自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用

趙佳昕（大慶油田電力集團油田熱電廠熱工分廠，黑龍江 大慶 163000）

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自動控制理論在火電廠熱工自動化中的應(yīng)用

趙佳昕
（大慶油田電力集團油田熱電廠熱工分廠，黑龍江 大慶 163000）

摘 要：隨著科學技術(shù)的進步，自動控制理論越來越成熟。但是，該理論在火電廠熱工自動化的運用上并沒有發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。因此，本文將針對自動控制理論在火電廠熱工自動化的實際操作進行分析和探討。這將為我國的工業(yè)化發(fā)展開辟新的路徑，有利于達到工業(yè)生產(chǎn)或設(shè)備運行過程性能指標的最佳預(yù)期狀態(tài)，即實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益的顯著性提高。

關(guān)鍵詞：自動控制理論；熱工自動化；主蒸汽壓力；LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)策略；智能儀器

在當代社會，自動化控制系統(tǒng)被運用在多個行業(yè)之中，并取得了一定的成果。火電廠熱工自動化作為一項新興技術(shù)將結(jié)合熱力學原理，使用智能儀器對火電廠的相關(guān)參數(shù)進行有效的監(jiān)控和測量。這一行為將有利于企業(yè)的高效運作，減少不必要的能源消耗，同時能夠節(jié)約人力、物力成本，保證機組的穩(wěn)定運行，推動火電廠的可持續(xù)發(fā)展。

一、火電廠熱工自動化的組成及現(xiàn)狀

圖1 火電廠自動化系統(tǒng)的組成

火電廠熱工自動化是指企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用自動化儀器來代替一部分的人工操作，加強對火電廠運作的智能化管理和控制，對提高生產(chǎn)效率，強化預(yù)警機制有著重要的現(xiàn)實意義。一般情況下，我們將自動控制理論劃分成經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。經(jīng)典控制理論主要是通過狀態(tài)空間法建立更為系統(tǒng)的數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)運行的狀態(tài)進行規(guī)律性探究，在逐步優(yōu)化產(chǎn)品性能的過程中實現(xiàn)最優(yōu)目標。而現(xiàn)代控制理論主要通過線性控制理論和最優(yōu)估計的方式，對動態(tài)系統(tǒng)進行自我辨識和控制，進一步實現(xiàn)自動化。而智能控制理論則是結(jié)合了前兩者的優(yōu)勢，交叉發(fā)展，能夠綜合火電廠的問題，實現(xiàn)機組負荷調(diào)節(jié)與控制，有利于減少機前的操作壓力，進一步形成火電廠的自動化系統(tǒng)，具體組成部分如圖1所示。

現(xiàn)階段，我國的火電廠主要涉及四個方面的內(nèi)容，包括自動檢測、自動控制、自動保護和自動報警。自動檢測主要是指該項作業(yè)是由自動化儀器自行完成對火電廠氣壓、溫度、流量等參數(shù)的實時測量，能夠保證機組的正常運轉(zhuǎn)，具有至關(guān)重要的作用。而自動控制貫穿于整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，當設(shè)備不再滿足運行條件時，自動保護功能將直接對機組進行初步地診斷和調(diào)試，面對重大數(shù)據(jù)問題將直接終止工程。而自動報警將會提示工作人員盡快修改參數(shù)，減少由于機組故障帶來的損失。

六七十年代，計算機事業(yè)在我國蓬勃發(fā)展，自動化技術(shù)在我國取得了突破性發(fā)展，自動控制系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)的輸入和輸出。因此，如何將信息技術(shù)與火電廠進行智能化的結(jié)合，仍是一個緊迫的問題。近幾年，我國首臺60萬超臨界機組實現(xiàn)了初步運行，這也是我國火電廠在生產(chǎn)設(shè)備上的一次重大突破。此外，SIS的開發(fā)和投放使用能夠解決一些實際問題，但是想要達到更高的水平，與國際接軌還有一段很長的路要走。

二、火電廠熱工自動化控制系統(tǒng)的作用

1 擴展管理信息系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)主要是指在結(jié)合計算機原理的基礎(chǔ)上，通過輔助手段對多種設(shè)備進行全程的監(jiān)控，即建立更加完善的管理信息系統(tǒng)。DCS是一種較為成功的架構(gòu)模式，其主要使用了分布式控制系統(tǒng)。換句話說，DCS有著更強的控制能力。具體來說，除了自身的DCS控制器外，還可以加入PCL控制器，這就實現(xiàn)了系統(tǒng)的自我擴展，增加了可利用的范圍和形式。

2 有利于積累高級算法模塊

在我國自動化技術(shù)發(fā)展的歷程中，系統(tǒng)自行累計了很多高級算法模塊。例如，ZT600系統(tǒng)中，包含的設(shè)計模塊能夠有效的實現(xiàn)障礙的自我報警和保修。這就證明了現(xiàn)代計算機傳遞技術(shù)能夠快速的實現(xiàn)信息上的對接，提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。一般情況下，大多數(shù)設(shè)備的計算模塊相當于0.5K梯形圖的邏輯總量，因此，想要通過PCL來完成各項作業(yè)時，需要經(jīng)過多種模塊，其形式也就復(fù)雜的多。當然，PCL自身也存在一些問題，包括下載修改率、運行調(diào)試過程中出現(xiàn)的不正常情況等。

