СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ЭКОНОМИЧНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ, СБОРА, СОРТИРОВКИ И УТИЛИЗАЦИИ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
PROCEDURE AND DEVICE FOR EFFICIENT TRANSPORTING, COLLECTING, ASSORTMENT AND UTILISATION OF DOMESTIC WASTES

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, к технологиям сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов. Оно может быть использовано при удалении бытовых отходов из жилых массивов, при доставке их в сортированном и прессованном виде на промышленные предприятия, специализирующиеся на переработке вторичного сырья и при вывозе не пригодных к переработке спрессованных до большой плотности остатков для складирования на экологически безопасном полигоне.
Известен способ сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов, реализованный в системе для сбора и удаления бытовых отходов, предназначенный для оздоровления экологии больших и малых населенных пунктов, а также их пригородных зон с учетом экономики, ресурсосбережения за счет создания единой системы, размещенной в едином комплексе. Комплекс расположен на территории обслуживаемого жилого массива. Система осуществляет сортировку отходов по видам и предварительную их обработку на месте сбора отходов, а также доставку сортированных отходов с места сбора на промышленные предприятия для вторичного использования и для дальнейшей их утилизации (Патент РФ №2261831 С1 B65F 5/00. Система для сбора и удаления бытовых отходов / А.И.Пешалов // 20.10.2004).
Устройство для осуществления способа (система для сбора и удаления бытовых отходов) включает в себя приемный накопитель, состоящий из нескольких контейнеров, отдельных для каждого вида отходов, сортировочное устройство, включающее в себя приемный пункт для предварительной сортировки на смешанные и сортированные отходы, и технологическое оборудование. Технологическое оборудование включает в себя линию ручной сортировки смешанных отходов по видам, линию для уплотнения металлических и полиэтиленовых отходов, линию дробления с устройствами дробления пенопласта и стеклянного боя, емкости для упаковки, взвешивающее устройство, накопитель и транспортные средства. Сортировочное устройство размещено в помещениях расположенного на территории обслуживаемого жилого массива закрытого строительного комплекса.
Недостатком данного технического решения является невозможность обеспечения в любой момент времени экономически наилучшего (экономически оптимального) совокупного результата технологических процессов сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов. Создание единой системы еще не обеспечивает указанного в данном техническом решении учета проблем экономики и ресурсосбережения. Ни из формулы изобретения, ни из его описания не следует, что провозглашенные в разделе описания «Технический результат…» интересы экономики и ресурсосбережения в данном изобретении решены по существу или хотя бы учтены. Отсутствует управление указанными технологиями по экономическому показателю (критерию).
Известны способ экономичного взаимосвязанного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных и устройство для его осуществления. Они предназначены для автоматизации процесса поиска экономически наименее затратного режима общего обогрева помещения с требуемым по технологии выращивания локальным обогревом сельскохозяйственного молодняка. Учитываются заданные удельные цены на тепловую и электрическую энергию на обогрев поголовья, на готовую продукцию животноводческого или птицеводческого предприятия (Патент РФ №2229155, G05D 23/19, A01K 29/00, F24D 10/00. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // БИ 2004. №14).
Недостатком данного технического решения является невозможность его прямого применения к указанным технологиям сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов, а также невозможность определения прироста прибыли после показателя прибыли второго из двух основных рыночных критериев технико-экономической эффективности и удобного для использования в системах автоматизации технологий. Прирост прибыли позволяет взаимно скомпенсировать не влияющие на ход технологии издержки производства при вычитании из прибыли автоматизированной новой системы прибыли старой неавтоматизированной системы. В результате уменьшается объем перерабатываемой системой автоматизации информации и снижаются сложность и стоимость этой системы управления.
Задачей изобретения являются автоматизированный поиск положения экономического баланса между суммой стоимостей эксплуатационных затрат на сбор, транспортировку, сортировку и утилизацию бытовых отходов и расчетной ценой реализованной продукции (сортированных и прессованных полезных отходов). Другой задачей является достижение экономически оптимальной и энергетически (по расходу топлива) рациональной транспортировки бытовых отходов, получение наивысшего значения экономического критерия (прироста прибыли) предприятия по сбору, транспортировке, сортировке и утилизации отходов.
В результате использования изобретения устанавливается такое значение количества выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (частоты выездов), при котором обеспечивается наивысший на данный момент времени прирост прибыли при управлении технологическими процессами сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов.
