一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统的制作方法

1.本发明属于垃圾处理技术领域，具体涉及一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统。


背景技术：

2.我国城市生活垃圾每年以一定速率增长，而填埋一直以来都是生活垃圾处置的主要方式之一，但城市土地资源越来越紧张，为了迎合库容释放的迫切需求以及响应“无废城市”建设的号召，通过对存量垃圾的治理，可实现资源循环利用的同时使库容腾空再利用。
3.目前现有的垃圾原位稳定化一般通过采用持续性曝气技术来实现，通过曝气来完成对垃圾堆体内的温度、湿度以及氧含量等因素的调控，以提供好氧反应的环境条件加速稳定化进程。但是在曝气过程中，上述简单的曝气措施，未考虑到调控的环境条件之间的相互影响关系，如在通过大量曝气以改变氧气浓度的同时也改变了垃圾堆体内部的温度，因此对于堆体内部的环境条件调控不只是简单措施的叠加，需要通过协调控制，以真正精准的提供堆体内好氧反应的环境条件。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，通过多源数据获取执行单元中各个设备的运行参数，再通过pid控制器调控运行参数来完成堆体好氧稳定化的控制，整个控制过程完善了影响因素并将其作为获得运行参数的依据，解决了设备运行参数调控带来的环境条件之间的相互影响，完成堆体内环境参数的协调控制，从而实现好氧稳定化的精准控制。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，包括plc控制模块、边缘计算终端、人机交互模块和执行单元；
7.所述边缘计算终端、人机交互模块和执行单元均与plc控制模块之间建立数据通信，所述边缘计算终端还连接有云平台；
8.所述边缘计算终端，用于接收和处理来自执行单元的信号数据，并通过执行控制策略将生成的控制命令发送至plc控制模块；
9.所述边缘计算终端，执行的控制策略具体为：
10.通过神经网络模型根据静态环境参数获取执行单元中各个设备的运行参数，并将运行参数转换成控制命令下发至plc控制模块作为pid控制器的目标值，管路上的压力变送器和流量变送器采集的实时数据作为pid控制器的反馈参数；
11.根据综合监测单元采集的堆体内实时状态参数与静态环境参数进行阶段性的误差比对，将通过调整静态环境参数获得的动态环境参数输入神经网络模型，并将输出的运行参数以控制命令的形式下发至plc控制模块。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述控制策略，其中静态环境参数根据堆体内
好氧微生物适宜的环境条件来设置，包括堆体内的温度、湿度和氧气浓度，具体设置为：堆体内的温度设置在55℃-75℃，水分含量控制在40％-60％，氧气浓度控制在12％-20％。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述云平台，用于存储和分析来自边缘计算终端的数据，同时完成神经网络模型的构建和更新；
14.具体的，神经网络模型的构建过程为：
15.s1、确定模型的输入并收集相关的数据，输入具体包括静态环境参数和垃圾堆体的调控设备布局因素；
16.s2、根据输入和输出构建的神经网络模型，选择合适的层数、隐藏节点数和激活函数，模型的输出为各个设备的运行参数；
17.s3、将数据集划分为训练数据集和测试数据集，使用训练数据集进行训练模型，并利用测试数据集进行测试模型；完成训练的模型通过模型的输出验证模型的性能，并对其进行调整和改进。
18.作为本发明的一种优选技术方案，步骤s1中，静态环境参数包括温度、湿度和氧气浓度；调控设备布局因素包括执行单元中设备的性能参数、井体的布局和垃圾堆体本身的性质。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述执行单元中设备的性能参数具体为风机和泵体的额定输出。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述plc控制模块，通过接收来自于边缘计算终端的控制指令和执行单元反馈的实时参数执行pid控制器完成泵体或风机输出的调节。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述人机交互模块，用于提供人机交互的可视化界面，方便操作人员将实地勘测的测试数据和静态环境参数输入边缘计算终端。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述执行单元，包括臭气处理装置、注气系统和渗沥液处理罐，所述臭气处理装置通过管路一连接至垃圾堆体内设置的抽气井，所述注气系统通过管路二连接至垃圾堆体内设置的注气井，所述渗沥液处理罐通过管路三和管路四分别连接至垃圾堆体内设置的抽水井和注水井。
