計算機智能技術在火力發電運行中的使用分析

王鋒

摘要：目前國內火力發電廠運行過程中已經廣泛使用計算機，為確保火電廠能夠實現安全、可靠的發電，需要使用計算機智能技術進行采集、運算、自動控制等。計算機智能技術是計算機技術、自動控制理論以及現代通信網絡技術緊密結合的產物，控制理論的發展，尤其是現代控制理論的發展，與計算機技術息息相關。利用計算機快速、強大的數值計算、邏輯判斷等信息加工能力，計算機控制系統可以實現比常規控制更加復雜、更加全面的控制方案;而且隨著通信技術的發展強大，進一步羅占了計算機的信息處理能力。同時，計算機智能技術應用于火力發電等工業領域，進一步推動了計算機智能技術的發展。

關鍵詞：火力發電;計算機;測量;自動;智能;技術

近年來隨著經濟建設的發展，電力供應為經濟建設提供重要的基礎保障，而火力發電是國內電力供應的主力，如何能夠快速準確的測量溫度、壓力、流量、物位等各種連續模擬量，建立合理的控制策略，這對于火電廠實現整體自動化來說是十分重要的，也是其實現電廠自動化的重要保障。通過闡述我廠火電廠計算機控制技術的應用，能夠為火電廠今后發展提供一定的指導建議，進一步實現火電廠高度智能化。計算機技術的發展以及其在工業中的廣泛利用，也使計算機測量儀表技術得以發展，火電發力廠存在多個模擬量測點和PID調節回路控制對象，因此對于電力生產來說具有較高的連續性要求，同時也對火電廠發電運行過程中計算機智能技術提出了更高的要求。

一、計算機工智能技術在電廠控制系統中得到了廣泛需求

以我廠為例，我廠存在鐵路專用線，具有較為便利的交通運輸線路，同時也是該地區比較大的電力生產基地，每年預計能夠生產50--60億度電，供熱達130萬平方米。近幾年我廠將過去旋風式除塵器轉變為靜電除坐器，同時通過實現內部聯產改造，完成熱電聯產改造工程，能夠從一定程度上控制大氣污染，同時進一步提升發電廠的供熱質量，能夠使該地區空氣質量有顯著提升，也能夠帶動該地區的經濟效益和生態效益。我廠無論從現場各物理量參數的測量、信號的分析與處理、控制策略的制定和執行以及SIS.MIS系統的使用，處處都有著計算機智能控制系統在發揮作用。

計算機智能技術是借助計算機技術同時融合了其他學科，它是在常規儀表控制的基礎上發展起來的，將自動控制系統中控制器的功能用計算機或數字控制裝置來實現，就構成了計算機計算機控制系統，其原理圖如圖1。

整個控制過程分為三步：對被控參數的瞬時值進行實時采集，并輸入計算機;對采集到的表征被控參數的狀態量進行分析，并按已確定的控制規律，進行控制;根據做出的控制決策，適時地向執行機構發出控制信號，完成過程控制。在計算機控制系統中，控制規律是用軟件實現的，計算機內編寫好控制程序，就能實現對被控參數的控制。因此，要改變控制規律，只要改變控制程序即可，這就使得計算機智能控制更加靈活，方便，特別是可以利用計算機強大的計算、邏輯判斷、極易、信息傳遞功能，可以實現更加智能的操作方式，如非線性控制、邏輯控制、模糊控制、自適應控制等智能控制方式。

二、計算機技術在DAS系統中應用日益廣泛

近年來隨著傳感器數據融合技術的發展，在電力系統收獲的廣泛應用。目前在火電廠設備中廣泛應用智能儀表，由于其處于不間斷工作狀態，通常所運行環境比較惡劣，多種干擾也會給儀表測量校準帶來較大難度，特別是在連續的生產過程中，現場變送器的線性度會隨著傳感器的疲勞或者信號處理單元電子元件所處高溫等環境因素帶來的溫度漂移而逐漸降低，測量誤差隨之增大。為了更方便、更準確有效的進行測量以及定期或不定期對現場使用儀表進行校驗，因此如何提高測量精度是控制系統的主要問題。

在實際生產過程中，大量的參數由儀表發送并經A/D通道或DI通道巡回采集后送入計算機，由計算機對這些數據進行分析處理，并按操作要求進行屏幕顯示、制表打印和越限報警。傳統在進行儀表測量過程中，使用算術平均值的數字濾波方式來克服外界干擾，然而其主要是建立在測量結果成正態分布特點，且多次測量的情況下實現的。對于有限次數的測量，雖然采用算術平均值的方法能夠改善測量結果，然而從統計角度上來看并不是最好的校準結果表示方法。采用數據融合方式能夠解決這些問題，通過使用參數估計地推估算方法能夠獲取更好的測量結果，恒定測量值疊加噪聲數據仿真分析，可從結果方差分析進一步發現該方法相比數字濾波能夠有效克服外界噪聲，提高儀表的測量精度。計算機技術應用到數據采集、處理的全過程，對模擬量進行采樣、增益最佳化、信號規格化、合理性檢查、零偏校正、熱電偶冷端補償、非線性矯正、越限處理、工程量變換、數字濾波、開方計算、上下限報警等處理，才能使測量信號較為真實的反映現場實際。