Вышеуказанный технический результат достигается способом экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов, включающим в себя предварительную частичную сортировку отходов по видам на месте сбора отходов населением на контейнерных площадках, транспортировку отходов с мест их сбора населением в промежуточный приемный пункт, измерение величины количества выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (величины частоты выездов) и задание нормативного, технологически допустимых наименьшего и наибольшего значения количества выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (нормативной, наименьшей и наибольшей частоты выездов), регулирование режима выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (режима частоты выездов), взвешивание смешанных и предварительно сортированных отходов, полную и окончательную сортировку отходов по видам в промежуточном приемном пункте, предварительную их обработку и прессование в нем, а также доставку сортированных отходов с места сбора и из промежуточного приемного пункта на промышленные предприятия для вторичного использования и для дальнейшей их утилизации, причем дополнительно взвешивают окончательно сортированные и прессованные отходы по их видам и получают сигналы масс сортированных отходов по их видам в единицу времени, задают сигналы соответствия удельным стоимостям единиц масс сортированных отходов по их видам, вычисляют сумму произведений сигналов масс сортированных и прессованных отходов по их видам на сигналы соответствия их удельным стоимостям в качестве измеренной суммарной стоимости сортированных отходов в единицу времени, формируют сигнал величины количества выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (частоты выездов), периодически изменяют сигнал сформированной величины количества выездов транспортных средств за бытовыми отходами в единицу времени (частоты выездов) в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим ее заданными значениями, задают сигналы стоимостей эксплуатационных издержек производства на топливо и на амортизацию, ремонт и реновацию автотранспорта по прямым радиальным, кольцевым и обратным маршрутам до контейнерных площадок и от них, вычисляют сумму произведений сигналов стоимостей указанных издержек на сформированный сигнал количества выездов в единицу времени (частоты выездов) в качестве расчетной суммарной стоимости количества выездов в единицу времени (частоты выездов), формируют сигналы величины периодов времени накапливания отходов на контейнерных площадках для сбора отходов населением, измеряют температуру и относительную влажность наружного воздуха, в зависимости от значений изменяемого сигнала сформированной величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов), формируемых сигналов величин периодов времени накапливания отходов на контейнерных площадках, измеряемых сигналов температуры и относительной влажности наружного воздуха вычисляют стоимость потерь качества сортированных отходов и затем саму расчетную суммарную стоимость сортированных отходов, затем вычисляют первую разность между расчетной суммарной стоимостью сортированных отходов (стоимостью продукции) и расчетной суммарной стоимостью количества выездов (стоимость эксплуатационных затрат) в качестве показателя прибыли в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями сформированного сигнала величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов), определяют наибольшее значение этой первой разности в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующее ему значение сформированного сигнала величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов), определяют второе значение этой разности в качестве нормативной прибыли при нормативном значении сформированного сигнала величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов), вычитают из первой разности стоимостей ее второе значение и получают третью разность стоимостей в виде показателя прироста прибыли, вычитают из наибольшего значения первой разности стоимостей ее второе значение и получают наибольшее значение третьей разности стоимостей в виде значения наивысшего прироста прибыли и соответствующее ему значение сформированного сигнала величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов), при этом соответствующие значениям наивысшей прибыли и наивысшего прироста прибыли сформированные сигналы величин количеств выездов в единицу времени (частоты выездов) равны между собой, сравнивают соответствующий наибольшему значению первой или второй разности сформированный сигнал величины количества выездов в единицу времени (частоты выездов) с измеренной величиной количества выездов в единицу времени (величиной частоты выездов) и по результату сравнения корректируют режим выездов транспортных средств за бытовыми отходами по их количеству в единицу времени (режим выездов по их частоте).
