摘 要：在分析危險廢物焚燒的基礎上，介紹了模糊控制技術
在危險廢物焚燒回轉(zhuǎn)窯溫度控制中的成功應用，并討論了計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。實際運行結果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，控制效果良好，滿足了生產(chǎn)工藝要求。
關鍵詞：模糊控制；PLC；回轉(zhuǎn)窯；危險廢物焚燒
The application of fuzzy control to a hazardous waste burn syst em
ZHAO Shide,MENG Jun
(Electrical Engineering College of Zhejiang University,Zhejiang H angzhou 310027,China)
Abstract：Based on an analysis of hazardous wa ste burn,the paper presents the application of fuzzy control to a rotary kiln fo r a stable temperature.The paper also discusses the realization of a computer co ntrol system.The practical results show that the system is reliable and steady.Its control perbbbbance can meet the requirements of the process.
Key words：fuzzy control;PLC;rotary kiln;hazardous waste burn
針對杭州大地廢物焚燒有限公司的危險廢物焚燒處理系統(tǒng)，應用模糊控制技術，實現(xiàn)了危險廢物焚燒過程的實時監(jiān)控、分析和優(yōu)化。實際運行結果表明：該系統(tǒng)技術性 能優(yōu)良，運行穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，控制效果良好，使生產(chǎn)過程準確高效、安全可靠。
1危險廢物焚燒工藝簡介
危險廢物焚燒處理的工藝包含焚燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)兩大部分。焚燒系統(tǒng)由廢物熱分解及煙氣高溫焚燒，即所謂一燃室和二燃室組成。煙氣處理系統(tǒng)由熱回收、急冷和酸性氣體吸收設備組成，如圖1所示。危險廢物焚燒過程工藝流程可以簡單概括為：廢物經(jīng)預處理后，用傳送帶送到料斗進入回轉(zhuǎn)窯，液體廢物經(jīng)噴霧送入回轉(zhuǎn)窯窯頭或二燃室。回轉(zhuǎn)窯連續(xù)旋轉(zhuǎn)，殘渣自窯尾落入水封中，由刮板機刮出?；剞D(zhuǎn)窯有助燃燃燒器，使窯內(nèi)溫度維持在700～900 ℃。燃燒過程中煙氣由窯尾排出，進入二燃室高溫燃燒，用兩只輔助燃燒器來維持足夠的燃燒溫度(大于1 100 ℃)。二燃室出來的煙氣進入余熱鍋爐，降溫至450 ℃左右，經(jīng)急冷塔急冷到150 ℃以下，再經(jīng)布袋除塵器除塵后，進引風機、煙囪排空。
2回轉(zhuǎn)窯溫度的模糊控制
在危險廢物焚燒過程中，回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度是一個重要工藝參數(shù)，回轉(zhuǎn)窯窯尾 溫度的穩(wěn)定對危險廢物的充分燃燒和節(jié)能有重大的影響。根據(jù)對生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)的 分析以及操作人員經(jīng)驗的總結，可以發(fā)現(xiàn)：
(1)增加回轉(zhuǎn)窯燃燒器燃油噴入量，則加劇回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燃燒，使回轉(zhuǎn)溫度升高，油量越大，溫度上升的速度越快；
(2)增加危險廢物的投入量，使回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒物增多，窯內(nèi)溫度升高，但根據(jù)危險廢物種類的不同，對溫度的影響程度也不同；
(3)回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速對窯內(nèi)溫度影響不大，正常情況下，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速保持不變；
(4)壓縮空氣如果流量小，燃燒不充分，溫度降低。
