基于滲濾液焚燒發(fā)電的分布式溫控系統(tǒng)的研究-論文.doc

天津科技大學(xué)碩士學(xué)位論文I目錄1緒論.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.1課題的背景與研究意義.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展情況.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.3滲濾液及其處理技術(shù)簡(jiǎn)介.31.4本文主要研究?jī)?nèi)容.42控制系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介.62.1垃圾焚燒爐的選型.72.1.1機(jī)械式爐排焚燒爐.72.1.2循環(huán)流化床型焚燒爐.72.1.3旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐.82.2本章小結(jié).83分布式監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及控制系統(tǒng)的總體方案.93.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù).93.1.1分布式監(jiān)控系統(tǒng)的定義.93.1.2DCS的基本結(jié)構(gòu).93.1.3分布式監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn).113.2DCS在我國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀.123.3分布式監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求.123.4系統(tǒng)總體方案.133.5本章小結(jié).134監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型.144.1中央監(jiān)控機(jī).144.2液壓泵和電動(dòng)機(jī)的選型.144.3傳感器的選型.164.3.1傳感器選型原則.164.3.2溫度測(cè)量及傳感器的選型.164.3.3壓力測(cè)量及傳感器的選型.184.3.4液位測(cè)量及傳感器的選型.194.3.5流量測(cè)量及傳感器的選型.194.4可編程控制器的原理及選型.204.4.1可編程控制器概述.204.4.2可編程控制器的組成及工作原理.224.4.3可編程控制器的選型.234.5變頻器原理及選型.254.5.1電機(jī)變頻技術(shù)概述.254.5.2變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理和特點(diǎn).254.5.3通用變頻器的基本組成及其控制方式.254.5.4變頻器的選型.274.6本章小結(jié).295監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).305.1監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概要.305.2上位機(jī)組態(tài)軟件.30目錄II5.2.1組態(tài)軟件介紹.305.2.2組態(tài)軟件的選擇.315.2.3組態(tài)王軟件的功能.335.2.4利用組態(tài)王建立監(jiān)控系統(tǒng)的方法.355.3下位機(jī)PLC軟件.375.4數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇與連接.375.5串口通信.395.5.1串口通信概述.395.5.2RS-232串行通信概述.405.5.3RS-485串行通信概述.405.6PLC與組態(tài)王的RS-232串行通信.415.6.1PLC通訊功能概述.415.6.2PLC與組態(tài)王通訊的實(shí)現(xiàn).425.7PLC與變頻器的RS-485串行通信.445.7.1通訊協(xié)議Modbus概述.445.7.2Modbus的消息幀.465.7.3變頻器的參數(shù)設(shè)置.475.7.4PLC的通訊參數(shù)設(shè)置.485.7.5PLC與變頻器通訊的實(shí)現(xiàn).495.8本章小結(jié).506溫控系統(tǒng)建模.516.1建模原理和方法.516.2溫控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型.526.3建模實(shí)驗(yàn).536.3.1系統(tǒng)響應(yīng)特性.536.3.2數(shù)據(jù)處理.536.4本章小結(jié).557PID控制算法的參數(shù)整定、仿真及選優(yōu).567.1PID控制器的基本原理.567.2數(shù)字PID控制算法.587.2.1位置式PID控制算法.587.2.2增量式PID算法.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.3PID參數(shù)整定及其意義.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4常規(guī)PID參數(shù)整定方法及其仿真.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.1仿真軟件MATLAB/SIMULINK介紹.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2常規(guī)PID參數(shù)整定方法.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2.1Ziegler-Nichols參數(shù)整定公式.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2.2改進(jìn)Ziegler-Nichols整定公式(CHR)參數(shù)整定公式.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2.3最優(yōu)PID整定公式.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2.4過(guò)渡過(guò)程響應(yīng)法參數(shù)整定.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。7.4.2.5魯棒PID參數(shù)整定法.707.4.3算法比較選優(yōu).707.4.3.1延時(shí)環(huán)節(jié)對(duì)各PID參數(shù)整定方法的影響.717.4.3.2抗干擾特性比較.72天津科技大學(xué)碩士學(xué)位論文III7.4.4系統(tǒng)魯棒性比較與分析.767.5本章小結(jié).798組態(tài)軟件及PID算法的應(yīng)用.808.1組態(tài)軟件的具體應(yīng)用.808.2PID算法的具體應(yīng)用.848.3本章小結(jié).869結(jié)論與展望.87致謝.88參考文獻(xiàn).891緒論1.1課題的背景與研究意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市周邊衛(wèi)星城和小城鎮(zhèn)的建設(shè)，市區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，城市人口不斷增加，城市生活垃圾產(chǎn)量也呈逐年遞增趨勢(shì)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門(mén)調(diào)查，我國(guó)城市垃圾產(chǎn)生量以每年10%的速率遞增1。我國(guó)大中城市年產(chǎn)垃圾1億噸，絕大部分未經(jīng)處理，堆積在城郊，堆存量已達(dá)到60億噸，侵占土地面積5億平方米2。城市垃圾已經(jīng)成為中國(guó)最嚴(yán)重的公害之一。如何即時(shí)解決垃圾問(wèn)題，已引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。