模糊控制在單元機(jī)組鍋爐給水閥門自動(dòng)切換控制中的應(yīng)用

摘要：某電廠300 MW單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用西門子TELEPERM ME DCS集散控制系統(tǒng)，在對(duì)其鍋爐給水系統(tǒng)閥門切換的改造過程中，利用模糊控制理論，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況及運(yùn)行資料，通過大量的實(shí)驗(yàn)分析，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的給水閥門切換邏輯，使燃煤鍋爐給水系統(tǒng)給水閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，解決了大容量單元機(jī)組燃煤鍋爐實(shí)現(xiàn)全程給水自動(dòng)控制所必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。本系統(tǒng)的投運(yùn)不僅節(jié)約了改造、更換給水系統(tǒng)所需的大量資金，由于機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，大大縮短了啟動(dòng)時(shí)間，使機(jī)組啟動(dòng)過程中消耗的燃料量明顯下降，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著；同時(shí)也給出了模糊控制技術(shù)在控制工程中實(shí)際應(yīng)用的一種思路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)； 單元機(jī)組； 模糊控制； 全程給水系統(tǒng)； 閥門自動(dòng)切換

中圖分類號(hào)：TP273．4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2007)12-0300-03

1問題的提出

某電廠300 MW單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用西門子TELEPERM ME DCS集散控制系統(tǒng)，圖1為給水系統(tǒng)流程簡圖。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在15%以下時(shí)，圖1中的截止閥S17－3處于關(guān)閉狀態(tài)，C10－1控制閥處于工作狀態(tài)，啟動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速保持在較低的允許數(shù)值。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制回路維持給水母管壓力一定，C10－1閥閉環(huán)控制回路維持汽包水位一定。隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，汽包蒸發(fā)量（主汽流量）增大，鍋爐要求的給水量不斷增加，C10－1控制閥的開度也逐漸開大。當(dāng)C10－1閥的開度達(dá)到90%左右時(shí)，它已不能滿足鍋爐對(duì)給水量的要求，需要開啟主隔離閥S17－3，即進(jìn)行控制閥C10－1與截止閥S17－3之間的切換。

由于S17－3閥是一個(gè)非常大的開環(huán)控制閥，為防止S17－3閥開啟時(shí)引起水位大的擾動(dòng)，必須根據(jù)控制閥C10－1和截止閥S17－3及給水管道系統(tǒng)的特性，按照一定的規(guī)律緩慢地開啟截止閥S17－3和關(guān)閉控制閥C10－1（或反過程）。如果該問題處理不當(dāng)，將使給水全程控制不能實(shí)現(xiàn)。

2設(shè)計(jì)思想的確定及依據(jù)

大旁路調(diào)節(jié)閥(C10－1)與主給水截止閥(S17－3)的特性是截然不同的，調(diào)節(jié)閥C10－1能連續(xù)控制，而截止閥S17－3是具有快開特性的開關(guān)閥。S17－3截止閥的開啟與關(guān)閉，將直接影響汽包壓力、汽包水位、給水流量等鍋爐運(yùn)行中的重要監(jiān)控參數(shù)。在S17－3開啟的初始階段，給水流量的變化很大，將對(duì)汽包水位產(chǎn)生較大的沖擊，特別是當(dāng)閥兩端的壓差較大時(shí)，這一沖擊更為嚴(yán)重。為了降低大旁路調(diào)節(jié)閥C10－1與主給水閥S17－3的切換過程對(duì)汽包水位系統(tǒng)的擾動(dòng)，使系統(tǒng)能夠自動(dòng)穩(wěn)定地運(yùn)行，應(yīng)該利用操作人員的切換操作經(jīng)驗(yàn)，采用閉環(huán)控制的方法；同時(shí)考慮汽包水位、給水流量、主汽流量、汽包壓力等參數(shù)以及它們的變化率，來決定S17－3閥的開啟及停止，必要時(shí)應(yīng)能使其關(guān)小一定的開度，簡單地采用按時(shí)間比例的方式進(jìn)行切換。