從上面的分析可以看到：影響回轉(zhuǎn)窯溫度的因素很多，其中燃燒器燃油噴入量是主要因素，而廢物投入量、廢物種類和壓縮空氣流量也對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度有一定的影響。上述的各個因素存在耦合關系，它們的作用也不是線性的，難以建立一個準確的數(shù)學模型來描述該過程，若采用傳統(tǒng)的控制方法實現(xiàn)分解爐溫度的自動控制非常困難，因此采用了模糊控制技術來實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)窯溫度的調(diào)節(jié)。
筆者設計了一個雙輸入單輸出的模糊控制器，輸入變量為回轉(zhuǎn)窯溫度偏差E和溫度偏差變化EC，輸出變量為燃燒器燃油噴入量增量，并將危險廢物的投入量和壓縮空氣量作為干擾因素。
模糊控制器輸入變量E的論域為［－40，40］，模糊子集記為｛NB、NM、NS、ZE、P S、PM、PB｝；EC的論域為［－40，40］，模糊子集記為｛NB、NM、NS、Z E、PS、PM、PB｝；輸出變量U的論域為［－100，100］，模糊子集記為｛NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB｝。E、EC、U的隸屬度函數(shù)如圖2所示。
模糊控制器設計的核心是模糊規(guī)則庫的建立，建立模糊規(guī)則庫常用的方法是 根據(jù)工藝操作規(guī)程及操作人員經(jīng)驗的總結，抽取相應的模糊規(guī)則，這種方法較為簡便，但獲得的規(guī)則較為粗糙，且因操作人員經(jīng)驗的不同而帶有一定的主觀性。另一種方法是應用系統(tǒng)辨識技術，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)建立對象的模糊模型，再根據(jù)模糊模型提取相應的模糊控制規(guī)則。在此采用了先建立對象的模糊模型，再提取模糊控制規(guī)則，同時借鑒操作人員的經(jīng)驗和現(xiàn)場控制情況對控制規(guī)則作適當修改，最后所得的規(guī)則如表1所示。
該模糊控制器在杭州大地廢物焚燒有限公司運行過程中，取得了良好的控制效果。采用模糊控制策略的回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度變化曲線如圖3所示，圖4為采用PID控制策略的溫度變化曲線，回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度設定值800 ℃。由圖可見，采用模糊控制策略后，回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度控制轉(zhuǎn)為平穩(wěn)，對比采用PID控制策略的溫度變化曲線，可見效果非常明顯。
3計算機控制實現(xiàn)
杭州大地廢物焚燒有限公司廢物焚燒計算機控制系統(tǒng)采用的西門子PLC可以通過標準現(xiàn)場總線PROFIBUS－DP與服務器相連，接入系統(tǒng)。PROFIBUS符合IEC61158和EN 50170標準，因而保證系統(tǒng)集成對其他廠商的標準化部件的開放。系統(tǒng)配置如圖5所示，采用3層結構，底層采用西門子公司的中小型PLC S7－300。根據(jù)系統(tǒng)的輸入／輸出和 控制回路數(shù)量，實際選用2臺PLC組成PROFIBUS網(wǎng)絡，選用集成有PROFIBUS接口的CPU 315－DP。S7－300 PLC以及操作站之間同樣采用PROFIBUS－DP網(wǎng)絡聯(lián)接。2臺操作站完全相同并相互熱備，其中任意一臺操作站死機另外一臺仍然可以正常操作。當2臺操作站都死機PLC仍可維持正常工作，兩臺操作站同時充當網(wǎng)絡服務器。兩臺操作站均裝有以太網(wǎng)卡，與以太網(wǎng)上的一臺數(shù)據(jù)庫服務器連接。數(shù)據(jù)服務器接收實時過程數(shù)據(jù)并向Intranet和Internet發(fā)布。
考慮到系統(tǒng)安全可靠運行，系統(tǒng)對所控設備分別設置了計算機控制和現(xiàn)場控制兩種操作功能，各主要設備在現(xiàn)場都有手操器和啟／停開關，由于危險廢物焚燒現(xiàn)場設備較多，故系統(tǒng)對設備的聯(lián)鎖、順序啟／停以及故障停車順序等都編制了相應軟件，避免事故發(fā)生。
4結論
基于模糊控制的計算機控制系統(tǒng)于2002年11月在杭州大地廢物焚燒有限公司投入運行，對危險廢棄物焚燒全過程監(jiān)控，實現(xiàn)自動進料、自動化運行和安全監(jiān)控。危險廢物可自動進爐，避免人工操作的不便，廢物進爐后，自動點火助燃。保證廢物在爐內(nèi)連續(xù)流動、攪動和翻滾，使其與空氣充分接觸，完成干燥和燃燒過程，使生產(chǎn)過程準確高效、安全可靠。
參考文獻
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