有机固体废弃物智能控制论文范文

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1智能控制系统

1.1调节罐控制调节罐共1个，总容积500m3，配有3个出料电动阀，1个超声波液位检测仪，1个搅拌电机。

1.1.1调节罐进料控制调节罐水解池以及粪便、水处理污泥、餐厨废料的进料为人工手动控制。

1.1.2调节罐出料控制调节罐出料方式分为计算机自动出料与计算机手动出料2种。计算机自动出料：在计算机上将调节罐的出料模式调整为“自动出料”模式，控制系统自动判断调节罐的液位高度，当液位高度达到设定值（该液位设定值为人工预设值，如5．3m，该值可随时进行更改），自动开始向发酵罐1号、发酵罐2号进料。每罐的进料量根据调节罐的液位高度（液位设定值0．8m）平均分为2份，向发酵罐依次进料。进料顺序为固定顺序1号－2号，为防止进料量过快导致发酵罐罐顶压力增加过快，设定每连续进料0．5罐后停止0．5h，具体罐数和停止时间需现场调试时确定。调节罐的出料泵为1用1备，在1号泵正常情况下优先启动1号泵，如1号泵在故障或检修状态（由计算机设定检修状态），则启动2号泵进行出料。调节罐出料阀门，发酵罐进料阀门，调节罐出料泵全部为自动开启、关闭。计算机手动出料：操作人员可在计算机上将调节罐出料模式调整为“手动出料”模式，这时自动出料程序屏蔽，自控系统将不会根据液位自动出料。“手动出料”模式下操作人员可以在计算机上点击“调节罐出料启动”按钮，自控系统自动根据这时的液位高度计算每个发酵罐的进料量，向2个发酵罐依次进料。出料的顺序与方法与“自动出料时”相同。

1.1.3调节罐搅拌控制当调节罐液位高于设定液位（该液位设定值为人工预设值，如1．5m，该值可随时进行更改），搅拌自动开启，当罐体液位低于某一值时自动关闭。搅拌方式开启为“设定时间1”，关闭为“设定时间2”，设定时间1和设定时间2为人工预设值，可随时进行更改。另外设定每小时出料量为指定高度，如果低于该高度，自动报警。如设定液位为1．5m，设定时间1为1，设定时间2为3，则当调节罐液位高于1．5m的情况下，搅拌开启1h，关闭3h，按此规律循环，液位低于1．5m，搅拌不开启。调节罐的搅拌电机保留原有现场手动开启关闭的功能，可以在现场、计算机两处操作。

1.2发酵罐控制发酵罐控制包括发酵罐共2个，单罐总容积1500m3，每个罐配有1个进料自动控制阀门，1个出料自动控制阀门，1个超声波液位检测仪，1个罐顶压力检测，1个罐体温度检测，1个控制温度进热水自控阀门，1个旋转搅拌电机，1个水力搅拌泵。

1.2.1发酵罐进料控制发酵罐的进料时间、进料量全部由调节罐控制。

1.2.2发酵罐温度控制目标：保持发酵罐内温度为35℃±2℃。控制设备：使用铂电阻检测罐内温度，使用开关阀控制罐壁及底部盘管进热水的时间。温度控制方法：由于发酵罐的进热水阀门全部关闭时，热水无法进行循环，导致锅炉加热水箱温度、压力增加，所以尽量保证发酵罐的阀门不会同时关闭，将2个发酵罐的热水阀控制周期开始点相互错开：在发酵罐热水进管和回管之间增加旁通管，并增加自动控制旁通阀门。该阀门在平时状态保持关闭状态，当自控系统检测到发酵罐所有热水阀都关闭时，开启该旁通阀，使得热水可以保证循环。温度控制方法：使用温度开关阀控制。由于搅拌的存在，可能发酵罐内温度传递较快，这样就可以使用温度上限下限的开关阀进行控制进水阀门。当罐内温度大于36．5℃时，关闭进水阀门，保持罐内温度，由于盘管内的热水余热，温度可以上升到37℃。当罐内温度下降为35．5℃时，开启进水阀门，进行加热。另外，在暖气管进水处加设温度计，当水温低于某一值时，接进水与出水。防止低温水对罐体的降温作用。

1.2.3发酵罐液位控制每个发酵罐的液位分别设定液位“下限控制点”、“上限控制点”与“上上限报警点”（设定点可随时更改），当发酵罐液位达到“上限控制点”时，先给压滤机信号，在压滤机处设置联络箱，联络箱上指示灯开始闪烁，提醒压滤机操作人员准备开始接料：当压滤机操作人员准备好压滤机，按下联络箱按钮后，发酵罐开始出料，指示灯变为常亮，为发酵罐正在排料。自控系统自动开启出料阀门，排出物料。当发酵罐液位低于“下限控制点”时，关闭发酵罐出料阀门，同时熄灭压滤机处的指示灯。