23.作为本发明的一种优选技术方案，所述管路一上靠近臭气处理装置的一端依次设置有风机、汽水分离器和气体监测单元；
24.其中，汽水分离器用于分离抽出气体中的液态水并输送至冷凝水收集器；气体监测单元包括压力变送器、流量变送器、温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪，用于采集管路一中气体的压力、流量、温度、湿度以及组分；
25.所述管路二上靠近注气系统的一端依次设置有风机、换热器和管路传感器；其中，管路传感器包括压力变送器、流量变送器、温度变送器和湿度变送器；
26.所述管路三和所述管路四上均设置有泵体和压力变送器。
27.作为本发明的一种优选技术方案，所述执行单元还包括设置于综合监测井的综合监测单元，所述综合监测单元包括温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪，用于采集垃圾堆体中的实时状态参数。
28.本发明的有益效果为：
29.本发明通过垃圾好氧反应的环境条件以及影响环境条件的因素等多源数据获取执行单元中各个设备的运行参数，再通过pid控制器调控运行参数来完成堆体好氧稳定化
的控制，整个控制过程完善了影响因素并将其作为获得运行参数的依据，解决了设备运行参数调控带来的环境条件之间的相互影响，完成堆体内环境参数的协调控制，从而实现好氧稳定化的精准控制。
附图说明
30.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
31.图1为本发明好氧稳定化智能化控制系统的结构示意图；
32.图2为本发明中执行单元的结构示意图。
具体实施方式
33.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
34.一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，如图1所示，包括plc控制模块、边缘计算终端、人机交互模块和执行单元；
35.所述边缘计算终端、人机交互模块和执行单元均与plc控制模块之间建立数据通信，所述边缘计算终端还连接有云平台；
36.需说明的是，根据系统的需求选择合适的云平台，边缘计算终端连接至云平台，实现数据交换和通信，通过将处理后的数据上传至云平台进行存储和分析，从而实现更加完善和智能的系统控制。
37.所述plc控制模块，通过接收来自于边缘计算终端的控制指令和执行单元反馈的实时参数执行pid控制器完成泵体或风机输出的调节。
38.所述边缘计算终端，用于接收和处理来自执行单元的信号数据，并通过执行控制策略将生成的控制命令发送至plc控制模块。
39.需说明的是，所述边缘计算终端执行的控制策略具体为：
40.通过神经网络模型根据静态环境参数获取执行单元中各个设备的运行参数，并将运行参数转换成控制命令下发至plc控制模块作为pid控制器的目标值，管路上的压力变送器和流量变送器采集的实时数据作为pid控制器的反馈参数。
41.需说明的是，静态环境参数根据堆体内好氧微生物适宜的环境条件来设置，包括堆体内的温度、湿度和氧气浓度，具体设置为：堆体内的温度设置在55℃-75℃，水分含量控制在40％-60％内，氧气浓度控制在12％-20％内。plc控制模块内设置有若干pid控制器，分别用于调控各管路上泵体以及风机的输出，其中pid控制器的目标值来自于神经网络模型的输出值，反馈参数即管路上对应的传感器采集的数据。
42.根据综合监测单元采集的堆体内实时状态参数与静态环境参数进行阶段性的误差比对，将通过调整静态环境参数获得的动态环境参数输入神经网络模型，并将输出的运行参数以控制命令的形式下发至plc控制模块。
43.需说明的是，为保证调控的准确性，在调整运行参数后需要经过系统运行一段时间达到稳定化后才可进行误差比对。其中的动态环境参数由静态环境参数调整获得，目的是为了通过对神经网络模型输入的调整，使得调整后的系统调控结果完全处于静态环境参数的范围。
