摘要：在目前的城市管理中，对生活垃圾的处理存在较为严重的效率低下问题，我国开始逐渐研发出无人值守的控制系统，尝试提高垃圾处理的效率。基于此，本文先是研究了无人值守控制系统的设计，从结构、硬件和软件三个方面进行了研究。然后研究了系统的应用，对其经济效益和环保效益进行了分析。
关键词：生活垃圾；压缩装备；无人值守；控制系统；系统设计
在城市的垃圾处理站中，使用压缩装备对垃圾进行压缩、脱水以及减轻体积的功能，压缩装备和其他环卫车辆需要配套使用。大多数城市中使用固定班次的转运模式，这种模式转运效率比较低，转运车长时间滞留在城区，不仅会影响到交通，更会增加尾气污染，同时这种转运需要多个工作人员合作完成。随着我国智慧环卫的实施，无人值守控制系统被研发和使用，应用在城市垃圾处理站中，并取得了良好的效果。
一、生活垃圾压缩装备无人值守控制系统的设计
（一）结构设计
在无人值守控制系统中，包含着基础、辅助以及扩展模块，基础模块主要是RTU、PLC以及相关附件，能够实现数据的处理、逻辑判断以及控制等功能，而辅助模块则包含触摸屏以及配套软件，能够实现状态显示、人机交互以及诊断故障等功能，另外扩展模块是包含压力、光电传感器的模拟量输入，能够对压缩装备状态进行判断。在RTU模块基础上建立压缩装备的无人值守控制系统，在GSM短信息平台基础之上，实现装备的无人值守控制。在GSM短信平台基础之上建立的控制系统主要包含三部分，分别是网络平台、互联方式以及服务模式。网络平台的开发有赖于中国移动或者中国联通的移动通信系统，互联方式则是利用总线通信接口将压缩装备和控制系统连接起来，服务模式根据预设内容进行呼叫和应答，对转运车辆进行引导，对垃圾处理站进行控制转入无人运转模式。无人值守控制系统能够根据压缩装备配置情况设置转运请求的内容，再根据驾驶员登记的手机号，捕捉驾驶员的位置，通过短信遥控将压缩装备和原控制系统两者的动作条件串联起来，让操作安全得到保障。
图1 总线控制系统结构
（二）硬件设计
无人值守控制系统的实现需要利用RTU、PLC、组态以及触摸屏等技术，利用GIS系统以及GSM短信平台，构建硬件系统。如图1所示，使用RS-485总线布线，能够保证较强的抗干扰能力，简单稳定的布线。在系统中，PLC、RTU将作为核心，下位机的控制器使用S7-200smart型PLC，能够提供安全灵活的工业控制[1]。远程控制终端需要使用S6202G型RTU，作为一种远端测控装置，常被用于采集传输现场信号，对工业设备实施远程管理和监视。RTU模块使用24V直流电源进行供电，在SIM卡槽中使用中国移动或者联通的SIM卡，在上位机中使用Fameview组态软件来开发，使用太网将其连接到PLC网口。
（三）软件设计
系统的控制功能需要由控制软件得以实现，软件的控制流程如图2所示。
图2 软件控制流程
该系统的控制流程是：系统首先对垃圾装备是否满箱进行判断，如果满箱需要利用RTU模块发送信息给转运人员，在接收转运人员发送讯号之后，上位机系统能够根据算法对路径进行判断，同时经过处理之后的信息被传送给RTU，RTU给最短路径上的应答人员发送信息，同时将不必前来的信息发送给其他应答人员。转运车在进入指定转运位置，在光电传感器检测到转运车到位之后，转运车驾驶员发送对接信息给RTU，这样RTU能够对控制信息进行响应，让垃圾站能够自动进入转运模式，同时向驾驶员发送对接完成的信号，让垃圾转运顺利完成，实现了无人值守控制系统。
本文使用分布式控制技术，对信息共享和传输、设备控制以及车辆调度实现了综合控制。车辆调度的优化需要放在最短路径的选择上，也就是转运车回到压缩装备最短时间的路线。根据GIS系统能够获得转运车数据，包括地理位置、属性以及时间等数据，上位机运用合适算法处理数据。本文研究的系统使用Dijkstra算法进行计算，同时能够在GIS系统的应用下对上位机系统不断优化[2]。这种算法是最典型的路径算法，常被用来计算单个节点到其他节点的最短路径。
二、系统应用研究
（一）经济效益
以某市城区为例，该城区每天生活垃圾的产量约为1000吨，该城区有22个垃圾运输点，中小型转运车有145量，每天三次收集垃圾。工作人员的年工资约为3万元，垃圾运输车价值约为7万元，相关的维修费用约占40%，每日耗油费用约为18元，其他费用约为每趟5元。使用系统之前，需要每辆车配置一个驾驶员，一个作业人员，在垃圾站还需2人值守，设备的维护人员需要5人。在使用无人值守控制系统之后，使用了自动呼叫的模式，让垃圾转运车辆减少20%，也就是减少了116辆转运车，每辆车只需要配备一名驾驶员。如果故障诊断和维修都使用自动方式，可以将工作人员减少到3人。粗略估计，使用当前系统之后，能够节约1.5万元左右的费用，该系统的应用具有良好的经济效益。
（二）环境效益
在本文研究的系统中，实现环保效益是通过减少转运车的配置，在GIS系统以及GSM短信平台的基础之上，能够实现无人值守的控制功能，让垃圾转运车辆的数量和时间都得到控制，这样也就减少了车辆尾气的排放量，获得了良好的环境效益。例如某市城区使用无人值守控制系统，让转运车数量减少20%，城市使用的是燃烧柴油的垃圾转运车，属于第二类用车。根据尾气排放标准计算，尾气中二氧化碳、一氧化碳、氮化物以及其他有害气体都有明显的减少。该系统的应用能够有效减少尾气排放量，具有良好的环保效益。
（三）功能验证
以某个生活垃圾处理站为例，对系统的控制功能进行验证。在机械部分主要使用举升支架、压缩推板箱体以及垂直门等系统。将RTU、PLC以及传感器在测试平台上安装，同时进行上位机以及下位机的通讯。在调试之后，利用工控机对装备动作进行控制，在垃圾装满箱之后利用GSM短信平台通知转运的车辆，在对应算法的应用下，确定出最短路径，从而能够实现对功能的验证。
结论
综上所述，本文先是对生活垃圾压缩装备使用的无人值守控制系统的设计进行了分析，其结构设计主要包含着基础、辅助以及扩展模块；硬件设计上使用RTU、PLC、组态以及触摸屏等技术，还要利用GIS系统以及GSM短信服务平台，构建硬件系统；在软件设计中使用Dijkstra算法计算。应用系统还需要进行经济效益分析、环境效益分析以及功能验证。
参考文献：
[1]马广振,赵君猛,潘兴松.煤矿井下水涡无人值守的自动控制系统[J].中国高新区,2018(09):27.
[2]耿夫利,卢佳,王浩.高层建筑通风设备无人值守自动控制系统硬件设计[J].建筑,2017(03):44-45.
论文作者:许景明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：控制系统论文; 系统论文; 装备论文; 垃圾论文; 模块论文; 算法论文; 车辆论文; 《电力设备》2018年第19期论文;