1.2.4发酵罐搅拌控制发酵罐搅拌分为旋桨搅拌与水力搅拌。旋桨搅拌控制：在计算机上可以选择“开启搅拌状态”与“关闭搅拌状态”。在“开启搅拌状态”下，旋桨搅拌按照设定时间进行开启与关闭，如设定时间为开启2h，关闭3h，则旋桨搅拌按照开2h，关3h进行控制。在“关闭搅拌状态”下，旋桨搅拌不会自动开启。水力搅拌控制：在计算机上可以选择“开启搅拌状态”与“关闭搅拌状态”。在“开启搅拌状态”下，水力搅拌泵按照设定的时间进行开启与关闭，如设定时间为开启1h，关闭23h，则每天水力搅拌泵只在固定时间开启1h。“关闭搅拌状态”下，水力搅拌泵不会自动开启。旋桨搅拌和水力搅拌泵保留原有现场手动开启关闭的功能，可以在现场、计算机两处操作。

1.2.5发酵罐压力控制发酵罐内压力保持在3～5kPa，最高8kPa，发酵罐顶排气阀门为手动阀门，正常时为常开，发酵罐故障或维护时手动关闭。发酵罐内压力的控制由脱硫装置控制，参见脱硫控制。

1.3脱硫装置控制脱硫装置控制有湿法脱硫装置和干法脱硫装置各1套。湿法脱硫装置有3个罐，每罐有各有2个高低液位检测音叉开关，4个进水喷淋泵，1个进气自控阀门：干法脱硫装置有2个罐，共1个进气自控阀门。在计算机上选择“自动脱硫”，自控系统优先启动湿法脱硫喷淋泵和进气阀门，同时检测湿法脱硫罐的液位，如果湿法脱硫罐液位达到高液位，则关闭湿法脱硫罐进气阀和喷淋泵，同时开启干法脱硫泵进气阀门，当湿法脱硫罐液位降低至低液位时，并延时一定时间后，再自动启动湿法脱硫喷淋泵和进气阀门，同时关闭干法脱硫进气阀门。由于发酵罐内的压力需要保持在3～5kPa，最高8kPa，所以在脱硫装置控制中设置“最高控制压力”与“正常控制压力”，如果发酵罐内压力大于“最高控制压力”，则同时开启湿法脱硫装置和干法脱硫装置：当发酵罐内压力小于“正常控制压力”，则关闭1台脱硫装置。使得发酵罐内压力在控制范围内。

1.4储气柜控制储气柜控制包括1个800m3储气囊，1个高位报警装置。储气柜设置高容积报警装置，当储气柜的容积达到一定量，如700m3时，进行报警并为使用燃气处发出信号，延时五分钟后，如气罐气体没有低于700m3，计算自行启动火炬系统进行减压。

1.5现场报警显示在现场显眼位置设置声光报警器，当发酵罐温度超高或超低、发酵罐压力超高、调节罐液位超高时，自控系统自动点亮闪光报警器，提示操作人员去计算机查看实际报警点，另外，为确保安全，还设计了急停按钮［3］，避免故障，保证生产正常进行。

1.6自控系统控制核心－PLC采用PLC编程软件STEP7，在PLC编程软件的硬件组太重设置PLC的IP地址和子网掩码，它运行于WINDOWS操作系统，其性能优越，并提供了可靠的通讯功能及诊断特性。所有功能均有在线帮助。针对联合厌氧发酵处理生产信号I／O点少，现场工业环境恶劣的特点，采用S7－ET200M现场PROFI－BUS总线制分布式结构。CPU用CPU315－2DP／PN，带有内置PROFIBUS－DP和Ethenet接口，适用于中等性能范围的应用，能满足程序规模和指令处理速度等要求高的应用场合，内置的PROFIBUS－DP接口使其能作为主站直接连接到PROFIBUS－DB现场总路线上。

2自动控制系统应用效果

使用“有机固体废弃物联合厌氧发酵”控制系统和智能平台，预计可以提高垃圾分拣率25％，提高厌氧发酵系统产气率35％，全部系统总体处理效率提高约50％。同时，由于智能控制技术的加入，“有机固体废弃物联合厌氧发酵”生产工艺自动化程度将达到85％以上，安全系统联动可靠率达到95％以上，可以确保生产过程更加安全的同时减轻了工人劳动强度、改善了作业环境。

3智能控制系统应用意义与展望

通过城市有机固体废弃物联合厌氧发酵处理在线监控智能平台的建设，首先，要实现对几种废弃物进／出料量和过程的自动监测和控制，同时在线监测联合厌氧发酵过程的温度、酸碱度、固含率、搅拌速率、气体压力及成分等主要影响因素，并针对及时的反馈信息做出相应的调节方案，进而提高厌氧消化效率、增加沼气与有机肥的产量和品质：其次，提高生产效率、确保生产过程安全的同时减轻工人劳动强度、改善作业环境：最后，在实现智能控制技术与城市生活垃圾及其他固体废弃物处理工艺有机结合的过程中实现城市垃圾处理的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。有机固体废弃物联合厌氧发酵处理在线监控智能平台全面提高了垃圾产生过程的“减量化”、处理过程的“资源化”和处置结果的“无害化”水平，是一套系列化、成套化、标准化可推广应用的系统。

作者：琪赵玉柱陈灏王玉喜单位：中国科学院生态环境研究中心鄂尔多斯固体废弃物资源化工程技术研究所鄂尔多斯市城市矿产研究开发有限责任公司