生活垃圾的處理應(yīng)遵循減量化、無(wú)害化、資源化三原則，但國(guó)內(nèi)生活垃圾熱值低、含水量高、成分復(fù)雜，在堅(jiān)持垃圾處理無(wú)害化這一基本原則的同時(shí)，如何把有限的資金用來(lái)最大限度地解決生活垃圾的“減量化”這一主要矛盾則是當(dāng)前面臨的最為急迫的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的城市生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等，這三種主要垃圾處理方式的比例，因地理環(huán)境、垃圾成份、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不同而有所區(qū)別。其中衛(wèi)生填埋技術(shù)目前相對(duì)比較可靠，所需的建設(shè)投資也較小并可以回收部分沼氣用于發(fā)電，但是衛(wèi)生填埋的占地面積和垃圾的處理量是成正比的，在土地資源越來(lái)越寶貴的今天，這成為衛(wèi)生填埋法進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙之一。另外，填埋處理時(shí)產(chǎn)生的滲濾液等有害物質(zhì)會(huì)對(duì)水資源、大氣、土壤等造成二次污染。而高溫堆肥技術(shù)可靠，在國(guó)內(nèi)的垃圾處理中已有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)，主要問(wèn)題就是建立一個(gè)穩(wěn)定的堆肥市場(chǎng)比較困難，而且一些重金屬可能隨堆肥制品一起對(duì)水資源和土壤造成污染。垃圾焚燒處理相對(duì)于衛(wèi)生填埋法、堆肥法而言，在減量化、無(wú)害化、資源化等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。焚燒是目前世界各國(guó)廣泛采用的城市垃圾處理技術(shù)，大型的配備有熱能回收與利用裝置的垃圾焚燒處理系統(tǒng)，由于順應(yīng)了回收能源的要求，正逐漸上升為焚燒處理的主流。用焚燒方式回收能量的垃圾處理技術(shù)在近20年來(lái)得到迅速的發(fā)展。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是日本和西歐，普遍致力于推進(jìn)垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用，并產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)外焚燒技術(shù)的廣泛應(yīng)用，除得益于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、投資力強(qiáng)、垃圾熱值高外，主要在于焚燒工藝和設(shè)備的成熟、先進(jìn)。世界上許多著名公司投入力量開(kāi)發(fā)焚燒技術(shù)與設(shè)備，且主要設(shè)備與附屬裝置定型配套。目前國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主要致力于改進(jìn)原有的各種焚燒裝置及開(kāi)發(fā)新型焚燒爐，使之朝著高效、節(jié)能、低造價(jià)、低污染的方向發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高3。目錄IV1.2國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展情況垃圾焚燒發(fā)電是指使用特殊的垃圾焚燒設(shè)備，以城市工業(yè)和生活垃圾為燃燒介質(zhì)，在對(duì)垃圾進(jìn)行焚燒處理的同時(shí)，利用其產(chǎn)生的能量發(fā)電的一種新型發(fā)電方式。它是把各種垃圾收集后，進(jìn)行分類(lèi)處理。其中：一是對(duì)燃燒值較高的進(jìn)行高溫焚燒（也徹底消滅了病源性生物和腐蝕性有機(jī)要物），在高溫焚燒（產(chǎn)生的煙霧經(jīng)過(guò)處理）中產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。二是對(duì)不能燃燒的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵、厭氧處理，最后干燥脫硫，產(chǎn)生一種氣體叫甲烷，也叫沼氣，再經(jīng)燃燒，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。由于這種處理方式具有環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙重效益，已被發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用。國(guó)外最早進(jìn)行垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的是德國(guó)，隨后英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)也積極開(kāi)展了這方面的研究。德國(guó)目前已有50余座從垃圾中提取能量的裝置及十多家垃圾發(fā)電廠，并且用于熱電聯(lián)產(chǎn)，有效地對(duì)城市進(jìn)行采暖或提供工業(yè)用氣。法國(guó)共有垃圾焚燒爐約300臺(tái)，可將城市垃圾的40以上進(jìn)行處理。美國(guó)從80年代起，政府投資70億美元興建90座焚燒廠，年總處理能力3OOO萬(wàn)噸。在日本已建1700家垃圾發(fā)電廠，在維也納光市區(qū)就有9家垃圾發(fā)電廠。垃圾發(fā)電產(chǎn)生了良好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，在國(guó)際上已成為保護(hù)資源且拉動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要項(xiàng)目4。我國(guó)生活垃圾焚燒技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，國(guó)內(nèi)第一座垃圾發(fā)電廠于l988年深圳投產(chǎn)運(yùn)行，處理垃圾量為450噸/天2。目前，制約我國(guó)提高垃圾焚燒技術(shù)的主要有：生活垃圾熱值低；國(guó)內(nèi)尚未系統(tǒng)掌握垃圾焚燒技術(shù)；建設(shè)投資難度大。我國(guó)城市垃圾中所含的可燃物、易燃物相對(duì)國(guó)外的城市垃圾要低得多。由于我國(guó)總體發(fā)展不平衡，城市生活垃圾焚燒發(fā)電在短期內(nèi)不可能成為全國(guó)城市生活垃圾處理的主流?？陀^分析近幾年我國(guó)城市垃圾構(gòu)成變化，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾產(chǎn)量也飛速增長(zhǎng)，城市垃圾中可燃物、易燃物含量明顯增加，熱值顯著增大，一般經(jīng)過(guò)分類(lèi)、分選等預(yù)處理后，垃圾熱值已接近發(fā)達(dá)國(guó)家城市垃圾的熱值。因此我國(guó)一些城市，尤其是在人口高度密集、土地資源緊張、垃圾熱值較高的大中城市和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已具備了發(fā)展焚燒技術(shù)的條件。垃圾焚燒處理技術(shù)得到了大力發(fā)展，北京、深圳、上海、廣州、寧波、溫州、杭州、蘇州、無(wú)錫、天津等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市已紛紛開(kāi)始建設(shè)垃圾焚燒廠。國(guó)家環(huán)?？偩衷谟嘘P(guān)城市垃圾處理的文件中也確定在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、垃圾熱值較高的地區(qū)推廣焚燒法處理城市生活垃圾。其中天津雙港垃圾焚燒發(fā)電廠每年無(wú)害處理生活垃