垃圾焚燒電廠垃圾吊智能全自動控制系統

［摘 要］針對垃圾焚燒電廠垃圾吊系統操作煩瑣、勞動強度大、人力成本高的運行痛點，廣州環投從化環保能源有限公司應用數字技術，對系統進行智能化改造，通過在主控室設置遠程控制臺、建立全自動監視系統，實現垃圾池堆料三維畫面實時顯示、卸料門開啟狀態監視以及垃圾吊運行數據監控，在節省人力、延長設備使用壽命的同時，保證了設備長期安全穩定運行。

［關鍵詞］垃圾焚燒電廠；垃圾吊系統；智能控制

一、實施背景

廣州市第七資源熱力電廠（簡稱“從化公司”）一期垃圾池項目，采用北京起重機研究院生產的垃圾吊系統。系統配有兩臺垃圾吊，均由人工操作完成垃圾的轉料、堆料、投料等工作。每臺垃圾吊平均需要2.5個人進行操作，操作過程不僅繁瑣、勞動強度大還占用較大的人力成本。

為有效緩解公司人力資源緊張的情況，并保證設備的長期安全穩定運行，需要對垃圾吊系統進行自動化改造，并在中控室增加遠程控制臺，提高自動化水平，保證垃圾吊高效運行。

二、主要做法

從化公司垃圾吊系統自動化改造，由垃圾池堆料管理系統、垃圾池卸料門系統、垃圾池自動投料系統、遠程操作及監視四個子系統組成。主要利用垃圾池堆料管理、垃圾池卸料門、垃圾池自動投料三個子系統，實現垃圾吊全自動控制，并在遠程操作及監視系統配合下，在主控室設置垃圾吊遠程控制臺、建立垃圾吊全自動監視系統。

（一）投料控制

投料控制分為半自動投料與全自動投料。

1. 半自動投料

操作過程（順序操作）：

（1）主畫面將投料模式切換到半自動模式。

（2）人工將抓斗移動到垃圾坑取料點位置，將抓斗放在取料點上方即可。

（3）點擊自動按鈕。自動按鈕變綠，操作臺左側的按鈕指示燈亮起。

（4）點擊投料口按鈕。投料口按鈕變綠，半自動投料程序啟動，抓斗將自動去抓料。

（5）第一次抓料完成后，抓斗上升到離抓料點3米的高度，自動打開進入散料程序。散料完成后，抓斗將繼續抓料。

（6）抓料完成后，抓斗再上升到離抓料點4米的高度。這時如果凈重大于3.5噸，抓斗將進入投料程序，自動到指定的料口投料；如果凈重小于3.5噸，將繼續散料、抓料，直到凈重大于3.5噸或者散料次數大于5次，再進入投料程序。

（7）投完料后，抓斗返回取料點再次抓料、散料、投料。

（8）半自動投料程序啟動后，對投料口進行兩次投料（左側投料口一次、右側投料口一次），兩次投完后，返回取料點，投料結束。（如圖1所示）

2. 全自動投料

（1）進入參數設置頁面，設置取料區域（第一次確定取料區間后，必須初始化）。主要有2種方法：

一是抓斗定點法。即利用抓斗進行取料區域（系統默認為矩形）定位。

具體做法：

首先，將垃圾吊抓斗橫向移動至要取料區域X軸的起始位置。確定X軸坐標后，點擊“參數修改”按鈕，再點擊“取料起始X定位”按鈕即可設定取料區域X軸起始位置。

其次將垃圾吊抓斗橫向移動至要取料區域X軸的終止位置。確定X軸坐標后，點擊“參數修改”按鈕，再點擊“取料結束X定位”按鈕即可設定取料區域X軸終止位置。

最后，將垃圾吊抓斗縱向移動至要取料區域Y軸的起始位置（Y軸定位前墻為0起點），點擊“參數修改”按鈕，再點擊“取料Y定位”按鈕即可設定取料區域Y軸終止位置。

二是坐標設定法。即直接在“取料起始X定位”“取料結束X定位”“取料Y定位”輸入取料區間坐標即可確定取料區域。此方法一般用于修改取料區間，不需要初始化。

（2）進入主頁面，將半自動投料模式切換到全自動投料模式。

（3）在主頁面，選擇橫向取料或縱向取料。

（4）在參數設置頁面，設定間隔時間，默認為1200 秒（可修改）。

（5）在系統狀態頁面，選擇三維建模模式。（如圖2所示）

（6）手動操作提升抓斗到上限。

（7）在主頁面，點擊自動按鈕，此時全自動投料投入成功。

全自動投料說明：Y軸起始坐標固定在最大值15.6米，最小值設定在3.5米取料從起始點開始順序取料，間隔3.5米。每層取料結束后X軸向右移動0.2米，循環往復直至終止全自動或至下限位29.5米。

點擊自動按鈕，全自動模式啟動，全自動模式下不需要人工觸發料口投料，程序會根據設置的投料間隔時間與料口高度自動去對應的料口投料，定時啟動的優先級高于料口料位啟動的優先級。料口料位的啟動需要兩臺垃圾吊三維建模數據都投入后才能使用。