Технический результат достигается также тем, что устройство экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов содержит приемный накопитель отходов, состоящий из нескольких контейнеров, отдельных для каждого вида отходов, сортировочное устройство, включающее в себя приемный пункт для сортировки на смешанные и сортированные отходы, и технологическое оборудование, включающее в себя линию ручной сортировки смешанных отходов по видам, линию для уплотнения металлических и полиэтиленовых отходов, линию дробления с устройствами дробления пенопласта и стеклянного боя, емкости для упаковки, взвешивающее устройство, выходной накопитель отходов и транспортные средства, при этом сортировочное устройство размещено в помещениях внутри расположенного на территории обслуживаемого жилого массива закрытого строительного комплекса, причем в устройство введены силоизмерительный датчик, задатчик удельных стоимостей отходов, вычислительный блок, датчик частоты выездов, формирователь сигнала величины частоты выездов, задатчики наименьшего и наибольшего значений частоты выездов, задатчик эксплуатационных издержек и констант, формирователь периода времени накапливания отходов, датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха, блок управления, схема сравнения, первый блок индикации сигнала коррекции значения частоты выездов транспортных средств, второй блок индикации сигнала измеренной суммарной стоимости сортированных отходов, причем выходы датчиков, задатчиков и формирователей подключены к соответствующим входам вычислительного блока, первый выход которого через блок управления соединен с неинвертирующим входом схемы сравнения, инвертирующий вход и выход которой подключены соответственно к выходу датчика частоты выездов и к входу первого блока индикации сигнала коррекции значения частоты выездов транспортных средств, а второй выход вычислительного блока соединен с входом второго блока индикации измеренного сигнала суммарной стоимости сортированных отходов.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примером. Математическая модель управления технологическими процессами сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов представляет собой сложную зависимость общего аналитического вида, определяемого в ходе статистической идентификации процессов накопления мусора в пропорции с полезными отходами конкретных видов:
отх
1
2
n
1
2
m
где Ц - суммарная цена полученных в единицу времени полезных отходов, руб./ед. времени; Т - время, в единицах времени; М - количество производимой продукции в единицу времени, ед. массы/ед. времени; х, х, …, х - управляемые факторы, изменяемые человеком при применении техники; y, y, …, y - неуправляемые факторы, недоступны для их изменения человеком при использовании техники (связанные с профессиональной или социальной ориентацией проживающего вблизи контейнерных площадок сдающего мусор населения, климатические и т.п.).
Управляя первой группой факторов (транспортировка, сортировка и прессование отходов), можно добиться желаемого улучшения результата. Вторая группа факторов, оставаясь вне действия техники, создает зону неопределенности результата. Таким образом, технологический процесс сбора, транспортировки, сортировки и прессования отходов можно рассматривать как частично управляемый объект. Его управляемость, следовательно, и результативность, зависят от того, какие факторы стали управляемыми, а какие остались неуправляемыми.
В основном внимание исследователей в сфере коммунального хозяйства было сосредоточено на изучение влияния факторов, связанных только с применением техники. Между тем практически все физические факторы представляют главный интерес при рассмотрении эффективности технологии и техники. Для подсчета этого эффекта нужно иметь количественную зависимость конечного результата технологического процесса от главных факторов воздействия техники (влияния климата на несортированные отходы и частоты выездов мусоровоза из приемного пункта на контейнерные площадки). Понятно, что растет по времени объем и масса собираемых населением отходов в контейнеры, с ростом фактора времени растут потери части разлагающихся полезных отходов. Одновременно разлагающаяся часть отходов безвозвратно засоряет и делает непригодными к дальнейшему использованию дополнительную часть полезных отходов. Эти процессы разложения ускоряются под действием наружных метеорологических факторов - высоких температуры и относительной влажности воздуха.
авт
Использование перспективных высокоточных систем автоматизации управления транспортировкой отходов позволяет уверенно поддерживать режим, близкий к условиям наивысшей продуктивности предприятия, но затраты топлива на транспортировку должны быть экономически соответствующими. Поэтому только автоматизированное (с участием программируемого вычислителя и обслуживающего персонала предприятия) экономически оптимальное управление транспортировкой отходов позволяет найти выгодный компромисс между затратами топлива на транспортировку и расчетными потерями результирующей стоимости полезных отходов в их ценовом выражении. Методологическая и методическая основы такого управления заключаются в следующем. Эффективность и ресурсосбережение энергетически достаточно затратной в настоящее время технологии сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов можно существенно повысить путем автоматизации процесса поиска оптимального значения выбранного экономического критерия. Например, годовая или суточная прибыль П новой автоматизированной системы:
авт
макс
макс
р
где П - годовая (суточная) прибыль нового предприятия или новой технологии или системы, руб./год (сут); Ц  - рыночная цена реализованной за год (или в пересчете на текущие сутки) продукции в действующей системе сбора, транспортировки, сортировки и утилизации бытовых отходов по условию получения наивысшей производительности предприятия по массе полезных отходов без учета эксплуатационных издержек на получение этой массы, руб./год (сут); С - годовые (суточные) энергетические издержки производства или расход топлива в действующей системе по условию получения наивысшей производительности, руб./год (сут); ΔП - увеличение прибыли, руб./год (сут), в результате экономически обоснованного снижения затрат на топливо для автотранспорта в обсуждаемой технологии экономичной транспортировки ΔС, руб./год (сут), при расчетных потерях продуктивности (стоимости) по бытовым отходам ΔЦ, руб./год (сут), - здесь ΔЦ записано по абсолютной величине. В качестве единицы времени при наличии экономико-математической модели продуктивности отходов типа (2) может быть принята любая длительность технологического процесса, а не только общепринятая в экономических расчетах и кратная году. В данном случае она может быть равна и одним суткам.
