CN112007942B - 一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法，该方法用于餐厨垃圾的湿热提油系统，湿热提油系统包括用于暂存浆料的暂存罐、对浆料进行非接触式蒸汽加热的蒸煮机、对浆料进行非接触式蒸汽保温的夹套反应机、为蒸煮机和夹套反应机供应蒸汽的锅炉以及用于对浆料进行液相、固相、油相分离的三相离心机。该方法通过采集并上传湿热提油系统各个环节的参数，并利用各种参数对湿热提油系统各个环节进行自动调节，实现湿热提油系统的动态调节与稳定运转。本发明能够自动控制湿热提油系统，使湿热提油系统稳定运转，保证提油量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理技术领域，特别是涉及一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法。
背景技术
目前，餐厨垃圾处理行业发展前景可观。随着社会各界对于餐厨垃圾处理的重视程度的不断提高，越来越多的企业进入餐厨垃圾处理领域。
现阶段企业主要采用物理分选法、粉碎直排法、填埋法、厌氧处理法、微生物处理法等方法处理餐厨垃圾。但是在湿热提油环节，主要还是人工控制设备的各项开关，调节设备的各种参数，因此存在人力成本居高不下，自动化程度低，提油量难以达到最佳稳定状态等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法，能够自动控制湿热提油系统，使湿热提油系统稳定运转，保证提油量稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法，用于餐厨垃圾的湿热提油系统，所述湿热提油系统包括用于暂存浆料的暂存罐、对浆料进行非接触式蒸汽加热的蒸煮机、对浆料进行非接触式蒸汽保温的夹套反应机、为蒸煮机和夹套反应机供应蒸汽的锅炉以及用于对浆料进行液相、固相、油相分离的三相离心机，所述方法包括：
S1：采集并通过工业物联网上传锅炉的出口蒸汽温度T1，蒸煮机的物料温度T2、物料流量F2、蒸汽流量F1，夹套反应机的液位L1、物料温度T3、进料量F3、蒸汽流量F4，三相离心机的进料量F5、转速R1、出口高度H1、出油水杂率P1、进料含水率P2、固定体积容量V；
S2：根据物料流量F2与进料量F3采用临界比例度法计算第一Kp、Ti、Td值，计算物料温度T2与预设温度的偏差值，将偏差值、第一Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第一输出结果，根据第一输出结果调节蒸汽流量F1，使得物料温度T2保持在预设温度；
S3：监测液位L1是否低于警戒液位，当液位L1低于警戒液位时，进行步骤S4，当液位L1不低于警戒液位时，进行步骤S5；
S4：增加进料量F3，直至液位L1达到最大液位时，控制进料量F3保持稳定；
S5：根据液位L1采用临界比例度法计算第二Kp、Ti、Td值，计算物料温度T3与预设温度的偏差值，将偏差值、第二Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第二输出结果，根据第二输出结果调节蒸汽流量F4，使得物料温度T3保持在预设温度；
S6：监测进料含水率P2是否小于第一警戒含水率，当进料含水率P2小于第一警戒含水率时，进行步骤S7，当进料含水率P2不小于第一警戒含水率时，进行步骤S8；
S7：降低进料量F5，调高转速R1并降低出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1，其中，所述第二警戒含水率大于第一警戒含水率；
S8：监测进料含水率P2是否大于第二警戒含水率，当进料含水率P2大于第二警戒含水率时，进行步骤S9，当进料含水率P2不大于第二警戒含水率时，进行步骤S10；
S9：增加进料量F5，调低转速R1并调高出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1；
S10：监测当前时刻t(m)的出油水杂率P1是否大于预设水杂率，当出油水杂率P1大于预设水杂率时，进行步骤S11，当进料含水率P2不大于预设水杂率时，进行步骤S12；
S11：调高出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间；
S12：调低出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间；
S13：根据进料量F5、固定体积容量V计算时间n，通过检索存入时间从数据库中读取时间n之前的时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1，以时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1为基准控制三相离心机。
优选的，所述预设温度为75℃。
优选的，所述警戒液位为最大液位的80%。
优选的，所述第一警戒含水率为85%，第二警戒含水率为90%。
优选的，所述预设水杂率为3%。
优选的，所述时间n的计算公式为：V=F5*n。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1）实现自动化控制，减少人为因素导致的问题，降低人力成本；
2）实现动态调节，使湿热提油系统稳定工作，达到最佳提油量，提高利润。
附图说明
图1是本发明实施例的基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法的流程示意图。
