的控制命令或重要的处理内容采用再次确认后方能执行的方式，避免失误/错误发生；对程序及动态数据进行电池后备；硬件设计中采用工控机、PLC等弱电部分采用单独供电，PLC工艺控制系统、I/O通道采用1:1隔离变压器和净化电源供电，交流接触器全部安装阻容吸收回路。

在上述说明中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于资源化处理工艺由分拣破碎系统、输配料系统、搅拌系统、成型系统、砌块输送系统、升降系统、码垛和砌块附属运转系统、减震消噪系统、控制防护粉尘系统和变频节能系统10个子系统构成；分拣破碎系统由机器人分拣、自动破碎和筛分所组成；配料系统由骨料仓、水泥仓、螺旋输送机、皮带输送机和电子计量组成，骨料以体积计量，水泥由电子秤以重量计量；搅拌系统由配料搅拌机、配料输送机组成；成型系统由砌块成型机、供板机、链式砌块输送机和二次布料机组成；升降系统由升板机、降板机组成；码垛和砌块输送附属系统由窑车、托板返回系统、回转链式输送机、码垛机和金属板条输送机组成；减震消噪系统由安装在成型系统中的减震机构和消音隔音板所组成；控制防护粉尘系统由分布在分拣破碎系统不同位置的雾化喷洒装置所组成；变频节能系统由对处理工艺中各电动机进行变频调速的变频器所组成；

处理工艺智能控制系统由电机控制系统、液压控制系统、物理量检测转换系统、上位机监控系统、PLC工艺控制系统和可靠性设计系统所组成；电机控制系统由处理工艺中所使用的所有电动机和变速器及交流接触器和热继电器所组成；液压控制系统由液压站和处理工艺中所使用的所有液压元件系统所组成；物理量检测转换系统由模拟量和数字量输入输出模板、安装在处理工艺中不同位置的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器和速度传感器所组成；上位机监控系统由工业控制微机和显示屏所组成；PLC工艺控制系统由处理工艺中的智能化程序控制系统、各控制保护设备的智能诊断控制系统和通讯系统所组成；可靠性设计系统由硬件可靠性设计、软件可靠性设计和系统可靠性安装设计所组成；

PLC工艺控制系统通过输入端口分别和上位机监控系统、物理量检测转换系统相连接，通过输出端口分别和电机控制系统、液压控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于电机控制系统中的变速电动机的工作转速，通过与其相连接的变频器进行调速，交流接触器和热继电器分别作为电路设备的控制和过载保护。

3.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于液压控制系统采用一个液压泵供油，以液压阀为控制枢纽，通过液压站集成块和液压管路驱动执行器，使得各运动部件能够准确、及时地实现生产动作，完成设定的生产程序；处理工艺成型系统中的脱模缸、成型缸和布料缸均采用可调式双向缓冲缸，且压制成型控制油路采用双向液压锁，利用电液比例溢流阀对液压系统压力实行闭环控制，以满足砌块产品的密度要求；利用位移传感器对压模头的位置进行检测，用来控制砌块的成型高度；液压控制系统还配有模拟量和数字量输入输出模板，数字量输入模板主要用于各控制信号和相关联信号的数据输入，数字量输出模板主要用于各电磁阀控制及连锁执行信号的输出，模拟量输入模板用于各模拟量信号(位移、压力等)的输入，模拟量输出模板用于执行机构控制量的输出，压力传感器和位移传感器检测到的压力信号和压模头的位移信号经A/ D转换后，传输给PLC工艺控制系统，PLC工艺控制系统将其与设定值进行比较，其差值经PID运算，给出的电压信号再经A/D转换和功率放大后，经过PLC工艺控制系统、比例阀和传感器构成一闭环实时控制系统；在压制过程中，根据成型机的工作状态和用户设定的程序，PLC工艺控制系统自动控制电液比例阀的开度，满足控制要求。

4.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于物理量检测转换系统中的红外感应传感器、温度传感器、压力传感器、行程传感器、湿度传感器、电流互感器、电压互感器、速度传感器，安装在处理工艺中不同位置，并配有模拟量和数字量输入输出模板，各个传感器和模拟量和数字量输入输出模板相连接。

5.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于上位机监控系统具有远程诊断功能，可以显示处理工艺在线静态、动态监控画面；上位机监控系统与PLC工艺控制系统的通讯采用主从应答方式，上位机监控系统始终处于主动地位，当上位机监控系统要与PLC工艺控制系统通讯时，它发出命令帧，此时上位机监控系统拥有传送权并对通讯进行初始化，PLC工艺控制系统接收到命令帧后，便以响应帧的形式自动发送一应答信号，并把其信息送到上位机监控系统供监视与显示用，实现上位机监控系统与PLC工艺控制系统的通讯。

6.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于PLC工艺控制系统中的智能化程序控制系统包括处理工艺中各设备各环节运行状态的智能化、执行操作的智能化和监视监控的智能化。

7.根据权利要求1所述大宗固废物资源化处理工艺智能控制技术方法，其特征在于可靠性设计始终贯穿于硬件设计、软件设计、系统安装全过程；系统在软件设计中严格保证相互约束或定时关系，通讯软件增加校验和纠错功能；软件设置诊断、识别及处理故障的能力；对重要的控制命令或重要的处理内容采用再次确认后方能执行的方式，避免失误/错误发生；对程序及动态数据进行电池后备；硬件设计中采用工控机监控系统、PLC工艺控制系统的弱电部分采用单独供电，PLC工艺控制系统、I/O通道采用1:1隔离变压器和净化电源供电，交流接触器全部安装阻容吸收回路。