數據采集和處理是比較復雜的工作，目前精密測量儀器已經逐漸實現智能化和自動化方向發展，嵌入式計算機也應用于測量儀表校準過程中，在自動控制測量數據采集，分析，結果輸出等方面起著十分重要的作用。然而在微弱信號測量儀表校準中，嵌入式計算機應用還需要進一步研究。相比其他的儀表校準儀器來說微弱信號測量儀表校準器能夠解決抑制噪聲和解除干擾等問題，但是微弱信號測量電路相比嵌入式計算機測控系統來說相互干擾程度較大，尤其是計算機測控系統各部分會影響微弱信號測量干擾源。解決微弱信號測量電路與計算機測控電路的電磁兼容問題，實際上就是在微弱信號測量儀表校準器中應用計算機軟件的過程。

近年來，納服電壓標準裝置是基于低頻小電壓標準裝置，可將其用于嵌入式計算機微弱信號測量儀表校正中，解決儀表內部的電磁兼容問題，有效控制并進行數據采集，處理，噪聲抑制，量程校準，實現頻率特征改善等。在這一裝置中濾波器完成初步濾除工作頻外的其他干擾信號和噪聲，相關處理器能夠有效抑制噪聲和解除干擾，通過計算機可實現數字濾波，這也是有效降低噪聲的這種方法。計算機通過邏輯控制電路和電子開關鍵能夠對相關處理器，程控放大器等實現自動控制，進一步實現量程衰減器衰減幅度選擇，時間常數設置，濾波器帶寬設置數據處理，量程校準等。

三、計算機智能技術在控制系統中占據主導地位

傳統的控制策略隱含著兩個前提，一是要求對象的模型是精確地、不變化的且是線性的;二是操作條件和運行環境是穩定的、不變的。但隨著工業領域的擴大，控制精度和性能要求的提高，必須考慮控制對象參數乃至結構的變化、非線性的影響、運行環境的改變、環境干擾因素等各種不確定因素的影響，才能得到滿意的控制效果。因此計算機智能控制已經占據控制系統主導地位。控制部分是計算機智能技術的核心。按其所具有回路數的多少，可以分為單回路、雙回路和多回路控制。多回路的控制最多達到數百個回路，控制算法的數目從幾十種到上百種。隨著計算機技術和控制理論的發展，控制熊變得越來越強大。控制方式從早期只有連續控制功能的傳統控制，已發展到普遍具有邏輯控制、順序控制、批量控制和各種智能控制方式。控制算法也從傳統的PID控制、反饋一前饋負荷控制、自適應控制、非線性控制等傳統算法，發展到smith預估控制、多變量解耦控制、模糊控制和神經網絡控制、預測控制及遺傳算法等更加智能的控制方式。各種控制策略各有不同且各有特長，但都存在某方面的不足。因此，必然的發展趨勢是各種控制策略相互滲透、取長補短，結合成復合的控制策略，克服單獨控制策略的不足更好的滿足不同應用的不用要求。

四、計算機智能技術在DAS系統應用中遇到的困難

對于火力發電廠來說，及時、準確、可靠地獲取現場設備的信息是計算機智能技術的基本要求，可靠、高效的現場控制網絡則是迅速而有效地收集和傳送現場生產與管理數據的基本保障。但是在發電運行過程中所使用的計算機智能技術，還有很長的路要走。

首先，在安裝和調試時，由于熱工自動化系統比較復雜，需要合理進行設計并完成儀表校驗安裝，才能確保其實現應有功能。對于熱工自動化系統來說，儀表的調試和檢驗是十分重要的，其指標是否可達到相應標準的要求，需要對儀表數據存在異常的部分進行檢測檢驗。對于自動化儀表來說，因測量介質壓力溫度的變化，完成安裝工作后，需要對不同設備測量出來的真實值進行準確評估，嚴格按照技術方案要求，滿足熱工自動化系統的運行高質量。在檢查過程中一旦出現自動化儀表數據不準或者設備安裝不協調問題，需要及時進行設計改良和調整，盡可能使偏差度降低到最低范圍。

其次，管路系統安裝和維護也是比較重要的，是整個火電廠自動化儀表性能準確的前提，也是火電廠自動化儀表安裝調試的重要問題。從整個機組性能和運行角度上分析，可以使得在整個線路安裝連接調配中實現管路系統的合理鋪設，并能夠使機構優化，從而實現布局嚴密，在實際中能夠確保自動化儀表在整體系統中穩定，進而使各個設備實現協調，有效控制各個方面，確保火力發電廠自動控制系統高效率運行。