44.所述人机交互模块，用于提供人机交互的可视化界面，方便操作人员将实地勘测的测试数据和静态环境参数输入边缘计算终端。
45.所述执行单元，如图2所述，包括臭气处理装置、注气系统和渗沥液处理罐，所述臭气处理装置通过管路一连接至垃圾堆体内设置的抽气井，所述注气系统通过管路二连接至垃圾堆体内设置的注气井，所述渗沥液处理罐通过管路三和管路四分别连接至垃圾堆体内设置的抽水井和注水井。
46.其中，管路一上由靠近臭气处理装置的一端依次设置有风机、汽水分离器和气体监测单元；汽水分离器用于分离抽出气体中的液态水并输送至冷凝水收集器；气体监测单元包括压力变送器、流量变送器、温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪等，用于采集管路一中气体的压力、流量、温度、湿度以及组分，具体的气体组分包括o2、h2s、nh3和ch4等。管路二上由靠近注气系统的一端依次设置有风机、换热器以及管路传感器；其中，换热器用于降低高压气体的温度；管路传感器具体包括压力变送器、流量变送器、温度变送器以及湿度变送器等。管路三和管路四上均设置有泵体和压力变送器。
47.可理解的是，在上述管路中可根据需求设置电磁阀以保证执行单元实现运行以及管路上各个控制设备的稳定运行，部分电磁阀在图中并未示出。
48.所述执行单元还包括设置于综合监测井的综合监测单元，所述综合监测单元包括温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪，用于采集垃圾堆体中的实时状态参数。
49.所述云平台，用于存储和分析来自边缘计算终端的数据，同时完成神经网络模型的构建和更新。
50.需说明的是，初期的神经网络模型采用经验数据集完成构建，随着系统的运行不断采集的实时数据以及实际的影响参数的累积，再去不断修正神经网络模型以提高准确性从而完成更新。具体的，神经网络模型的构建过程为：
51.s1、确定模型的输入并收集相关的数据。输入具体包括静态环境参数和堆体的调控设备布局因素，其中静态环境参数包括温度、湿度和氧气浓度等。调控设备布局因素包括执行单元中设备的性能参数、井体的布局以及堆体本身的性质等，其中执行单元中设备的性能参数是指风机的通风量和扭矩以及泵体的流量和扬程等额定输出。
52.需说明的是，调控设备布局因素主要用于确定曝气量和影响半径，随着采集数据的累积，后期的模型更新在调控设备布局因素中会加入更多的影响因素，以提高曝气量和影响半径的准确性。
53.s2、根据输入和输出构建的神经网络模型，选择合适的层数、隐藏节点数和激活函数。该模型的输出为各个设备的运行参数，如通过变频器等设备的调控风机可以达到的转速和风压以及泵体的转速和扬程等。
54.s3、将数据集划分为训练数据集和测试数据集，使用训练数据集进行训练模型，并利用测试数据集进行测试模型。完成训练的模型通过模型的输出验证模型的性能，并对其进行调整和改进，以提高其准确性和稳定性。
55.本发明利用垃圾好氧反应的环境条件以及影响环境条件的因素等多源数据获取执行单元中各个设备的运行参数，再通过pid控制器调控运行参数来完成堆体好氧稳定化的控制，整个控制过程完善了影响因素并将其作为获得运行参数的依据，解决了设备运行参数调控带来的环境条件之间的相互影响，完成堆体内环境参数的协调控制，从而实现好
氧稳定化的精准控制。
56.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：包括plc控制模块、边缘计算终端、人机交互模块和执行单元；所述边缘计算终端、人机交互模块和执行单元均与plc控制模块之间建立数据通信，所述边缘计算终端还连接有云平台；所述边缘计算终端，用于接收和处理来自执行单元的信号数据，并通过执行控制策略将生成的控制命令发送至plc控制模块；所述边缘计算终端，执行的控制策略具体为：通过神经网络模型根据静态环境参数获取执行单元中各个设备的运行参数，并将运行参数转换成控制命令下发至plc控制模块作为pid控制器的目标值，管路上的压力变送器和流量变送器采集的实时数据作为pid控制器的反馈参数；根据综合监测单元采集的堆体内实时状态参数与静态环境参数进行阶段性的误差比对，将通过调整静态环境参数获得的动态环境参数输入神经网络模型，并将输出的运行参数以控制命令的形式下发至plc控制模块。