（二）轉料控制

轉料控制有半自動與自動兩種模式。在投入轉料控制時，首先設置堆料區參數。參數設置方法如下：投入轉料自動前，必須設置堆料區，在主頁面選擇垃圾坑A/B/C/D區作為堆料區；在參數設置頁面，點擊初始值按鈕，初始值為系統設定，不需要更改；在參數設置頁面，手動輸入設定堆料高度。（如圖3所示）

1. 半自動轉料

（1）操作過程

點擊堆料手動啟動按鈕，轉料程序將啟動。轉料取料時，會在門的左右兩側各取一次。如果凈重大于3.0噸，抓斗將進入投料程序，自動到指定的堆料區投料；如果凈重小于3.0噸，將繼續散料，再抓料，次數大于2次直接進入投料程序。

（2）堆料

按照選擇的堆料區進行順序堆料。當堆料列的平均值大于設定的堆料高度，繼續順序堆料；當堆料的高度小于設定的堆料高度，換到下一列堆料。如此循環，直到將整個區域的料堆到設定的高度。

操作如下：

一是在主頁面，點擊半自動堆料按鈕，切換到半自動堆料；

二是在主頁面，點擊自動按鈕；

三是在參數設置頁面，選擇卸料門（1次只能選1 個）；

四是在參數設置頁面，點擊堆料手動啟動按鈕，啟動轉料半自動程序。（如圖4所示）

2. 全自動轉料

在全自動模式下，程序根據卸料門累計的取料次數進行取料。當有車時，如果取料次數小于10，加2次取料次數；如果取料次數大于10，加1次取料次數。最大取料次數不超過20。每取完一次料，取料次數減1，直到次數為0為止。取料次數也可以根據實際情況在參數設置頁面手動調整。當選擇兩個門時，如果都沒車，去次數多的門取料；如果一個門有車，去無車的門取料；如果兩個門都有車，進入等待狀態，哪個門的車先走，去哪個門取料。

操作如下：

（1）主頁面堆料模式按鈕切到全自動堆料。

（2）在參數設置頁面，根據需要選擇卸料門數量。

（3）在主頁面，點擊自動按鈕，啟動轉料自動。

（三）挖門前溝自動控制

挖溝的區域與卸料門的區域是對應的。在挖溝自動投入前設置：在主頁面上有挖溝堆料按鈕；在參數頁面挖溝設置區，選擇挖溝區域、即卸料門；在參數設置頁面上，根據垃圾坑實際水位高度設定挖溝深度。（如圖5、圖6所示）

挖溝與投料可自動同時進行。運行過程說明如下：

1.當挖溝投料程序投入后，抓斗到指定的卸料門順序取料，并把料堆到第一發酵區；挖溝區域選擇，可選一個門的區域，也可選兩個門的區域。

2.挖溝時，抓斗自動到挖溝區域去取料，取料依次從左向右取料。抓斗取料前先閉合，當抓斗到達取料點上方1.5米時，抓斗打開，然后以緩慢的速度下降到取料點，進行取料。取料完成后，抓斗上升到取料點上方的位置。這時如果垃圾凈重大于2.5噸，將自動進入到堆料程序；如果凈重小于2.5噸，進入散料程序。抓斗自動打開，然后到取料點重新取料，直到凈重大于2.5噸，或者散料程序超過3次，再進入到堆料程序。

3. 堆料時，進入到挖溝堆料程序。挖溝堆料區域的設置是在參數設置頁面上設定的挖溝堆料的X區域，可以手動輸入坐標，也可以將抓斗放在挖溝堆料區域的兩側，然后點擊相應的按鈕進行設置。挖溝堆料的Y區域是固定的，Y軸是在7.7米到15.5米之間。

4.當取料完成，抓斗自動到堆料區域進行堆料，堆料先從堆料區域的右邊第一點開始，縱向堆料。當一列堆完后，自動換到下一列堆料。當堆料區域的最后一列堆完后，將重新返回到第一列開始堆料。一直循環堆料，直到停下堆料程序。

5.如果挖溝堆料程序正在進行時，有投料請求，則投料優先。挖溝程序完成堆料后，自動進入到投料程序。

6.料口需要投料時，抓斗到已設定的取料區抓料，并投料；投料完畢后自動進入挖溝程序。

7.為了防止抓斗挖到水，在參數設置頁面有挖溝高度設定。當抓斗的坐標大于高度設定值，抓斗會自動到下一個取料點取料。當抓斗到達挖溝區域最右邊取料時，抓斗下次自動到挖溝區域最左邊取料，依次循環。