三、自動控制理論在火電廠熱工自動化中的運用

1 自動控制理論在火電廠設(shè)備上的使用

火電廠熱工自動化的興起是一個必然的趨勢。作為一門新的技術(shù)，以自動控制理論為載體，融入網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、熱能工程技術(shù)，配合儀器儀表的使用，能夠?qū)痣姀S運作的相關(guān)系數(shù)進行排查和控制，實現(xiàn)對火電廠的智能化、科學化管理。該項舉措能夠在節(jié)約成本的同時，減少事故發(fā)生的頻率，有利于火電廠安全、穩(wěn)定的運行。而自動化控制技術(shù)經(jīng)常被用于火電廠汽機和鍋爐，針對突發(fā)情況進行及時的報警和反饋。

2 自動控制理論在新產(chǎn)品上的應(yīng)用

隨著科學技術(shù)的更新，變送器、傳感器等多項設(shè)備的性能也得到了提高。除此之外，創(chuàng)新材料和創(chuàng)新工藝也是火電廠發(fā)展的一項重要工作。因此，自動化控制理論也要結(jié)合新的實際狀況進行革新，這不僅僅是一次理論上的進步，更要為生產(chǎn)服務(wù)，努力實現(xiàn)火電廠熱工的全自動化。

四、實例分析——主蒸汽壓力在火電廠熱工自動化過程中的實際運用

1 主蒸汽壓力及其調(diào)節(jié)策略

主蒸汽壓力是對火電機組安全性檢測的重要參數(shù)之一，能夠調(diào)節(jié)機組的負荷，是鍋爐汽機能力平衡的重要指標。鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)由三大模塊組成，分別是：燃料調(diào)節(jié)、引風調(diào)節(jié)和送風調(diào)節(jié)。這三個子系統(tǒng)將直接影響著主蒸汽壓力。因此，主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)手段主要是以能量平衡為出發(fā)點，在此基礎(chǔ)上通過定制偏差進行合理的調(diào)試。

主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)主要有兩個方面。第一是串級調(diào)節(jié)策略，另一是串級模糊調(diào)節(jié)策略。具體來講，串級調(diào)節(jié)策略是在利用自動控制理論的基礎(chǔ)上，通過Matlab進行模擬實驗，并與單一回路的PID進行比較，針對系統(tǒng)的特性進行調(diào)整，有利于克服燃料側(cè)內(nèi)帶來的困擾。其特征主要表現(xiàn)為，由于存在一定程度的隨機分量，必然會增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的誤差，造成調(diào)節(jié)量上的失準，進一步引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)的多項問題。

2 主蒸汽壓力LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)策略

熱慣性強、容量大，這些都是火電廠鍋爐的本質(zhì)特點。因此，在調(diào)節(jié)的過程中不可避免地會出現(xiàn)延遲的情況。而延遲會直接導致調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，對火電廠鍋爐的運作造成了一定的安全隱患。PID調(diào)節(jié)器和Smith預(yù)估器能夠根據(jù)這一具體問題進行功能上的改善。通過自動控制理論，主蒸汽壓力LQ在優(yōu)化系統(tǒng)的過程中會持續(xù)降低延遲的維度，實現(xiàn)調(diào)控過程的最優(yōu)。因此，研究人員還建立了e的近似模型，通過數(shù)學函數(shù)的表達式，將有限的維度狀態(tài)進行展現(xiàn)。與此同時，PID調(diào)節(jié)器和Smith預(yù)估器也存在著自身的問題，例如，調(diào)節(jié)精度低和魯棒性較弱等，因此，想要實現(xiàn)最優(yōu)的控制方案需要進行線性二次型問題的探討，從而優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)行為。換個角度來說，工程師想要解決PID調(diào)節(jié)器觀測精度低的問題，必須對二階慣性環(huán)節(jié)進行分析，將延遲環(huán)節(jié)中e的維度系數(shù)降為1，建造主蒸汽壓力的近似模型，將有限維狀態(tài)的空間性觀測能力與系統(tǒng)的能控性進行結(jié)合。除此之外，火電廠的熱工儀表也有一定的缺陷，集中表現(xiàn)為存在非線性特征。因此，我們必須提高儀器儀表的準確度，這就需要結(jié)合智能控制理論，通過仿真實驗來解決具體問題。常規(guī)的解決方法有：CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正測溫傳感器非線性特性法、遺傳算法辯識節(jié)流式流量儀表非線性特性法等。

綜上所述，我們認為主蒸汽壓力是現(xiàn)階段火電廠面對的重要課題，需要我們結(jié)合自動控制理論，克服燃煤量內(nèi)外擾動等問題。而LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)策略能夠針對該問題進行嚴格的把控，值得火電企業(yè)借鑒和推廣。

結(jié)語

通過上述分析，我們得知合理的運用自動控制理論，能夠為火電廠熱工自動化的發(fā)展提供新的契機。有利于火電企業(yè)提高自身的工作效率，減少對能源的消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，保障生產(chǎn)安全。自動控制理論作為火電廠發(fā)展的一個重要節(jié)點，受到了更多企業(yè)的關(guān)注。提高發(fā)電機組的工作容量，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，將自動控制理論有效的與實際生產(chǎn)相結(jié)合，這對企業(yè)的發(fā)展有重要的推進作用。

參考文獻

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中圖分類號：TM621

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