計算機(jī)智能技術(shù)在火力發(fā)電運(yùn)行中的使用分析

王鋒

摘要：目前國內(nèi)火力發(fā)電廠運(yùn)行過程中已經(jīng)廣泛使用計算機(jī)，為確保火電廠能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠的發(fā)電，需要使用計算機(jī)智能技術(shù)進(jìn)行采集、運(yùn)算、自動控制等。計算機(jī)智能技術(shù)是計算機(jī)技術(shù)、自動控制理論以及現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，控制理論的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，與計算機(jī)技術(shù)息息相關(guān)。利用計算機(jī)快速、強(qiáng)大的數(shù)值計算、邏輯判斷等信息加工能力，計算機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)比常規(guī)控制更加復(fù)雜、更加全面的控制方案;而且隨著通信技術(shù)的發(fā)展強(qiáng)大，進(jìn)一步羅占了計算機(jī)的信息處理能力。同時，計算機(jī)智能技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)一步推動了計算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電;計算機(jī);測量;自動;智能;技術(shù)

近年來隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電力供應(yīng)為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供重要的基礎(chǔ)保障，而火力發(fā)電是國內(nèi)電力供應(yīng)的主力，如何能夠快速準(zhǔn)確的測量溫度、壓力、流量、物位等各種連續(xù)模擬量，建立合理的控制策略，這對于火電廠實(shí)現(xiàn)整體自動化來說是十分重要的，也是其實(shí)現(xiàn)電廠自動化的重要保障。通過闡述我廠火電廠計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)榛痣姀S今后發(fā)展提供一定的指導(dǎo)建議，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)火電廠高度智能化。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及其在工業(yè)中的廣泛利用，也使計算機(jī)測量儀表技術(shù)得以發(fā)展，火電發(fā)力廠存在多個模擬量測點(diǎn)和PID調(diào)節(jié)回路控制對象，因此對于電力生產(chǎn)來說具有較高的連續(xù)性要求，同時也對火電廠發(fā)電運(yùn)行過程中計算機(jī)智能技術(shù)提出了更高的要求。

一、計算機(jī)工智能技術(shù)在電廠控制系統(tǒng)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(yùn)輸線路，同時也是該地區(qū)比較大的電力生產(chǎn)基地，每年預(yù)計能夠生產(chǎn)50--60億度電，供熱達(dá)130萬平方米。近幾年我廠將過去旋風(fēng)式除塵器轉(zhuǎn)變?yōu)殪o電除坐器，同時通過實(shí)現(xiàn)內(nèi)部聯(lián)產(chǎn)改造，完成熱電聯(lián)產(chǎn)改造工程，能夠從一定程度上控制大氣污染，同時進(jìn)一步提升發(fā)電廠的供熱質(zhì)量，能夠使該地區(qū)空氣質(zhì)量有顯著提升，也能夠帶動該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。我廠無論從現(xiàn)場各物理量參數(shù)的測量、信號的分析與處理、控制策略的制定和執(zhí)行以及SIS.MIS系統(tǒng)的使用，處處都有著計算機(jī)智能控制系統(tǒng)在發(fā)揮作用。

計算機(jī)智能技術(shù)是借助計算機(jī)技術(shù)同時融合了其他學(xué)科，它是在常規(guī)儀表控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，將自動控制系統(tǒng)中控制器的功能用計算機(jī)或數(shù)字控制裝置來實(shí)現(xiàn)，就構(gòu)成了計算機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)，其原理圖如圖1。

整個控制過程分為三步：對被控參數(shù)的瞬時值進(jìn)行實(shí)時采集，并輸入計算機(jī);對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已確定的控制規(guī)律，進(jìn)行控制;根據(jù)做出的控制決策，適時地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成過程控制。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是用軟件實(shí)現(xiàn)的，計算機(jī)內(nèi)編寫好控制程序，就能實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。因此，要改變控制規(guī)律，只要改變控制程序即可，這就使得計算機(jī)智能控制更加靈活，方便，特別是可以利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算、邏輯判斷、極易、信息傳遞功能，可以實(shí)現(xiàn)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(yīng)控制等智能控制方式。

