自動控制理論在火電廠熱工自動化中的有效運(yùn)用分析

遲 鵬，吳潤菲，李思博，蒙 磊

（廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司，廣東江門 529200）

現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分火電廠中，均引進(jìn)了自動化控制技術(shù)。自動控制借助自動控制設(shè)施、自動化儀器等設(shè)備，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率提升、優(yōu)化運(yùn)行過程，減少人工勞動量，提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造可觀的勞動生產(chǎn)總值。

1 火電廠熱工自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀

火電廠主廠房所應(yīng)用的控制系統(tǒng)，如圖1所示，具有熱工自動化性能，系統(tǒng)中重點(diǎn)采取的是DCS技術(shù)理念，PLC作為一般性控制技術(shù)，應(yīng)用于具有輔助性的車間系統(tǒng)中。此技術(shù)分配現(xiàn)象的關(guān)鍵因素在于：火電廠建設(shè)初期，DCS系統(tǒng)具有較高的成本價?；痣姀S相關(guān)管理人員，以經(jīng)濟(jì)適用性為建設(shè)初衷，優(yōu)化生產(chǎn)成本結(jié)構(gòu)。為此，采取的折中措施為：鍋爐、發(fā)電機(jī)等具有持續(xù)性生產(chǎn)效能的設(shè)備，應(yīng)為其配置信號模擬量，并保持比例科學(xué)性，以此開展DCS應(yīng)用。其中DCS指分布式控制系統(tǒng)，或稱之為自動化控制系統(tǒng)?；贒CS的應(yīng)用與成本均具有較高要求，在輔助性運(yùn)行區(qū)域，引進(jìn)的控制系統(tǒng)為PLC，以此減少成本支出。

在對比差異性運(yùn)行周期內(nèi)，鍋爐產(chǎn)生壓力變化差值。采取的對比方式為AP論域。首先應(yīng)對燃燒時長采取優(yōu)化調(diào)整措施，即發(fā)生負(fù)荷數(shù)值的大幅度變化問題，繼而提升燃燒速度。然而，煤質(zhì)和爐況在選擇時，如若規(guī)格、容量、質(zhì)量等方面存在差異，燃燒的效果具有一定程度的影響。在運(yùn)行火電廠熱工自動化系統(tǒng)期間，隸屬度函數(shù)曲線發(fā)生了多樣化現(xiàn)象。曲線變化，造成模糊控制分析計(jì)算時，基于數(shù)據(jù)變化對曲線產(chǎn)生的適應(yīng)性，引起計(jì)算數(shù)據(jù)發(fā)生魯棒性事件，造成模糊控制有失穩(wěn)定性。

圖1 自動化系統(tǒng)構(gòu)成圖

在開展鍋爐汽包液位測量計(jì)算工作期間，基于汽包液位所在控制系統(tǒng)，尚未開展有效的自動化控制措施，使鍋爐不具有自主平衡能力。在鍋爐出口位置，突發(fā)性發(fā)生蒸汽量提升，或者供水量發(fā)生緊缺。發(fā)生此類不穩(wěn)定的鍋爐事件，究其原因在于：鍋爐尚不具有良好的反應(yīng)能力，造成汽包熱量聚積問題，引起鍋爐內(nèi)液體難以產(chǎn)生汽化，繼而在測量汽包液位時，發(fā)生數(shù)值偏差問題，結(jié)果相比常規(guī)數(shù)值較大。然而，如若開展反向操作，引起測量汽包液位所得數(shù)值偏小，造成汽包虛假液位的不良事件，不利于鍋爐開展生產(chǎn)活動。

現(xiàn)階段，國內(nèi)火電廠具有的熱工自動化技術(shù)，具體表現(xiàn)為：自動化控制系統(tǒng)、自動化故障檢測、自動化防護(hù)技術(shù)、自動化報(bào)警系統(tǒng)四類。其中自動檢測模塊，實(shí)現(xiàn)了對火電廠環(huán)境中氣壓、溫度指數(shù)等數(shù)據(jù)的檢測，保障火電廠處于安全的運(yùn)行環(huán)境，如若發(fā)生環(huán)境數(shù)據(jù)的突發(fā)性變形，便于相關(guān)工作人員采取有效措施，減少火電廠損失。故障自動化診斷與檢測系統(tǒng)中，針對火電廠內(nèi)全范圍的運(yùn)行設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)等采取有效檢測與診斷，如若發(fā)現(xiàn)故障問題，立即采取搶修、維護(hù)等措施，以此減少火電廠的經(jīng)濟(jì)損失，保障火電廠處于安全的運(yùn)行狀態(tài)。如圖1所示。

2 調(diào)節(jié)主蒸汽壓力

2.1 串級調(diào)節(jié)