Способ осуществляется следующим образом. Например, в сильный мороз обычная система транспортировки с бензиновым, соляровым (дизельным), электрическим или с газовым энергоносителем для автомобилей просто поддерживает нормативный технологический режим частоты выездов транспортных средств за отходами, соответствующий наивысшей продуктивности по полученным отходам. Расход топлива, электроэнергии или природного газа связан с потребностями системы и из-за большой частоты выездов автотранспорта за отходами в целом может достигнуть таких значений, что разница между наивысшей ценой реализованной продукции (отходов) и очень высокой суммой стоимостей израсходованных энергоносителей
макс
с
С окажется совсем малой. Это означает, что прибыль предприятия в данном (старом) варианте управления по критерию максимальной продуктивности по собранным и перевезенным отходам П получена небольшая:
p
опт
опт
опт
Заявляемое вместе со способом экономически оптимального (экономически наилучшего) управления устройство автоматически выбирает такой режим расхода энергоносителя (частоты выездов мусоровоза), при котором указанная экономически оптимальная разность (Ц -С) всегда имеет наибольшее значение. Таким образом, при любых внешних условиях прибыль в новом варианте управления по критерию максимума прибыли П всегда максимальна:
Вычитая из второго значения разности по (4) ее первое значение по (3), получаем прирост прибыли (годовой, суточной, часовой и т.п. - какую именно решили выбрать для расчетов и для последующего управления предприятием или технологией) ΔП, образовавшийся в результате оптимального (наилучшего) автоматизированного управления транспортировкой отходов.
Прибыль увеличивается в результате экономически оптимального управления обогревом на величину ее прироста:
1
1
1
1
макс продукт
опт
макс продукт
опт
где ΔC(n, n ) - экономия издержек, выигрыш в стоимости энергетических затрат (топлива), полученный за счет частичного снижения продуктивности отходов или за счет уменьшения цены реализованной в будущем продукции данной технологии ΔЦ(n,n ) в результате перехода от управления по критерию максимума продукции с любыми затратами при значении
макс продукт
опт
n режима наивысшей продуктивности к управлению по критерию максимума прироста прибыли при экономически оптимальном значении n управляемого параметра частоты выездов.
Целевая функция оптимизации значения управляемого параметра частоты выездов
опт
з
з
з
n в виде показателя прибыли (суточной) П(n), или показателя прироста прибыли (суточного) ΔП(n) при переборе искусственно формируемых значений n, которые численно равны возможным измеренным значениям n в диапазоне между ее наименьшим и наибольшим заданными технологическими значениями:
н
н
огр i
o огр i
инф
Остальные составляющие эксплуатационных затрат - на освещение, трудозатраты персонала и т.п. - от n при транспортировке отходов зависят слабо или вообще не зависят. Составляющие (8) вычисляются по достаточно известным и модифицированным зависимостям, включающим в себя удельные цены на топливо, электрическую энергию или на энергию природного газа в данном регионе страны, удельную отпускную цену отходов по их видам на конкретном предприятии, которые используют параметры наружного климата: t и φ - температуру и относительную влажность наружного воздуха; теплоизоляционные характеристики конструкции мусорного контейнера и помещения для переработки отходов: S, R, G - площадей ограждающих конструкций контейнера и помещения, их сопротивлений теплопередаче и удельный объем инфильтрующегося (проникающего) через притворы в контейнер и в помещение воздуха. Эти и аналогичные составляющие эксплуатационных затрат определены в прототипе (Патент РФ №2229155, G05D 23/19 A01K 29/00 F24D 10/00. Способ и устройство экономичного общего обогрева животноводческого помещения и локального обогрева сельскохозяйственных животных / А.В.Дубровин, В.Р.Краусп // Б.И. 2004. №14).
