自動控制系統在餐廚垃圾處理中的應用

摘要：隨著城市化進程的加快和人口的逐漸增加，餐飲業的發展如火如荼。與此同時，餐廚垃圾的產生量也呈現出快速上升的趨勢。據統計，全球每年產生的餐廚垃圾超過1.3億t，中國每年產生的餐廚垃圾超過2 000萬t，且年均增長率為15%。數量龐大的垃圾對環境和社會造成嚴重的影響，餐廚垃圾處理是當今社會面臨的一個重要環境問題。本文結合自動控制系統的理論基礎和應用領域，分析自動控制系統在餐廚垃圾處理中的應用，以提高處理效率和環境友好性。研究表明，自動控制系統可以實現對餐廚垃圾處理工藝的智能管理和優化控制。

關鍵詞：自動控制系統；餐廚垃圾處理；優化控制；環境友好

中圖分類號：X799.3；TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）03-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.03.010

Abstract： With the acceleration of urbanization and the gradual increase in population， the development of the catering industry is in full swing. At the same time， the generation of kitchen waste is also showing a rapid upward trend. According to statistics， over 130 million tons of food waste are generated globally each year， while China generates over 20 million tons of food waste each year， with an average annual growth rate of 15%. The large amount of garbage has a serious impact on the environment and society， and the treatment of kitchen waste is an important environmental problem facing today’s society. Based on the theoretical foundation and application fields of automatic control systems， this paper analyzes the application of automatic control systems in the treatment of kitchen waste， in order to improve treatment efficiency and environmental friendliness. Research has shown that automatic control systems can achieve intelligent management and optimized control of kitchen waste treatment processes.

Keywords： automatic control system; kitchen waste treatment; optimized control; environmental friendliness

餐廚垃圾處理中，傳統的填埋和焚燒處理方式效率低下。填埋處理會占用大量的土地資源，而且餐廚垃圾濕度高，容易引發滲濾液泄漏和產生臭味，對周邊環境造成污染。焚燒處理則會產生大量的二氧化碳和有害氣體，加劇溫室效應和大氣污染。傳統處理方法無法充分利用餐廚垃圾的資源價值。餐廚垃圾含有大量的有機物質，可以通過有效處理轉化為沼氣、有機肥料等再生資源，但目前大部分餐廚垃圾未能得到有效利用。傳統處理方法存在處理成本高的問題。填埋和焚燒處理方式需要大量的投資和操作成本，給政府和企業帶來巨大的經濟負擔。因此，有必要將自動控制系統應用于餐廚垃圾處理領域，以提高處理效率，降低環境污染，充分將餐廚垃圾轉化為再生資源。

1 自動控制系統的理論基礎

自動控制系統是由傳感器、執行器和控制器組成的一種系統，能夠實現對系統輸入和輸出的自動調節。它綜合應用電子技術、計算機技術和控制理論等，對諸多領域進行監測、控制和管理。傳感器用于獲取系統的輸入信號，也就是要監測的參數，如溫度、壓力、濕度等。控制器通過信號處理和計算，根據系統的輸入信號和設定值，產生相應的控制信號，控制系統的輸出。執行器將控制信號轉化為能量輸出，對系統的處理對象進行控制，如閥門的開關、電機的調速等。

根據自動控制系統的工作流程，傳感器對系統進行監測，將系統的狀態轉換為電信號，傳輸給控制器；控制器對傳感器信號進行處理和計算，產生相應的控制信號；控制信號經過執行器轉化為能量輸出，對系統進行控制，再經過傳感器監測，循環實現對系統的調節和控制。自動控制系統的理論基礎主要包括控制理論、信號處理理論、計算機技術等。控制理論是自動控制系統的核心理論，包括經典控制和現代控制等。經典控制理論主要包括比例-積分-微分（PID）控制、根軌跡法、頻域法等，適用于線性、時不變系統的控制。現代控制理論則包括狀態空間法、模糊控制、神經網絡控制等，適用于非線性、時變系統的控制。信號處理理論主要用于傳感器信號的提取、濾波和特征提取等[1]。

2 自動控制系統的應用領域

2.1 自動控制系統在工業領域的應用

自動控制系統在工業領域已經得到廣泛應用，不僅提高生產效率和質量，還降低人工成本和能源消耗。在工業生產中，很多過程需要精確的控制，如化工、制藥、冶金等。自動控制系統可以根據輸入信號和設定值，實時調節流量、溫度、壓力等參數，保證工藝過程的穩定性和一致性。自動控制系統能夠快速響應和精確控制，減少人為干擾和誤操作的可能性，提高產品質量和生產效率。在機械制造過程中，自動控制系統可以實現對生產設備的自動化控制和監測，提高操作的準確性和穩定性。

