摘要：以炉温控制为目的，本文重点分析一台12吨级别的医疗垃圾焚烧炉的投料系统自动化升级改造工程。本文选用了32进16出的三菱PLC作为控制主机，替代原系统中基于继电器组的自动化控制系统。在该个案分析中可以看到，使用PLC对锅炉的投料系统进行管理，比原来使用继电器对其管理的效果提升较为显著。
关键词：医疗垃圾；焚烧炉；投料系统；自动化
随着我国医疗环境的增加，医院的医疗垃圾量也日益增加。医疗垃圾的处理方式目前以焚烧为主。但医疗垃圾的组成含有大部分的有机废物，这些废物可以作为燃料供给燃烧，但医疗垃圾中含有的金属废物，如刀片、针头等，如果不加以处理，会在燃烧废渣丢弃后产生一定程度的风险。所以，医疗垃圾焚烧炉的炉温必须控制在铁熔点1500摄氏度以上，以确保燃烧过程中其刀片和针头等尖锐物品充分融化和钝化。以炉温控制为目的，本文重点分析一台12吨级别的医疗垃圾焚烧炉的投料系统自动化升级改造工程。
1、业务需求分析
医疗垃圾因为属于微生物污染物，需要经过特殊的处理链条进行处理，目前，各大城市都采用焚烧的方式对医疗垃圾进行处理。处理流程通过收集、压实、运输等环节后运抵处理中心，烘干后进入粉碎机进行粉碎，最后由垃圾焚烧炉进行焚烧。因为医疗垃圾中有机物较多，其中含有部分金属杂质（针头、手术刀等），所以其炉温需要控制在1500摄氏度以上，确保大部分金属物的熔化和钝化。且因为热值的不均匀现象，其燃烧热值不稳定，使用大功率焚烧炉焚烧时，炉温和燃烧稳定性的控制是较大的挑战。目前日处理12吨左右的焚烧炉，都需要使用自动化投料系统进行投料控制，才可以确保燃烧效率。
2、设备结构分析
设备自动投料系统分为两个仓，一个是进料仓，一个是锅炉进料口，锅炉进料口基本没有缓冲功能，而由进料仓和皮带机提供进料量的控制功能。
本系统的感应器在给料皮带的张紧器前方，距离卸载滚筒25cm，在1m/s的带速下，经过250ms，经过称重的物料会进入锅炉进料口。
3、当前问题
当前的半自动投料系统使用继电器控制：当炉温下降时，加大原料口的喂料量，皮带机运行在高速。当炉温上升时，减少原料口的喂料量，皮带机运行在低速。原料口的喂料量控制只有开和闭两个状态，只是通过控制开口时间占总时间的比例进行喂料，且其运作模式根据延时继电器的固定设置提供半自动服务。这种模式存在两个硬伤：
首先，控制精度差。
因为使用继电器组控制，其控制方案是全硬件实现的，而且继电器的功能较少，缺少逻辑比较控制，没有模糊控制能力。所以，使用继电器进行控制时，其炉温波动范围一致在100度以上，系统炉温低于1538摄氏度的时间片一般占到总时间的15%以上。
其次，缺少软件支持。
继电器组是全硬件的控制系统，而焚烧炉的最佳控制方式是模糊控制方式。模糊控制必须有软件的判断过程，这个判断过程在当前的半自动控制中难以实现。所以当前的垃圾焚烧炉虽然应用了半自动控制模式，但其运行期间仍然需要炉前工现场操作，其自动模式仅仅是节省了炉前工的部分工作量。
4、PLC选型及探头拓扑关系
PLC采用了三菱生产的32进16出的PLC控制器。传感器端采用了4段并口传输，其中0-3口连接皮带机转速传感器的比较器，4-11口连接炉温传感器的比较器，12-20口连接称重托辊的数字化比较器，21口连接原料口状态传感器。22-24口用作手动控制按钮的信号接入。出口方面也选用了并行传输的方式，转速控制器使用4路信号线控制，连接到0-3口，原料出口控制器采用1路信号控制，连接到4口。
另外，在22-24口接入3个按钮，分别是：
22口：扳动开关，自动化模式选择，0为自动，1为手动；
23口：扳动开关，系统状态，0为停止，1为启动。
24口：按钮开关，系统重置，当系统置为1时，系统恢复初始状态。
系统的手动运行开关组、急停开关等都连接到PLC控制系统之外。
5、模糊控制方案
表3 模糊控制策略表
根据表1和表2分析的数据结构，形成表3的策略表。从表3中的策略分析来看，其策略共有7条。分别为策略0-策略6。
策略0：保持当前的给料方案不变；
策略1：将给料速度下降1档；
策略3：将给料速度下降3档；
策略5：停止给料；
策略2：将给料速度提高1档；
策略4：将给料速度提高3档；
策略6：使用最快给料速度；
可以看到，表3中的数据是全部是控制锅炉的给料，而没有操作锅炉的通风系统。因为本文的12吨锅炉没有四管系统，其风量来自锅炉前膛的鼓风机提供新风，所以，本案的模糊控制方案认为其风量是恒定的，不可控的。
本文的模糊控制方案有一个弊端，就是在锅炉内给料量足够大时，容易造成燃料压火的现象，此时加大给料量，反而会进一步造成锅炉的炉温下降。所以，在模糊控制方案之外，设立一个独立的进程，当锅炉给料量达到最大，其锅炉炉温仍在进一步下降时，应该鸣响声光警报，同时终止进程。这时锅炉管理员需要判断炉内是否存在压火现象，及时处理或者确认无误后，按下24号开关按钮重置系统，手动操作恢复炉温后，重新启动PLC控制器。
6、系统测试及效果对比
图3 两套系统的自动运行炉温控制效果对比图
如图3，可以看到，原来使用继电器组进行自动运行时，虽然系统的大部分时间运行在1400-1700摄氏度的温度范围内，但其温度波动范围较大，炉温低于1400摄氏度的时间占到总公运行时间的30%左右，此时其金属刀片针头等的融化钝化效果并不明显。但采用了新系统后，其运行状态较为平稳，超过1600摄氏度的时间只有1秒，而低于1500摄氏度的时间也只有1秒，正常运转时间占到总运转时间的92%，此时，金属刀片及针头等融化钝化效果可以显现出来。
所以，经过升级改造的医疗垃圾焚烧自动投料系统，其在实际系统运行效果方面，较原系统有较大的优势。
7、结束语
本文对一台12吨的医疗垃圾焚烧炉的给料系统进行了升级和个案分析，在该个案分析中可以看到，使用PLC对锅炉的投料系统进行管理，比原来使用继电器对其管理的效果提升较为显著。本文使用了三菱生产的32进16出的控制系统进行升级实践，在系统测试结果中证实其技术可行性存在。
参考文献：
[1]谢荣；陆继东；李捷.新型医疗垃圾焚烧炉热力计算及优化[J].热能动力工程.2013.7：88-89
[2]赵寒涛；王阳.自燃式焚烧炉投料装置的设计[J].自动化技术与应用.2015.1：133-134
[3]曹小燕；沈显庆；赵寒涛.医疗垃圾焚烧炉上料装置控制系统的设计[J].自动化技术与应用.2014.7：61-63
原标题：医疗垃圾焚烧炉投料系统自动化升级实践研究