Таким образом, в соответствии со способом экономически оптимальной (экономически наилучшей) транспортировки отходов последовательно по времени учитывают и используют впоследствии для управления частотой выезда автотранспорта за отходами следующие сигналы как материальные носители информации и полученные расчетные и вводимые экспертом-оператором величины:
ц
о
0
1
nm
конт
р
э
л
з
мин
з
макс
з
уд
- заданные: Т=t - расчетное время нахождения мусора (отходов) в контейнере на контейнерной площадке, n, n - технологически допустимые наименьшее и наибольшее заданные значения частоты выездов автотранспорта, в пределах между которыми периодически изменяют сигнал сформированной величины частоты выездов автотранспорта n; времени опроса системы Т; а, a, …, а - различные модельные коэффициенты математических уравнений используемых в системе процессов; N - количество контейнеров для отходов на обслуживаемой системой территории, Ц  - удельная цена одной единицы массы полезных отходов конкретного вида, Ц - удельная цена энергоносителя, N- количество контейнеровозов-автомобилей;
огр i
о огр i
инф
S, R, G, ,
н
в
нас
d  (t) - влагосодержание наружного воздуха; констант;
з
конт m
- формируемые: n - сформированный сигнал величины частоты поездок мусоровоза n; Т - сигналы величины периодов времени накапливания отходов на контейнерных площадках общим числом m для сбора отходов населением;
изм
н
н
- измеренные: n - измеренная частота выездов автомобилей; t и φ - температура и относительная влажность наружного воздуха;
р
опт
с
р
расч
ц
сут
з
сут
з
з
з
опт
з опт
норм
макс продукт
з норм
з
норм
з опт
норм
з опт
сут
зад
- рассчитанные: Ц (n) - вычисленная стоимость продукции данной партии отходов; Э(n) - вычисленная стоимость затрат топлива на транспортировку; П(n) - расчетный показатель прибыли; П(n) - наибольшее значение прибыли (первой разности по формуле изобретения) в качестве значения наивысшей прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины частоты выездов n; П(n  = n) - нормативная прибыль (второе значение этой разности при нормативном значении сформированной величины частоты выездов n); ΔЦ, ΔС, ΔК и ΔП (n, n) - изменения цен реализованной продукции, энергетических затрат (топлива) и прирост прибыли (третья разность стоимостей по формуле изобретения); ΔП(n, n) - наибольшее (экономически оптимальное) значение прироста прибыли и соответствующий ему сигнал сформированной величины n; расчетная текущая (суточная) продуктивность (производительность) приемного пункта Пр (n,Т);
з опт
изм
- затем сравнивают полученный сигнал сформированной величины n с измеренным значением n и по результату сравнения корректируют частоту выездов, осуществляя режим транспортировки по критерию наивысшего прироста прибыли, а не тривиальное и зачастую экономически неоправданное для расположенных в других условиях предприятий следование установленным в других климатических условиях нормативам или нормам технологического проектирования для технологий сбора и переработки мусора.
тр
по
тр
по
н
н
н
н
н
н
Т
А
К
мин
макс
мин
макс
з
опт
норм
макс продукт
з
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1…7. На фиг.1 приведена графическая интерпретация составляющих эксплуатационных затрат на транспортировку отходов Э и расчетных потерь стоимости полезных отходов ΔЦ и их суммы Σ(Э+ΔЦ), руб./ед. времени, в смеси со скоропортящимися отходами при принятых для иллюстрации способа минимальной t  и максимальной t  температурах и относительных влажностях φ  и φ  наружного воздуха в зависимости от частоты выездов n автотранспорта за отходами. На фиг.2 дана иллюстрация технико-экономической эффективности обогревательной технологии по критерию прироста прибыли в результате суммирования стоимостей затрат энергоносителя и прогнозируемых потерь продукции при изменении климатических условий в искусственно формируемом диапазоне частоты выездов автотранспорта n: ΔП - прогнозируемый расчетный прирост прибыли в результате управления транспортировкой отходов, руб./ед. времени; n - частота выездов автотранспорта (мусоровоза) за отходами, отн. ед./ед. времени; n - экономически оптимальное значение n при соответствующих наружных метеоусловиях, количестве и виде отходов в контейнере, отн. ед./ед. времени; n = n - нормативное или технологически наилучшее значение частоты выездов для получения режима наивысшей сохранности скоропортящихся отходов, которые влияют на качество полезных отходов в смеси с ними, отн. ед./ед. времени; t - температура наружного воздуха, °С; φ - относительная влажность наружного воздуха, %; ΔΔП - изменение (уменьшение) величины наивысшего прироста прибыли при изменении (увеличении) температуры наружного воздуха, руб./ед. времени; ΔΔП - изменение (уменьшение) величины наивысшего прироста прибыли при изменении (увеличении) относительной влажности наружного воздуха, руб./ед. времени; ΔΔП - изменение величины наивысшего прироста прибыли при изменении количества отходов данного вида, руб./ед. времени; n - искусственно сформированный сигнал величины частоты выездов в выбранном диапазоне между технологически допустимыми наименьшим