2.2 自動控制系統在環境保護中的應用

目前，自動控制系統已經廣泛應用于環境保護中。工業生產和城市生活中產生的廢水含有大量污染物，對環境造成很大的破壞。自動控制系統可以實時監測廢水的pH、濁度、污染物含量等參數，并根據設定的標準和要求，自動調節廢水處理的工藝參數，如濃度、流量、反應時間等，實現廢水的凈化和處理。自動控制系統能夠提供精確的控制和監測，有效減少廢水對環境的污染。工業排放、交通尾氣和燃煤等活動會導致大氣污染，對人體健康和環境造成嚴重影響。自動控制系統可以監測大氣中的污染物濃度、溫度、濕度等參數，并自動調節燃燒設備、排氣系統和除塵設備的運行狀態和工藝參數，減少污染物的排放和濃度，保護大氣環境和人體健康。能源的消耗和排放是造成環境污染和資源浪費的重要原因。自動控制系統可以實時監測能源的消耗情況和效率，智能調節設備的運行模式和能源利用方式，減少能源浪費和污染物排放。

3 自動控制系統在餐廚垃圾處理中的應用

3.1 餐廚垃圾處理工藝流程

餐廚垃圾處理是城市生活垃圾處理的重要內容。傳統的處理方法往往采用堆肥或填埋等方式，但這些方法存在一些問題，如處理周期長、產生臭味等。為了提高處理效率和環境友好性，自動控制系統被引入餐廚垃圾處理中，實現自動化和智能化的處理。餐廚垃圾處理工藝包括收集、運輸、處理和資源回收等環節，一般流程如圖1所示。

餐廚垃圾需要通過專門設置的容器進行收集。這些容器通常配備傳感器，可以實時監測垃圾的填充情況，當容器中的垃圾達到一定量時，系統將自動發出信號，通知相關部門進行收集。收集完畢，餐廚垃圾通過運輸車輛運送至處理廠。在運輸過程中，自動控制系統通過傳感器和全球定位系統（GPS）等技術，可以實時監測車輛的位置，確保垃圾能夠及時、安全地運輸到處理廠。到達處理廠后，餐廚垃圾進入處理環節。自動控制系統可以根據垃圾的種類和數量，智能地調節處理設備的運行參數。例如，對于濕度較高的垃圾，系統可以通過控制加熱設備的溫度和時間，將垃圾中的水分揮發掉，從而減少垃圾的體積和質量。同時，系統還可以對處理過程中產生的廢氣進行凈化，減少環境污染[2]。

3.2 自動控制系統的建模與仿真

為了實現餐廚垃圾處理的自動化和智能化，要建立相應的自動控制系統。這就需要深入了解餐廚垃圾處理工藝的特點，掌握自動控制系統的建模與仿真方法，建立準確的數學模型。餐廚垃圾處理工藝具有明確的輸入和輸出。輸入主要包括餐廚垃圾的種類、數量和狀態等信息，輸出則包括處理后的產物和廢物等。建立數學模型時，要確定哪些因素對工藝的影響最為關鍵，并選擇合適的變量。

餐廚垃圾處理過程涉及多個環節，每個環節都有特定的處理要求和技術參數。比如，在垃圾處理環節，濕度、溫度和時間等因素會影響處理效果；在資源回收環節，要根據垃圾的特性進行分類和分離。因此，每個環節需要建立相應的數學模型來描述其處理過程。對于垃圾處理環節來說，常見的數學模型包括質量平衡方程、熱平衡方程、水分平衡方程等。以濕度為例，可以建立方程來描述其變化過程，如式（1）所示。通過對垃圾處理過程的各項流量和速率進行測量和監控，可以獲得相應的數據，從而分析濕度變化。類似地，對于其他環節，可以根據具體情況建立相應的數學模型。

式中：W為垃圾的濕度；t為時間；Qin、Qout和Qeuap分別為進入垃圾處理裝置的濕垃圾流量、流出垃圾處理裝置的干垃圾流量和垃圾中水分的蒸發速率。

在建模過程中，要合理選擇模型的參數，并進行驗證和調整。為了驗證模型的準確性和可靠性，可以利用仿真軟件對建立的數學模型進行仿真驗證。通過與實際數據的對比分析，可以進一步優化自動控制系統的設計。為了實現餐廚垃圾處理的自動化和智能化，要建立準確的自動控制系統的數學模型。通過對餐廚垃圾處理工藝的特點進行分析，選擇合適的參數進行建模，可以為餐廚垃圾處理的自動化控制提供有效的理論支持。仿真驗證可以為自動控制系統的設計和優化提供指導。這將有助于提高餐廚垃圾處理的效率和質量，實現可持續發展[3]。

4 結語

自動控制系統在餐廚垃圾處理中的應用為環境保護提供一個創新的解決方案。隨著人工智能技術的引入，餐廚垃圾的收集、分類、處理和資源化利用全過程實現自動化控制，提高處理效率和環境友好性。該系統不僅可以減少人工操作，降低勞動成本，還極大地減少能耗，降低廢棄物的產生量。

參考文獻

1 劉 宇.基于PLC的餐廚垃圾處理設備控制系統研究[J].自動化博覽，2014（2）：84-87.

2 高東明，馬建行，周 磊，等.基于PLC的餐廚垃圾破碎機控制系統設計[J].制造業自動化，2022（2）：133-137.

3 萬松峰，潘少陽.小型智能餐廚垃圾處理設備溫控系統的設計[J].機械管理開發，2023（9）：73-74.

收稿日期：2024-01-18

作者簡介：付源（1983—），女，黑龍江黑河人，碩士，工程師。研究方向：固體有機廢棄物處置。