8.當抓斗在挖溝區域的中間某個點取料時，如果想要抓斗從頭開始抓，點擊參數設置頁面取料初始值按鈕，抓斗下次將從挖溝區域最左邊開始取料。

（四）卸料門系統

1. 操作過程

該系統為全手動操作。點擊手動打開按鈕，該門就打開，直至開限位停止；點擊手動關閉按鈕，該門就關閉，直至關限位停止。（如圖7所示）2. 卸料門LED屏與喇叭功能。

（1）半自動轉料模式

當抓斗去取料時，對應門的LED屏會顯示禁止卸料，同時喇叭也會發出禁止卸料的報警。當抓斗上升到15米后，LED屏會顯示允許卸料，同時喇叭停止報警。

（2）全自動轉料模式

如果抓斗正在取料，LED屏會顯示禁止卸料。這時候如果有車輛闖入，抓斗將停止動作，同時發出車輛退出黃線的報警。

（3）手動轉料模式

當抓斗在卸料門取料區域時，LED屏會顯示禁止卸料，同時喇叭也會發出禁止卸料的報警。取料區域為小車坐標小于3.5米、抓斗坐標大于13米，大車坐標為取料時門左右側的坐標。當抓斗離開這個區域后，LED屏會顯示允許卸料，同時喇叭停止報警。

（五）數據統計

可以進行按班組統計和按時間統計；同時還有分區堆料量的統計和垃圾總量統計。（如圖8所示）

（六）垃圾吊遠程監控系統。

1.在中控室增加二套垃圾吊遠程操作臺，將原垃圾吊控制室操作信息引入主控室，實現1#、2#垃圾吊全部操作控制功能。

2. 兩套操作臺配4個顯示器。

3.建立垃圾吊運行監視人機界面，顯示垃圾池堆料平面圖、立體三維模型圖、卸料門運行狀態圖、1#和2#垃圾吊運行參數圖等。

4.增加全景視頻監視畫面，實現對垃圾池實際控制的圖像監視。

全景監控系統主要由全景攝像機、圖像合成軟件組成。由兩臺全景攝像機分別對垃圾坑進行拍攝，然后由圖像合成軟件對拍攝圖像進行全景合成，形成垃圾坑全景顯示影像。安裝在垃圾坑內的高清攝像機，外有透明保護殼體，隔絕外部環境，采用網絡一體供電、傳輸，敷設線路為防腐線管，以盡可能減少線路腐蝕。

（七）注意事項

1.垃圾吊投自動前，先要投入傾角傳感器連鎖，并核對傾斜角度設定值。也可根據實際情況取消連鎖，連鎖取消后自動抓斗傾斜過大，自動不會停止，請慎用！在手動時沒有抓斗傾斜保護。

2.垃圾吊投料、轉料避讓。避讓的原則是停運吊車避讓運行吊車。如：1#吊正在執行轉料工作，2#吊執行投料工作，此時2#吊不需要投料，停止運行。當1#吊執行轉料過程中需要到2#吊所停的位置時，2#吊自動避讓1#吊。

在自動投入后，運行監護人員要時刻注意垃圾吊抓斗的運行軌跡，在出現狀況時及時將設備轉入手動狀態，待查明原因后或故障處理完畢后，再啟動自動模式（此工作可在就地操作椅或遠程操作臺進行）。兩臺垃圾吊同時啟動自動模式時，操作人員必須坐在轉料的垃圾吊座椅上。

3.大小車、提升裝置限位開關有故障，不允許設備自動運行。

4.當垃圾抓斗不在垃圾池范圍，不允許也無法自動運行。

5.當垃圾吊PLC與卸料門PLC通訊中斷時，不允許投入轉料全自動模式。在運行過程中，垃圾吊PLC與卸料門PLC通訊失敗后，垃圾吊PLC將退出自動模式；當某一扇卸料門LED屏通訊中斷后，相應的卸料門將退出全自動，通訊正常的LED屏對應的卸料門可正常投入全自動。（如圖9所示）6.在運行過程中，垃圾吊PLC與全自動系統1500PLC通訊失敗后，垃圾吊PLC將退出自動模式。

7.如果因某種原因不允許投入全自動時，在系統狀態頁面可去除全自動模式，防止操作人員誤操作。

8.對垃圾車司機的要求：必須按照LED指示牌的提示進行卸料，卸完料必須全部退出黃線再進行清掃。當指示牌變為“禁止卸料”時，同時聽到垃圾車退出黃線警報時，必須立刻退出到黃線以外。

對維保工作的要求：自動投運后，要加強垃圾吊的維護工作，尤其是剎車裝置的維護。要定期檢查并做好檢查記錄，并根據廠家要求和剎車磨損情況，定期調整剎車的松緊度，確保垃圾吊的運行安全。在檢查或更換提升電纜時，必須在控制柜內停掉輔助照明電源。

三、實施成效

通過應用垃圾吊自動化系統，實現了垃圾吊的堆料、攪拌、投料、挖溝全自動，相比傳統人工操作，大大節省了人力，緩解了人力資源緊張。

同時，實現了垃圾吊可24小時運行，進一步提高了垃圾焚燒電廠自動化率，確保垃圾焚燒電廠安全、經濟、穩定運行。

另外，該技術可保證入爐垃圾充分發酵，熱值滿足焚燒要求，并減少投油槍和排放超標，對節能減排均有積極作用，特別是對實現“碳達峰碳中和”具有重要意義。