з мин
з
макс
n и наибольшим n ее заданными значениями, отн. ед./ед. времени. На фиг.3 приведена функциональная схема устройства экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов: приемный накопитель отходов 1, контейнер 2, сортировочное устройство 3, приемный пункт 4 для сортировки на смешанные и сортированные отходы, технологическое оборудование 5, линия ручной сортировки смешанных отходов по их видам 6, линия для уплотнения металлических и полиэтиленовых отходов 7, линия дробления с устройствами дробления пенопласта и стеклянного боя 8, емкости для упаковки 9, взвешивающее устройство 10, выходной накопитель отходов 11. транспортные средства 12, силоизмерительный датчик 13, задатчик удельных стоимостей отходов 14, вычислительный блок 15, датчик частоты выездов 16, формирователь сигнала величины частоты выездов 17, задатчики наименьшего и наибольшего значений частоты выездов 18 и 19, задатчик эксплуатационных издержек и констант 20, формирователь периода времени накапливания отходов 21, датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха 22 и 23, блок управления 24, схема сравнения 25, первый блок индикации сигнала коррекции значения частоты выездов транспортных средств 26, второй блок индикации измеренного сигнала суммарной стоимости сортированных отходов 27. На фиг.4 дана функциональная схема измерительно-вычислительной части 15-1 вычислительного блока 15: задатчик вида отходов 28, первый элемент умножения 29, первый сумматор 30, второй элемент умножения 31, второй сумматор 32, элемент вычитания 33. На фиг.5 приведена упрощенная схема территориального размещения системы транспортировки отходов: 4 - промежуточный приемный сортировочный пункт; 12 - автомобили для перевозки мусора с контейнерных площадок; 34 - контейнерные площадки; 35 - транспорт для перевозки спрессованных отходов на перерабатывающее предприятие и на полигон для захоронений; 36 - перерабатывающее предприятие; 37 - полигон для захоронения вредных и ненужных отходов. На фиг.6 дан пример расчета экономически оптимальной частоты выезда автотранспорта за бытовыми отходами: а, b, с - коэффициенты принятых математических зависимостей для расчета расходов на топливо у1(n)=а·n и цены потерь полезных отходов у2(n)=c·b^-n, а также их суммы y3(n)=y1(n)+у2(n). На фиг.7 представлена программируемая расчетная оптимизационная часть 15-2 вычислительного блока 15 устройства экономичной транспортировки, сбора, сортировки отходов для данного примера ее использования: 38 - третий элемент умножения, 39 - инвертор, 40 - элемент возведения в степень, 41 - четвертый элемент умножения, 42 - третий сумматор.
Устройство экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов (фиг.4) содержит приемный накопитель отходов 1, состоящий из нескольких контейнеров 2, отдельных для каждого вида отходов, сортировочное устройство 3, включающее в себя приемный пункт 4 для сортировки на смешанные и сортированные отходы, и технологическое оборудование 5, включающее в себя линию ручной сортировки смешанных отходов по видам 6, линию для уплотнения металлических и полиэтиленовых отходов 7, линию дробления с устройствами дробления пенопласта и стеклянного боя 8, емкости для упаковки 9, взвешивающее устройство 10, выходной накопитель отходов 11 и транспортные средства 12, сортировочное устройство размещено в помещениях внутри расположенного на территории обслуживаемого жилого массива закрытого строительного комплекса, причем в устройство введены силоизмерительный датчик 13, задатчик удельных стоимостей отходов 14, вычислительный блок 15, датчик частоты выездов 16, формирователь сигнала величины частоты выездов 17, задатчики наименьшего и наибольшего значений частоты выездов 18 и 19, задатчик эксплуатационных издержек и констант 20, формирователь периода времени накапливания отходов 21, датчики температуры и относительной влажности наружного воздуха 22 и 23, блок управления 24, схема сравнения 25, первый блок индикации сигнала коррекции значения количества выездов транспортных средств 26, второй блок индикации измеренного сигнала суммарной стоимости сортированных отходов 27, выходы датчиков, задатчиков и формирователей подключены к соответствующим входам вычислительного блока 15, первый выход которого через блок управления 24 соединен с неинвертирующим входом схемы сравнения 25, инвертирующий вход и выход которой подключены соответственно к выходу датчика количества выездов 16 и к входу первого блока индикации сигнала коррекции значения частоты выездов транспортных средств 26, а второй выход вычислительного блока 15 соединен с входом второго блока индикации сигнала измеренной суммарной стоимости сортированных отходов 27.