二、計算機(jī)技術(shù)在DAS系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛

近年來隨著傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)收獲的廣泛應(yīng)用。目前在火電廠設(shè)備中廣泛應(yīng)用智能儀表，由于其處于不間斷工作狀態(tài)，通常所運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，多種干擾也會給儀表測量校準(zhǔn)帶來較大難度，特別是在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，現(xiàn)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(huán)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(zhǔn)確有效的進(jìn)行測量以及定期或不定期對現(xiàn)場使用儀表進(jìn)行校驗(yàn)，因此如何提高測量精度是控制系統(tǒng)的主要問題。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，大量的參數(shù)由儀表發(fā)送并經(jīng)A/D通道或DI通道巡回采集后送入計算機(jī)，由計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報警。傳統(tǒng)在進(jìn)行儀表測量過程中，使用算術(shù)平均值的數(shù)字濾波方式來克服外界干擾，然而其主要是建立在測量結(jié)果成正態(tài)分布特點(diǎn)，且多次測量的情況下實(shí)現(xiàn)的。對于有限次數(shù)的測量，雖然采用算術(shù)平均值的方法能夠改善測量結(jié)果，然而從統(tǒng)計角度上來看并不是最好的校準(zhǔn)結(jié)果表示方法。采用數(shù)據(jù)融合方式能夠解決這些問題，通過使用參數(shù)估計地推估算方法能夠獲取更好的測量結(jié)果，恒定測量值疊加噪聲數(shù)據(jù)仿真分析，可從結(jié)果方差分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該方法相比數(shù)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(jī)技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集、處理的全過程，對模擬量進(jìn)行采樣、增益最佳化、信號規(guī)格化、合理性檢查、零偏校正、熱電偶冷端補(bǔ)償、非線性矯正、越限處理、工程量變換、數(shù)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(shí)的反映現(xiàn)場實(shí)際。

數(shù)據(jù)采集和處理是比較復(fù)雜的工作，目前精密測量儀器已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)智能化和自動化方向發(fā)展，嵌入式計算機(jī)也應(yīng)用于測量儀表校準(zhǔn)過程中，在自動控制測量數(shù)據(jù)采集，分析，結(jié)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(zhǔn)中，嵌入式計算機(jī)應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。相比其他的儀表校準(zhǔn)儀器來說微弱信號測量儀表校準(zhǔn)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(jī)測控系統(tǒng)來說相互干擾程度較大，尤其是計算機(jī)測控系統(tǒng)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(jī)測控電路的電磁兼容問題，實(shí)際上就是在微弱信號測量儀表校準(zhǔn)器中應(yīng)用計算機(jī)軟件的過程。

近年來，納服電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置是基于低頻小電壓標(biāo)準(zhǔn)裝置，可將其用于嵌入式計算機(jī)微弱信號測量儀表校正中，解決儀表內(nèi)部的電磁兼容問題，有效控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，處理，噪聲抑制，量程校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)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(guān)處理器能夠有效抑制噪聲和解除干擾，通過計算機(jī)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波，這也是有效降低噪聲的這種方法。計算機(jī)通過邏輯控制電路和電子開關(guān)鍵能夠?qū)ο嚓P(guān)處理器，程控放大器等實(shí)現(xiàn)自動控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)量程衰減器衰減幅度選擇，時間常數(shù)設(shè)置，濾波器帶寬設(shè)置數(shù)據(jù)處理，量程校準(zhǔn)等。

三、計算機(jī)智能技術(shù)在控制系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位

傳統(tǒng)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(yùn)行環(huán)境是穩(wěn)定的、不變的。但隨著工業(yè)領(lǐng)域的擴(kuò)大，控制精度和性能要求的提高，必須考慮控制對象參數(shù)乃至結(jié)構(gòu)的變化、非線性的影響、運(yùn)行環(huán)境的改變、環(huán)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(jī)智能控制已經(jīng)占據(jù)控制系統(tǒng)主導(dǎo)地位?？刂撇糠质怯嬎銠C(jī)智能技術(shù)的核心。按其所具有回路數(shù)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(dá)到數(shù)百個回路，控制算法的數(shù)目從幾十種到上百種。隨著計算機(jī)技術(shù)和控制理論的發(fā)展，控制熊變得越來越強(qiáng)大?？刂品绞綇脑缙谥挥羞B續(xù)控制功能的傳統(tǒng)控制，已發(fā)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?？刂扑惴ㄒ矎膫鹘y(tǒng)的PID控制、反饋一前饋負(fù)荷控制、自適應(yīng)控制、非線性控制等傳統(tǒng)算法，發(fā)展到smith預(yù)估控制、多變量解耦控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預(yù)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(fā)展趨勢是各種控制策略相互滲透、取長補(bǔ)短，結(jié)合成復(fù)合的控制策略，克服單獨(dú)控制策略的不足更好的滿足不同應(yīng)用的不用要求。