图2是一种湿热提油系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法主要用于餐厨垃圾的湿热提油系统，湿热提油系统包括用于暂存浆料的暂存罐、对浆料进行非接触式蒸汽加热的蒸煮机、对浆料进行非接触式蒸汽保温的夹套反应机、为蒸煮机和夹套反应机供应蒸汽的锅炉以及用于对浆料进行液相、固相、油相分离的三相离心机。湿热提油系统如图2所示。
参见图1，本实施例的基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法包括以下步骤：
S1：采集并通过工业物联网上传锅炉的出口蒸汽温度T1，蒸煮机的物料温度T2、物料流量F2、蒸汽流量F1，夹套反应机的液位L1、物料温度T3、进料量F3、蒸汽流量F4，三相离心机的进料量F5、转速R1、出口高度H1、出油水杂率P1、进料含水率P2、固定体积容量V。
其中，步骤S1中的数据可以在蒸煮机、夹套反应机、锅炉以及三相离心机上设置相应的传感器来采集，例如设置温度传感器采集温度，设置流量计采集流量。这些传感器属于工业物联网的一部分。
S2：根据物料流量F2与进料量F3采用临界比例度法计算第一Kp、Ti、Td值，计算物料温度T2与预设温度的偏差值，将偏差值、第一Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第一输出结果，根据第一输出结果调节蒸汽流量F1，使得物料温度T2保持在预设温度。
其中，临界比例度法（Ziegler-Nichols）是在纯比例作用下，逐渐增加增益至产生等副震荡，根据临界增益和临界周期参数得出PID控制器参数，其过程如下：
(1)将纯比例控制器接入到系统中(设置控制器参数积分时间常数Ti=∞，实际微分时间常数Td=0)。
(2)控制器比例增益Kp设置为最小，加入阶跃扰动(一般是改变控制器的给定值)，监测被调量的阶跃响应曲线。
(3)由小到大改变比例增益Kp，直到闭环系统出现振荡。
(4)系统出现持续等幅振荡时，此时的增益为临界增益(Ku)，振荡周期(波峰间的时间)为临界周期(Tu)。
(5)由下表得出PID控制器参数
PID算法的计算公式如下：
其中，Kp为控制器的比例系数、Ti为控制器的积分时间常数、Td为控制器的微分时间常数。
PID即：Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）的缩写。PID算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，它是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法，适用于对被控对象模型了解不清楚的场合。PID控制的实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。
S3：监测液位L1是否低于警戒液位，当液位L1低于警戒液位时，进行步骤S4，当液位L1不低于警戒液位时，进行步骤S5。
S4：增加进料量F3，直至液位L1达到最大液位时，控制进料量F3保持稳定。
其中，可以在蒸煮机、夹套反应机、锅炉以及三相离心机上设置相应的调节装置，通过远程控制调节装置实现相应参数的调节，例如夹套反应机的进口安装电控阀门，通过控制电控阀门的开度来增加进料量F3。进料量F3保持稳定后，继续进行步骤S5。
S5：根据液位L1采用临界比例度法计算第二Kp、Ti、Td值，计算物料温度T3与预设温度的偏差值，将偏差值、第二Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第二输出结果，根据第二输出结果调节蒸汽流量F4，使得物料温度T3保持在预设温度。
S6：监测进料含水率P2是否小于第一警戒含水率，当进料含水率P2小于第一警戒含水率时，进行步骤S7，当进料含水率P2不小于第一警戒含水率时，进行步骤S8。
S7：降低进料量F5，调高转速R1并降低出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1，其中，第二警戒含水率大于第一警戒含水率。
其中，停止调节转速R1和出口高度H1后，进行步骤S10。
S8：监测进料含水率P2是否大于第二警戒含水率，当进料含水率P2大于第二警戒含水率时，进行步骤S9，当进料含水率P2不大于第二警戒含水率时，进行步骤S10。
S9：增加进料量F5，调低转速R1并调高出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1。
其中，停止调节转速R1和出口高度H1后，进行步骤S10。
S10：监测当前时刻t(m)的出油水杂率P1是否大于预设水杂率，当出油水杂率P1大于预设水杂率时，进行步骤S11，当进料含水率P2不大于预设水杂率时，进行步骤S12。
其中，在经过步骤S1至S9一段时间后，开始进行步骤S10，即开始监测。当前时刻t(m)为开始监测后的任意时刻。当前时刻t(m)的出油水杂率P1小于预设水杂率，则出油水杂率P1处于相对稳定状态，当前时刻t(m)的出油水杂率P1不小于预设水杂率，则出油水杂率P1处于不稳定状态
S11：调高出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间。
其中，在出油水杂率P1等于预设水杂率后，进行步骤S13。
S12：调低出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间。
S13：根据进料量F5、固定体积容量V计算时间n，通过检索存入时间从数据库中读取时间n之前的时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1，以时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1为基准控制三相离心机。
