医疗垃圾热分解焚烧炉结构及其控制系统设计

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医疗垃圾具有极强的传染性,生物病毒性和腐蚀性被我国列入47种危险废弃物目录中的首位。热分解焚烧技术将热分解低污染与焚烧无害化结合起来,具有研发周期短、技术路线灵活、耗资少、易于实现工业化等显著优点,已经成为医疗垃圾处理技术发展领域中的焦点所在。本文根据医疗垃圾热分解焚烧处理实际情况,借鉴国内外先进技术与经验,对医疗垃圾热分解焚烧炉进行了研究与设计,主要包括炉体结构设计、控制算法设计、控制系统软硬件设计和自动控制功能的实现。  炉体结构设计中,设计了热分解室与燃烧室同轴的圆筒形炉体,使结构紧凑,且减少了能量损失。同时对炉壳厚度、炉门结构、炉体功率大小等进行了设计,保证了医疗垃圾热分解焚烧炉的硬件基础。  炉温作为热分解焚烧炉最关键的控制参数。本文对温度的控制策略进行了深入研究。通过对控制策略的分析,得出传统的PID闭环控制与单一的模糊控制对温度控制效果不佳。因此,提出了将模糊控制的智能性与PID控制的通用型、可靠性相结合的模糊PID控制策略。模糊PID控制包括模糊自整定PID控制和模糊控制器与PID的混合结构。模糊自整定 PID实现了实时依据现场条件对 PID参数进行整定。模糊控制器与PID的混合结构实现了温度的分段控制。即偏差大时采用模糊控制加快系统响应速度,偏差小于某一阈值时自动切换成PID控制,以消除静态误差。  控制系统采用工控机作为上位机,西门子S7-200PLC作为下位机,传感器、变送器、执行机构等组成的集散控制系统。控制系统的研究工作主要包括软硬件的设计。系统的硬件设计包括 PLC及传感器的选型等。软件设计包括上位机与下位机的软件开发两部分。上位机软件在EV5000组态软件开发平台上研制开发,实现了历史趋势曲线显示、控制参数的设定与显示、历史数据存储及查询、数据报表打印、安全管理、数据通信等功能。下位机软件由Step7软件包开发,完成系统的数据采集、控制回路、数字滤波和模糊PID控制算法等功能。模糊 PID控制算法在下位机中的应用,实现了PID控制参数的在线调整和温度系统的分段控制。  最后,利用Matlab中Simulink环境和Fuzzy逻辑工具箱对温度系统的不同控制策略了进行了仿真与分析。仿真结果表明,温度系统具有非线性、时滞性、不确定性等特点,采用单一PID控制、带Smith预估器的PID控制无法同时解决超调量与调节时间的矛盾。模糊控制虽能满足超调量与调节时间的要求,但存在稳态误差。模糊PID控制很好解决了上述问题,明显改善了系统的超调量与调节时间,是一种理想的智能控制方案。
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