四、計算機(jī)智能技術(shù)在DAS系統(tǒng)應(yīng)用中遇到的困難

對于火力發(fā)電廠來說，及時、準(zhǔn)確、可靠地獲取現(xiàn)場設(shè)備的信息是計算機(jī)智能技術(shù)的基本要求，可靠、高效的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)則是迅速而有效地收集和傳送現(xiàn)場生產(chǎn)與管理數(shù)據(jù)的基本保障。但是在發(fā)電運(yùn)行過程中所使用的計算機(jī)智能技術(shù)，還有很長的路要走。

首先，在安裝和調(diào)試時，由于熱工自動化系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要合理進(jìn)行設(shè)計并完成儀表校驗(yàn)安裝，才能確保其實(shí)現(xiàn)應(yīng)有功能。對于熱工自動化系統(tǒng)來說，儀表的調(diào)試和檢驗(yàn)是十分重要的，其指標(biāo)是否可達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要對儀表數(shù)據(jù)存在異常的部分進(jìn)行檢測檢驗(yàn)。對于自動化儀表來說，因測量介質(zhì)壓力溫度的變化，完成安裝工作后，需要對不同設(shè)備測量出來的真實(shí)值進(jìn)行準(zhǔn)確評估，嚴(yán)格按照技術(shù)方案要求，滿足熱工自動化系統(tǒng)的運(yùn)行高質(zhì)量。在檢查過程中一旦出現(xiàn)自動化儀表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或者設(shè)備安裝不協(xié)調(diào)問題，需要及時進(jìn)行設(shè)計改良和調(diào)整，盡可能使偏差度降低到最低范圍。

其次，管路系統(tǒng)安裝和維護(hù)也是比較重要的，是整個火電廠自動化儀表性能準(zhǔn)確的前提，也是火電廠自動化儀表安裝調(diào)試的重要問題。從整個機(jī)組性能和運(yùn)行角度上分析，可以使得在整個線路安裝連接調(diào)配中實(shí)現(xiàn)管路系統(tǒng)的合理鋪設(shè)，并能夠使機(jī)構(gòu)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)布局嚴(yán)密，在實(shí)際中能夠確保自動化儀表在整體系統(tǒng)中穩(wěn)定，進(jìn)而使各個設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，有效控制各個方面，確?；鹆Πl(fā)電廠自動控制系統(tǒng)高效率運(yùn)行。

現(xiàn)場測量儀表失真也是對計算機(jī)智能控制系統(tǒng)面臨的一大問題。火力發(fā)電廠部分儀表在運(yùn)行一段時間之后會出現(xiàn)故障問題，需要采用計算機(jī)控制系統(tǒng)對所存在的故障進(jìn)行比較，分析存在的故障類型和維護(hù)方向的認(rèn)定。在設(shè)備投入使用之后需要詳細(xì)記錄部分參數(shù)，并對這些重要參數(shù)進(jìn)行備份，在儀表運(yùn)行中很多數(shù)值是不斷變化的，當(dāng)數(shù)值發(fā)生較大幅度變化時基本可以認(rèn)為該儀表存在故障，根據(jù)計算機(jī)測量校驗(yàn)儀表所分析的數(shù)據(jù)變化結(jié)果，能夠?qū)收项愋秃痛嬖诘奈粗赡苄赃M(jìn)行準(zhǔn)確判定。對于儀表存在的故障，工作人員還需要對顯示數(shù)據(jù)是否合理，且處于可接受范圍進(jìn)行準(zhǔn)確評定。采用計算機(jī)智能技術(shù)，如果儀表測量的數(shù)值在短時間內(nèi)發(fā)生突變，或者測量同一參數(shù)不同儀表之間存在的差值偏差較大時，則認(rèn)為測量儀表發(fā)生故障，需要立即采取應(yīng)急方案，自動切除故障信號或者解除自動控制，同時發(fā)出報警提醒運(yùn)行人員，一邊及時聯(lián)系維護(hù)人員在短時間內(nèi)找到跟故障問題完成檢修工作，避免因?yàn)閮x表測量失真危及機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