其中，找到时间n之前的时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1，以该时刻的进料量F5、转速R1、出口高度H1为基准控制三相离心机，可以使湿热提油系统快速进入稳定工作状态，保证提油量稳定。
由于调节设备到出油水杂率P1发生变化需要经过一定时间，该时间与进料量F5、固定体积容量V有关，在本实施例中，时间n的计算公式为：
V=F5*n。
在一个实际应用中，预设温度为75℃，警戒液位为最大液位的80%，第一警戒含水率为85%，第二警戒含水率为90%，预设水杂率为3%。转速R1的理想值为2800-3300转/分钟，此值与进料量F5和进料含水率P2有关。出口高度H1和出油水杂率P1有关，出油水杂率P1和出口高度H1正向调节。保持出油水杂率P1在3%以下。
通过上述方式，本发明实施例的基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法通过采集并上传湿热提油系统各个环节的参数，并利用各种参数对湿热提油系统各个环节进行自动能够调节，实现湿热提油系统的动态调节与稳定运转，从而能够自动控制湿热提油系统，使湿热提油系统稳定运转，保证提油量稳定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (6)
1.一种基于工业物联网的餐厨垃圾处理自动化控制方法，用于餐厨垃圾的湿热提油系统，所述湿热提油系统包括用于暂存浆料的暂存罐、对浆料进行非接触式蒸汽加热的蒸煮机、对浆料进行非接触式蒸汽保温的夹套反应机、为蒸煮机和夹套反应机供应蒸汽的锅炉以及用于对浆料进行液相、固相、油相分离的三相离心机，其特征在于，所述方法包括：
S1：采集并通过工业物联网上传锅炉的出口蒸汽温度T1，蒸煮机的物料温度T2、物料流量F2、蒸汽流量F1，夹套反应机的液位L1、物料温度T3、进料量F3、蒸汽流量F4，三相离心机的进料量F5、转速R1、出口高度H1、出油水杂率P1、进料含水率P2、固定体积容量V；
S2：根据物料流量F2与进料量F3采用临界比例度法计算第一Kp、Ti、Td值，计算物料温度T2与预设温度的偏差值，将偏差值、第一Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第一输出结果，根据第一输出结果调节蒸汽流量F1，使得物料温度T2保持在预设温度；
S3：监测液位L1是否低于警戒液位，当液位L1低于警戒液位时，进行步骤S4，当液位L1不低于警戒液位时，进行步骤S5；
S4：增加进料量F3，直至液位L1达到最大液位时，控制进料量F3保持稳定；
S5：根据液位L1采用临界比例度法计算第二Kp、Ti、Td值，计算物料温度T3与预设温度的偏差值，将偏差值、第二Kp、Ti、Td值带入PID算法得到第二输出结果，根据第二输出结果调节蒸汽流量F4，使得物料温度T3保持在预设温度；
S6：监测进料含水率P2是否小于第一警戒含水率，当进料含水率P2小于第一警戒含水率时，进行步骤S7，当进料含水率P2不小于第一警戒含水率时，进行步骤S8；
S7：降低进料量F5，调高转速R1并降低出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1，其中，所述第二警戒含水率大于第一警戒含水率；
S8：监测进料含水率P2是否大于第二警戒含水率，当进料含水率P2大于第二警戒含水率时，进行步骤S9，当进料含水率P2不大于第二警戒含水率时，进行步骤S10；
S9：增加进料量F5，调低转速R1并调高出口高度H1，直至进料含水率P2处于第一警戒含水率和第二警戒含水率之间时，停止调节转速R1和出口高度H1；
S10：监测当前时刻t(m)的出油水杂率P1是否大于预设水杂率，当出油水杂率P1大于预设水杂率时，进行步骤S11，当进料含水率P2不大于预设水杂率时，进行步骤S12；
S11：调高出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间；
S12：调低出口高度H1，直至出油水杂率P1等于预设水杂率时，停止调节出口高度H1，并将进料量F5、转速R1、出口高度H1存入数据库中，同时记录存入时间；
S13：根据进料量F5、固定体积容量V计算时间n，通过检索存入时间从数据库中读取时间n之前的时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1，以时刻t(m-n)的进料量F5、转速R1、出口高度H1为基准控制三相离心机。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾处理自动化控制方法，其特征在于，所述预设温度为75℃。
3.根据权利要求2所述的餐厨垃圾处理自动化控制方法，其特征在于，所述警戒液位为最大液位的80%。
4.根据权利要求3所述的餐厨垃圾处理自动化控制方法，其特征在于，所述第一警戒含水率为85%，第二警戒含水率为90%。
5.根据权利要求4所述的餐厨垃圾处理自动化控制方法，其特征在于，所述预设水杂率为3%。
6.根据权利要求1所述的餐厨垃圾处理自动化控制方法，其特征在于，所述时间n的计算公式为：V=F5*n。
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- 2020-10-19 CN CN202011114717.0A patent/CN112007942B/zh active Active
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