2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述控制策略，其中静态环境参数根据堆体内好氧微生物适宜的环境条件来设置，包括堆体内的温度、湿度和氧气浓度，具体设置为：堆体内的温度设置在55℃-75℃，水分含量控制在40％-60％，氧气浓度控制在12％-20％。3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述云平台，用于存储和分析来自边缘计算终端的数据，同时完成神经网络模型的构建和更新；具体的，神经网络模型的构建过程为：s1、确定模型的输入并收集相关的数据，输入具体包括静态环境参数和垃圾堆体的调控设备布局因素；s2、根据输入和输出构建的神经网络模型，选择合适的层数、隐藏节点数和激活函数，模型的输出为各个设备的运行参数；s3、将数据集划分为训练数据集和测试数据集，使用训练数据集进行训练模型，并利用测试数据集进行测试模型；完成训练的模型通过模型的输出验证模型的性能，并对其进行调整和改进。4.根据权利要求3所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：步骤s1中，静态环境参数包括温度、湿度和氧气浓度；调控设备布局因素包括执行单元中设备的性能参数、井体的布局和垃圾堆体本身的性质。5.根据权利要求4所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述执行单元中设备的性能参数具体为风机和泵体的额定输出。6.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述plc控制模块，通过接收来自于边缘计算终端的控制指令和执行单元反馈的实时参数执行pid控制器完成泵体或风机输出的调节。7.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述人机交互模块，用于提供人机交互的可视化界面，方便操作人员将实地勘测的测试数据和静态环境参数输入边缘计算终端。
8.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述执行单元，包括臭气处理装置、注气系统和渗沥液处理罐，所述臭气处理装置通过管路一连接至垃圾堆体内设置的抽气井，所述注气系统通过管路二连接至垃圾堆体内设置的注气井，所述渗沥液处理罐通过管路三和管路四分别连接至垃圾堆体内设置的抽水井和注水井。9.根据权利要求8所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述管路一上靠近臭气处理装置的一端依次设置有风机、汽水分离器和气体监测单元；其中，汽水分离器用于分离抽出气体中的液态水并输送至冷凝水收集器；气体监测单元包括压力变送器、流量变送器、温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪，用于采集管路一中气体的压力、流量、温度、湿度以及组分；所述管路二上靠近注气系统的一端依次设置有风机、换热器和管路传感器；其中，管路传感器包括压力变送器、流量变送器、温度变送器和湿度变送器；所述管路三和所述管路四上均设置有泵体和压力变送器。10.根据权利要求9所述的一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，其特征在于：所述执行单元还包括设置于综合监测井的综合监测单元，所述综合监测单元包括温度变送器、湿度变送器和气体组分监测仪，用于采集垃圾堆体中的实时状态参数。

技术总结
本发明涉及一种垃圾填埋场好氧稳定化智能化控制系统，属于垃圾处理技术领域。包括PLC控制模块、边缘计算终端、人机交互模块和执行单元；所述边缘计算终端、人机交互模块和执行单元均与PLC控制模块之间建立数据通信，所述边缘计算终端还连接有云平台；边缘计算终端用于接收和处理来自执行单元的信号数据，并通过执行控制策略将生成的控制命令发送至PLC控制模块；云平台用于存储和分析来自边缘计算终端的数据，同时完成神经网络模型的构建和更新。本发明通过多源数据获取执行单元中各个设备的运行参数，再通过PID控制器调控运行参数来完成堆体好氧稳定化的控制，完成堆体内环境参数的协调控制，从而实现好氧稳定化的精准控制。制。制。


技术研发人员：莫西
受保护的技术使用者：瑞邦环境治理（广东）有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/2