干擾信號的存在也在時時考驗(yàn)著計算機(jī)系統(tǒng)的安全可靠?，F(xiàn)場儀表往往分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的各個地方，因而計算機(jī)的工作環(huán)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(fù)雜的。干擾有的來自外部，有的來自內(nèi)部。這些干擾會影響系統(tǒng)的測控精度，降低系統(tǒng)的可靠性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行混亂，進(jìn)而造成事故。因此需要抑制干撫信號進(jìn)入計算機(jī)控制系統(tǒng)，制定相應(yīng)的、行之有效的抑制或消除干擾的措施。雖然現(xiàn)在使用著很多的控制措施，例如信號隔離技術(shù)、CPI抗干擾技術(shù)、接的技術(shù)、供電技術(shù)等硬件抗干擾措施以及數(shù)字濾波技術(shù)等軟件抗干擾措施，還需要對干擾源進(jìn)行深入研究，采取更加完善的抗干擾措施，保證計算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

五、計算機(jī)智能技術(shù)在以后應(yīng)用中的思考

雖然計算機(jī)智能技術(shù)在現(xiàn)在的應(yīng)用中還是存在很多問題，但是它的優(yōu)點(diǎn)還是十分突出的，主要表現(xiàn)在：

1.能對較弱的信號進(jìn)行有效處理，高精度模擬信號數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)也日益成熟，各種數(shù)學(xué)模型的建立，能夠最大限度的實(shí)現(xiàn)數(shù)字模擬化;加上現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用，對計算機(jī)智能控制系統(tǒng)提出了更高的要求：現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性;互操作與互用性;很強(qiáng)的容錯能力與高可靠性、高安全性。

2.充分利用計算機(jī)軟件、硬件設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)儀器儀表的自動診斷、自動校驗(yàn)、自動調(diào)整、自動補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的智能化，準(zhǔn)確測量現(xiàn)場物理量的實(shí)時變化;測控設(shè)備PC化大量運(yùn)行虛擬儀器儀表技術(shù)，并使儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，生成網(wǎng)絡(luò)儀器儀表與遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)。

3.先進(jìn)的控制算法優(yōu)化控制軟件、組態(tài)軟件、工業(yè)過程控制軟件，將其運(yùn)用到現(xiàn)場實(shí)際工作中，從而使現(xiàn)場的控制算法更加成熟，控制日益精確。

4.現(xiàn)場總線協(xié)議技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用，Ethemet+TCP/IP的傳感器、變送器可以直接成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)場總線設(shè)備實(shí)時技術(shù)管理逐漸全面、完善，移動機(jī)器人以及各種自動化設(shè)備可以通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享，使得數(shù)字電廠、智能化電廠如雨后春筍般大量出現(xiàn)，對計算機(jī)智能技術(shù)的需求越發(fā)迫切。

總而言之，及時、準(zhǔn)確、可靠地獲得現(xiàn)場設(shè)備的信息是計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本要求，可靠、高效的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)則是迅速有效地收集和傳送現(xiàn)場生產(chǎn)與管理數(shù)據(jù)的基本保障。目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展引發(fā)了計算機(jī)控制領(lǐng)域中深刻的技術(shù)變革。計算機(jī)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沿著網(wǎng)絡(luò)化、開放性的方向發(fā)展時計算機(jī)智能控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的潮流。網(wǎng)絡(luò)化、開放化、智能化和集成化時工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。現(xiàn)場總線技術(shù)、以太網(wǎng)控制技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，將推動計算機(jī)智能控制的全方位技術(shù)進(jìn)步。

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