現場測量儀表失真也是對計算機智能控制系統面臨的一大問題。火力發電廠部分儀表在運行一段時間之后會出現故障問題，需要采用計算機控制系統對所存在的故障進行比較，分析存在的故障類型和維護方向的認定。在設備投入使用之后需要詳細記錄部分參數，并對這些重要參數進行備份，在儀表運行中很多數值是不斷變化的，當數值發生較大幅度變化時基本可以認為該儀表存在故障，根據計算機測量校驗儀表所分析的數據變化結果，能夠對故障類型和存在的未知可能性進行準確判定。對于儀表存在的故障，工作人員還需要對顯示數據是否合理，且處于可接受范圍進行準確評定。采用計算機智能技術，如果儀表測量的數值在短時間內發生突變，或者測量同一參數不同儀表之間存在的差值偏差較大時，則認為測量儀表發生故障，需要立即采取應急方案，自動切除故障信號或者解除自動控制，同時發出報警提醒運行人員，一邊及時聯系維護人員在短時間內找到跟故障問題完成檢修工作，避免因為儀表測量失真危及機組安全穩定運行。

干擾信號的存在也在時時考驗著計算機系統的安全可靠。現場儀表往往分布在生產現場的各個地方，因而計算機的工作環境惡劣，遭受頻繁干擾。干擾的來源是多方面的，有事甚至是錯綜復雜的。干擾有的來自外部，有的來自內部。這些干擾會影響系統的測控精度，降低系統的可靠性，甚至導致系統的運行混亂，進而造成事故。因此需要抑制干撫信號進入計算機控制系統，制定相應的、行之有效的抑制或消除干擾的措施。雖然現在使用著很多的控制措施，例如信號隔離技術、CPI抗干擾技術、接的技術、供電技術等硬件抗干擾措施以及數字濾波技術等軟件抗干擾措施，還需要對干擾源進行深入研究，采取更加完善的抗干擾措施，保證計算機控制系統的穩定運行。

五、計算機智能技術在以后應用中的思考

雖然計算機智能技術在現在的應用中還是存在很多問題，但是它的優點還是十分突出的，主要表現在：

1.能對較弱的信號進行有效處理，高精度模擬信號數字轉換技術也日益成熟，各種數學模型的建立，能夠最大限度的實現數字模擬化;加上現代通訊網絡的蓬勃發展和日益廣泛的應用，對計算機智能控制系統提出了更高的要求：現場設備的智能化與功能自治性;互操作與互用性;很強的容錯能力與高可靠性、高安全性。

2.充分利用計算機軟件、硬件設施，能夠實現儀器儀表的自動診斷、自動校驗、自動調整、自動補償技術，實現儀器儀表的智能化，準確測量現場物理量的實時變化;測控設備PC化大量運行虛擬儀器儀表技術，并使儀器儀表網絡化，生成網絡儀器儀表與遠程測控系統。

3.先進的控制算法優化控制軟件、組態軟件、工業過程控制軟件，將其運用到現場實際工作中，從而使現場的控制算法更加成熟，控制日益精確。

4.現場總線協議技術得到了日益廣泛的應用，Ethemet+TCP/IP的傳感器、變送器可以直接成為網絡的節點。現場總線設備實時技術管理逐漸全面、完善，移動機器人以及各種自動化設備可以通過無線鏈路直接在網絡上傳輸、發布和共享，使得數字電廠、智能化電廠如雨后春筍般大量出現，對計算機智能技術的需求越發迫切。

總而言之，及時、準確、可靠地獲得現場設備的信息是計算機控制系統的基本要求，可靠、高效的現場控制網絡則是迅速有效地收集和傳送現場生產與管理數據的基本保障。目前，網絡技術的迅速發展引發了計算機控制領域中深刻的技術變革。計算機智能控制系統的結構沿著網絡化、開放性的方向發展時計算機智能控制系統技術發展的潮流。網絡化、開放化、智能化和集成化時工業領域內計算機控制系統的發展方向。現場總線技術、以太網控制技術、分布式網絡控制技術與企業網絡技術的出現和發展，將推動計算機智能控制的全方位技術進步。

參考文獻：

[1]趙玉林.分析無損檢測技術在火力發電廠鍋爐“四管”檢驗中的運用[J].科技創新與應用，2017（14）.

[2]劉艷明.火力發電設備控制系統中計算機智能技術的應用分析[月.電子技術與軟件工程，2017（2）：260-260.

[3]王磊.火力發電廠鍋爐運行中優化策略分析[J].山東工業技術，2017（16）：179-179.