由于S17－3閥的特性不很清楚，現(xiàn)場條件又不允許對(duì)其進(jìn)行精確的特性試驗(yàn)，加之影響切換過程的參數(shù)多且關(guān)系復(fù)雜，因而采用常規(guī)的方法來控制S17－3閥的開啟與關(guān)閉的確存在一定的難度。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員有時(shí)能夠利用手動(dòng)操作完成這一切換過程。

在切換過程中，運(yùn)行人員通過觀察汽包水位的偏差及其變化率，給水流量的變化率，以及給水流量與主汽流量之間的平衡關(guān)系，來決定S17－3閥的開啟與關(guān)閉，從而保證了在切換過程中汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)變化，給水控制系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

在調(diào)研過程中，通過現(xiàn)場觀察操作人員在閥門切換過程中的實(shí)際操作以及與操作人員座談，可以總結(jié)出操作人員在閥門切換過程中的以下邏輯思維過程：

切換一般選擇在第一臺(tái)磨啟動(dòng)后，第二臺(tái)磨啟動(dòng)前進(jìn)行；切換前一般先將汽包水位的給定值降低（設(shè)定值由原來的0降低到-25 mm左右），以防止在S17－3閥開啟的初始階段由于給水流量的突然增加而使汽包水位超越上限；操作人員的操作主要依據(jù)汽包水位H、給水流量F、蒸汽流量D的測量值及其變化量ΔH、ΔF、ΔD，給水流量F與蒸汽流量D的差值(F-D)及其變化量Δ(F-D)，以及汽包壓力P的高低來決定主給水閥(S17－3）的開啟、停止開啟和關(guān)閉。

操作人員的操作過程可用下列條件語句表示：

if H=NL and ΔNL then open S17－3;

…

if H=NM and ΔH=PM then stop open S17－3;

…

if H=NS and ΔH＝NL then open S17－3;

…

if H=NS and if ΔH＝NB then open S17－3;

…

由以上分析可見，采用模糊控制理論，運(yùn)用操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出滿足工藝要求的切換方案。

3切換方案的設(shè)計(jì)

3．1輸入/輸出變量的確定

3．1．1輸入/輸出變量的確定

由于汽包壓力P、汽包水位H、給水流量F和主汽流量D以及它們的變化率等參數(shù)均對(duì)S17－3閥的動(dòng)作有關(guān)，例如，若汽包壓力P過低，或汽包水位H過高，或主汽流量D（反映負(fù)荷的大小）較小時(shí)，S17－3閥不能開啟。因而都可以作為模糊控制器的輸入量；在切換過程中，除了要控制S17－3的動(dòng)作外，調(diào)節(jié)門C10－1的開度和變速給水泵的轉(zhuǎn)速等都需要進(jìn)行控制，即它們都可以作為模糊控制器的輸出變量。這就是說，若將上述參數(shù)都作為模糊控制器的輸入量和輸出量，將構(gòu)成一個(gè)多輸入/多輸出的模糊控制器，如圖2所示。這樣一來，模糊控制器的結(jié)構(gòu)將會(huì)變得非常復(fù)雜。

方案中的有關(guān)參數(shù)，是在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次修改以后確定的。該切換方案現(xiàn)場運(yùn)行情況良好，基本能滿足機(jī)組運(yùn)行工況及給水全程控制系統(tǒng)的要求。

4結(jié)束語

本文在對(duì)某電廠300 MW單元機(jī)組燃煤鍋爐給水系統(tǒng)閥門切換的改造過程中，利用模糊控制技術(shù)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況及運(yùn)行資料，通過大量的實(shí)驗(yàn)分析，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的給水閥門切換邏輯，使燃煤鍋爐給水系統(tǒng)給水閥門實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，解決了大容量單元機(jī)組燃煤鍋爐實(shí)現(xiàn)全程給水自動(dòng)控制所必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。在經(jīng)濟(jì)上，本系統(tǒng)的投運(yùn)，不僅節(jié)約了改造、更換給水系統(tǒng)所需的大量資金，同時(shí)，由于機(jī)組的啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)，大大縮短了啟動(dòng)時(shí)間，使機(jī)組啟動(dòng)過程中消耗的燃料量明顯下降，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。在技術(shù)上，本文提供了模糊控制技術(shù)在實(shí)際控制工程中應(yīng)用的一種思路。

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