智能控制技術在電力過程控制中的研究討論

摘要：基于自動控制原理和智能控制理論，以目前唐山熱電公司2號機組的200MW運行工況為例，研究并設計電力工業鍋爐燃燒控制系統。根據機組設計參數，構建利用其動態特征參數的模型，運用F系列可編程邏輯控制器，對控制系統進行穩定性判斷及控制參數的調整。進而提高系統的安全性，穩定性和調節精度，最終實現節能增效的目的。

關鍵詞：智能控制技術；電力過程；研究

1 問題的提出

針對河北大唐國際唐山熱電公司（簡稱“唐熱”）#2機組的具體運行情況，對鍋爐燃煤過程提出優化改造方案，增加一控制調整系統，以達到節能增效的最終目的。在日常運行過程中，現唐熱采取分層上煤方案，同時在爐膛中新加的燃煤與原爐膛高溫的燃料混合充分，加之合理配風，使其具有良好的著火條件，這種方式雖然可以燃燒任何煤種，但是由于各種燃煤的燃點、水分和揮發分不一，伴隨符合變化，使得給煤量和爐溫變化很難控制。其次，對于熱量高的煤種，為防止爐膛結焦，同時又要保證燃料的充分燃燒，排煙溫度要努力降至在180℃--200℃，但是當所給負荷大幅急劇晃動時（△=±20MW/min），易造成結焦或停爐事故。因此在遇到這類情形時，僅靠人為操作，很難做到精細調整和保證安全運行，所以針對該機組的鍋爐燃燒過程設計出一套安全可靠，性價比高，操作簡易的自動控制系統，實現對燃燒過程中的精細快速追蹤控制，以滿足日常的工作要求。

針對唐熱的實際情況，我們運用智能控制原理的相關知識，對排煙溫度溫度進行控制。根據電廠鍋爐的控制特點及實際生產要求，我們采用智能控制方案對溫度進行控制。綜合對象的各種運行特征信息，運用分析、判斷、推理等人工智能知識，選擇不同的控制策略對被控過程進行智能化調節。在硬件設備上，選用Fl-40MR可編程控制器，以期獲得良好的調節效果和較佳的性能價格比，使控制裝置達到運行安全可靠系統調節品質良好，操作維修方便的要求。

2 智能控制模型的建立

2.1 智能控制原理簡介

控制理論經過了經典控制理論和現代控制理論兩個具有里程碑意義的重要階段，在科學理論和實際應用上都取得了輝煌的成就。當今，國內外控制界都把復雜的系統的控制作為控制科學與工程科學發展的方向，并以大型復雜工業過程作為重要的背景領域。在過去的二十幾年中，以模糊控制、神經網絡和遺傳算法等為主要內容的智能控制技術取得了長足的發展，在一些非線性或難以建立對象解析模型的系統控制中發揮著重要作用。

2.2 控制系統模型建立

在本控制系統中，我們選用系統被調量溫度T，系統輸出誤差e及誤差變化率de/dt為系統特征模型集Φ:

Φ=?椎１，?椎2，... ...，?椎n

Φ中每一元素代表某一狀態特征。系統擾動響應曲線中具有四個明顯的信息持征區域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。在四個不同區域系統誤差e(k)及■(k)的大小和方向都是不同的， 為減小系統的響應時間和提高穩態精度，所應施加的控制量大小及控制策略均應有所不同。

與系統特征模型對應， 控制策略由控制集決定：

Φ=?椎１，?椎2，... ...，?椎n

控制集Φ中元素?椎i=i=1，2，... ...，n由不同的控制策略及控制算法組成。根據不同的狀態特征， 系統由產生式規則(IF--THEN規則)實現與控制集的映射。

本文所設計的控制系統，基于唐山熱電#2機組為研究對象，以實際負荷指令200MW為研究條件，在未使用此控制系統參與調整前，機組給煤量總量為115t/h，此時給煤機平均電流為35A，此時汽包壓力15MPa，排煙溫度為220℃。

2.3 穩定判據

在一定時間內取系統誤差絕對值的平均值：

■（K）=■■|e（k-i）|

與兩個規定閥值W1和W2比較（W1

C=■

當c>0時表明系統趨向不穩定。在系統出現不穩定或趨向不穩定時， 映射到控制集中， 產生相應的保護性控制輸出。

2.4 模糊邏輯控制及PID參數調整

在一般情況下，經系統特征信息映射， 控制量由PID調節器計算輸出。PID調節器參數可根據系統誤差特征信息調整。根據系統擾動響應曲線，可得到擾動響應振蕩周期TP ，根據規則對PID調節參數進行校正：

KI=■;

KD=0.125×TP;

其中KI：PID調節器積分時間常數；KD：微分時間常數。

3 系統的實現

3.1 PLC簡介

PLC，Programmed Logical Controller，即可編程邏輯控制器，是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各類機械的生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的設計。

圖3-1 可編程邏輯控制器原理圖

可編程序控制器構成的存儲程序控制系統的組成部分：

（1）輸入部分：它們直接接受來自操作臺上的操作命令，或來自被控對象上的各種狀態信息，如按鈕、開關、傳感器等。

（2）輸出部分：它們用來接受程序執行結果的狀態，以操作各種被控對象，如電動機、電磁閥、狀態指示部件等。

（3）邏輯部分：采用微處理器和存儲器，執行按照被控對象的實際要求編制并存入程序存儲器的程序，來完成控制任務。

3.2 系統控制原理圖的設計

在電力工業鍋爐燃燒控制系統設計中，排煙溫度是主要被調參數。由于生產負荷變化， 要求還應根據鍋爐汽包壓力的變化適當調整溫度給定值。系統中給煤滑差電動機本身構成一速度反饋閉環系統，構成整個系統內環。以智能控制器為主的控制原理框圖如圖3-2所示。

圖3-2鍋爐控制系統原理圖

本系統控制軟件全部采用F系列可編程控制器指令編寫，依據目標評估模糊控制規則，對控制的結果加以預測，并根據預測的結果來確定采取的控制行動。

在現有的模糊控制系統中，大多數情況均采用這種形式。模糊控制規則的后件可以是過程狀態變量的函數。

R1規則的意思是若e（k）、■（k）都較小，則輸出u（k）維持不變，R2規則是當e（k）> 5時，進行偏差累計計算，R3規則是若偏差量的平均值 ■(k)?叟50(W2)， 系統將不穩定，在當前偏差為正且較大時系統輸出最小值Umin ；R4規則是正常調節范圍內進行PID調節。

e（k）>5，進行累加，存放（710），記錄累計次數，執行R2規則，比較■（k）

■（k）累加10次后，計算■（k）

■（k）?叟50，（205）=1

執行R1規則，執行R3規則，執行R4規則

3.3 模擬仿真

根據上述規則，用梯形圖編寫程序并進行模擬仿真，利用智能控制方法對鍋爐燃燒系統進行控制，克服了系統慣性大，擾動因素多，燃燒過程中熱、化反應快，易結焦等問題，在唐山熱電公司工業鍋爐控制中獲得了成功的應用。在實際應用中，系統始終準確地穩定在給定溫度下運行，大大減輕了工人的勞動強度，增加了調整的精度。在運行試驗中，進行了突加給定試驗，系統在智能控制器調節作用下，很快達到了新的平衡點。系統響應T（k）及控制輸出信號u（k）如圖3-3所示。

圖3-3 系統響應T(k)及控制輸出信號u(k)

整個調節過程很快完成，調整后，200MW負荷工況下，排煙溫度控制在186℃左右，且較為穩定。說明系統具有相當好的動、靜特性。

參考文獻

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