Измерительно-вычислительная часть 15-1 вычислительного блока 15 (фиг.5) содержит задатчик вида отходов 28, первый элемент умножения 29, первый сумматор 30, второй элемент умножения 31, второй сумматор 32, элемент вычитания 33, при этом выход задатчика вида отходов 28 соединен с первыми управляющими входами силоизмерительного датчика 13 и задатчика удельных стоимостей отходов 14, выходы которых подключены к соответствующим входам первого элемента умножения 29 и являются первым и вторым входами вычислительного блока 15, второй вход силоизмерительного датчика 13 подключен к выходу формирователя периода времени накапливания отходов 21, выходы датчика частоты выездов 16 и задатчика эксплуатационных издержек 20 соединены с соответствующими входами второго элемента умножения 31 и являются третьим и четвертым входами вычислительного блока 15, а выходы первого и второго элементов умножения 29 и 31 через соответственно первый и второй сумматоры 30 и 32 подключены к первому и второму входам элемента вычитания 33, выход которого является одновременно первым выходом измерительно-вычислительной части 15-1 вычислительного блока 15 и вторым выходом вычислительного блока 15.
Программируемая расчетная оптимизационная часть 15-2 вычислительного блока 15 (фиг.7) содержит третий элемент умножения 38, инвертор 39, элемент возведения в степень 40, четвертый элемент умножения 41, третий сумматор 42, причем соответствующие входы третьего элемента умножения 38 соединены с выходом формирователя сигнала величины частоты выездов 17 и с входом инвертора 39, с выходом задатчика эксплуатационных издержек и констант 20, с выходами задатчиков наименьшего и наибольшего значений частоты выездов 18 и 19, со входами четвертого элемента умножения 41, выход и остальные соответствующие входы которого соединены с вторым входом третьего сумматора 42, с выходами элемента возведения в степень 40 и задатчика эксплуатационных издержек и констант 20, соответствующие входы элемента возведения в степень 40 подключены к выходам задатчика эксплуатационных издержек и констант 20 и инвертора 39, а первый вход и выход третьего сумматора 42 соединены соответственно с выходом третьего элемента умножения 38 и с первым выходом программируемой расчетной оптимизационной части 15-2 вычислительного блока 15, который также является первым выходом вычислительного блока 15.
тр
по
опт
тр
по
опр
тр
по
з
з
з опт
з опт
з опт
Устройство экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов (фиг.3) работает следующим образом. Вычислительный блок 15 по математическим моделям в соответствии с фиг.1 рассчитывает стоимость эксплуатационных затрат на транспортировку отходов от мест их сбора населением к промежуточному пункту сортировки и предварительного их прессования. Со своего первого выхода вычислительный блок 15 подает соответствующий ей сигнал на первый вход блока управления 24, который по математическим моделям в соответствии с фиг.1 определяет наименьшее значение Σ(Э+ΔЦ) или в соответствии с фиг.2 наибольшее значение ΔП. По существу вычислительный блок 15 по данным измерений и формирования искусственной величины управляемого параметра n рассчитывает целевую функцию оптимизации в выбранном диапазоне по приведенным в тексте описания и на фиг.1 и 2 математическим и графическим зависимостям. По результатам измерения параметров климата и задания статистически заранее установленных характеристик отходов на определенных контейнерных площадках вычислительный блок 15 формирует значение Σ(Э+ΔЦ) или ΔП в диапазоне изменения n за цикл опроса T системой автоматизации рассматриваемой системы. Блок управления 24 находит экстремальное (минимальное) значение Σ(Э+ΔЦ) или экстремальное (максимальное) значение ΔП и соответствующее ему значение аргумента функции, то есть экономически оптимальное значение выбранного расчетного показателя (суммы потерь продукции и эксплуатационных затрат, или прироста прибыли), и подает n на неинвертирующий вход схемы сравнения 25. Блок управления 24 устанавливает на неинвертирующем входе схемы сравнения 25 соответствующее режиму максимального прироста прибыли производства значение сформированной величины n, выбранное из поступающих из формирователя сигнала величины частоты выездов 17 значений. Персонал предприятия по данным первого блока индикации сигнала коррекции значения частоты выездов транспортных средств 26 корректирует режим выездов транспортных средств за бытовыми отходами по их количеству в единицу времени или режим выездов по их частоте. Такое новое управление транспортировкой бытовых отходов обеспечивает как минимум суммы потерь продукции и эксплуатационных затрат, так и максимум прироста прибыли предприятия, поскольку экстремальные значения данных экономических критериев достигаются при одном и том же экономически оптимальном значении n.
расч
изм
изм
Вычислительный блок 15 рассчитывает величину ΔП по соответствующей математической зависимости с конкретными для выбранной системы значениями коэффициентов. С его второго выхода сигнал П (фиг.4) поступает на вход второго блока индикации измеренного сигнала суммарной стоимости сортированных отходов 27 для информирования персонала о фактическом положении дел с прессованными отходами. На его выходе формируется сигнал П, который используется персоналом для отчета о работе. Обеспечивается экономически наилучшее для технологии и для предприятия в целом соотношение между получаемой продукцией и расходуемым на транспортировку топливом. В задатчиках устройства задаются удельные цены на топливо, на отходы определенных видов, количество контейнерных площадок и контейнеров на них и все указанные в описании коэффициенты в расчетных формулах и другие константы.
отх i
уд i
тр1
тр1
изм
изм
отх i
уд i
тр1
Измерительно-вычислительная часть 15-1 вычислительного блока 15 (фиг.5) работает следующим образом. На основе данных от силоизмерительного датчика 13 и от задатчика удельных стоимостей отходов 14, управляемых формирователем периода времени накапливания отходов 21 и задатчиком вида отходов 28, первый элемент умножения 29 формирует произведения (М × Ц), подаваемые через первый сумматор 30 на неинвертирующий вход элемента вычитания 33, на инвертирующий вход которого поступает величина суммарных эксплуатационных затрат по времени Σ(n×Э). Она формируется при умножении частоты выездов n на усредненную величину эксплуатационных затрат на один выезд мусоровоза Э во втором элементе умножения 31, последующем суммировании во втором сумматоре 32. На выходе элементе вычитания 33 получается значение измеренного сигнала вычисленной в единицу времени прибыли П для контроля персоналом действительной оценки эффективности предприятия во времени. Следовательно, за период времени накапливания отходов измерительно-вычислительная часть 15-1 вычислительного блока 15 определяет показатель прибыли П=Σ(М× Ц)×Σ(n × Э), руб./ед. времени. Нормированный по времени сигнал с выхода формирователя периода времени накапливания отходов 21 по существу разрешает работу силоизмерительного датчика 13 и от задатчика удельных стоимостей отходов 14, производя временное селектирование их сигналов.
1
1
1
2
н
2
н
1
Подобным образом работает и программируемая расчетная оптимизационная часть 15-2 вычислительного блока 15 (фиг.7), осуществляя вычислительные действия с входными сигналами по фиг.1 и фиг.6. Наилучшей частотой поездок с экономической точки зрения является показанное на фиг.6 округленное значение «2», например два выезда мусоровоза в сутки при данных условиях. Понятно, что величина «а» связана с ценой топлива и соответственно с эксплуатационными затратами на автотранспорт, величины «b» и «с» также отражают влияние температуры и относительной влажности наружного воздуха, поскольку ее рост ведет к росту потерь продукции (полезных отходов). Поэтому одновременно или вместо задатчика эксплуатационных издержек и констант 20 для повышения точности работы устройства в нем предусмотрена установка датчиков температуры и относительной влажности наружного воздуха 22 и 23. Тогда программируемая расчетная оптимизационная часть 15-2 вычислительного блока 15 работает по математической зависимости вида у2(n)=с·b^-n=(с·t)·(b·φ)^-n, и для сохранения вида графиков на фиг.6 при b=3
1
н
н
2
2
2
2
и c=20 и при наружных условиях климата, например, при t=25°С и φ=70%: c·25°С=20, т.е. коэффициент с=20/25=0,8 (1/°С); b·70%=3, т.е. коэффициент b=3/70=0,042857 (руб./%·ед. времени).
Таким образом, расширяются также и функциональные возможности способа и устройства, поскольку при этом обеспечивается экономичное управление транспортировкой отходов, а следовательно, и их переработкой. При этом обеспечивается точная экономическая оптимизация технологического процесса, поскольку применяемые для управления математические соотношения и используемые в них измеряемые и формируемые сигналы и константы несут в себе точную и полную информацию об управляемом процессе. Оператор-эксперт по информации от системы автоматизации своевременно наиболее эффективно использует накопленный производственный опыт при управлении технологией экономичной транспортировки, сбора, сортировки и утилизации бытовых отходов. По существу производится экономически оптимальное управление частотой выезда автомобилей-мусоровозов к контейнерным площадкам за накопленными там населением бытовыми отходами.