串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將爐膛輻射信號認(rèn)定為鍋爐內(nèi)中間被調(diào)量，換言之，在鍋爐燃料旁側(cè)位置，增設(shè)一個階躍擾動設(shè)施，借助Matlab軟件開展仿真分析。相比單回路PID調(diào)節(jié)方式，以熱量信號為基礎(chǔ)開展的串級調(diào)節(jié)技術(shù)，有效改善了調(diào)節(jié)性能。因此，采取的串接調(diào)節(jié)措施為單回路PID調(diào)節(jié)，優(yōu)化系統(tǒng)性能，因其具有抵抗燃料側(cè)的干擾特性，因此，具有良好的調(diào)節(jié)效果。與此同時，基于中間被調(diào)量的組成方式為：分量（隨機(jī)）、主分量。由此發(fā)現(xiàn)：隨機(jī)分量方式，極易造成串級調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定性。如若采取將中間被調(diào)量融合于串級調(diào)節(jié)的應(yīng)用模塊中，即會減少調(diào)節(jié)期間發(fā)生動態(tài)問題，引起調(diào)節(jié)器產(chǎn)生較多誤操作，增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)所具有的動態(tài)偏差效果。為此，在開展仿真試驗(yàn)期間，應(yīng)回避將中間被調(diào)量直接融合于串級調(diào)節(jié)程序中，以此保障串級調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。如圖2所示。

圖2 新型串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.2 模糊調(diào)節(jié)

在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，將中間被調(diào)量認(rèn)定為爐膛輻射信號，并且添加模糊濾波器設(shè)備，以此獲取串級模糊調(diào)節(jié)的新方案。其中鍋爐組成包括：關(guān)鍵性調(diào)節(jié)設(shè)施，以PD作為調(diào)節(jié)設(shè)備；副級調(diào)節(jié)設(shè)施為DZ（S），借助P完成調(diào)節(jié)措施；爐膛輻射信號中，選出的隨機(jī)分量，即為中間被調(diào)量，由E-（S）表示；由主蒸汽壓力測定的固有值，以P（S）表示；模糊濾波器，由F表示，針對中間被調(diào)量發(fā)生的動態(tài)變化，相應(yīng)產(chǎn)生變化；調(diào)節(jié)器中，D：（S）用于表示在隨機(jī)變量發(fā)生動態(tài)變化時，應(yīng)給予的能量補(bǔ)償。

2.3 PID調(diào)節(jié)器、Smith預(yù)估器的調(diào)節(jié)措施

火電廠鍋爐的特征為熱慣性數(shù)值大以及鍋爐容量大，為此，調(diào)節(jié)對象應(yīng)具有退延性和主蒸汽壓力等特征。通常情況下，退延性為引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)變化的關(guān)鍵性因素，比如調(diào)節(jié)時間增加、超調(diào)量數(shù)值提升等均影響設(shè)備的穩(wěn)定與安全，甚至對機(jī)組發(fā)電所具有一定程度的干擾。PID調(diào)節(jié)器與Smith估器，兩者系統(tǒng)作為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)模式中，用以改善退延性的一般性措施，并具有良好的應(yīng)用效果。此種調(diào)解措施，基于對PID調(diào)節(jié)器、Smith預(yù)估器兩者系統(tǒng)運(yùn)行不良的充分考量，并為其開展最優(yōu)控制思想，以二次型問題為基礎(chǔ)，開展優(yōu)化配置，保障最優(yōu)的調(diào)解措施施。PID調(diào)節(jié)器、Smith預(yù)估器兩者調(diào)解措施，在運(yùn)行期間，具有相對發(fā)展成熟的理論、閉環(huán)調(diào)解簡易化、動態(tài)化調(diào)解能力等優(yōu)勢。

3 熱工自動調(diào)節(jié)

3.1 理論

在國內(nèi)自動化技術(shù)日益進(jìn)步的背景下，火電廠熱工自動化技術(shù)在此期間，獲得相適應(yīng)的發(fā)展活力?，F(xiàn)階段，國內(nèi)火電廠中，控制設(shè)備應(yīng)用占比較大的為PID調(diào)節(jié)器。在信息技術(shù)獲取高速發(fā)生的同時，DCS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，兼具現(xiàn)代化控制理念、智能化控制技術(shù)雙重優(yōu)勢，并借助其優(yōu)勢，發(fā)展成頗具穩(wěn)定性與安全性的控制系統(tǒng)。例如，在探索Smith預(yù)估控制的具體措施期間，實(shí)現(xiàn)了對過熱氣溫的良好控制；有學(xué)者在Smith預(yù)估控制研究中，總結(jié)出PID控制與數(shù)據(jù)采集兩者相結(jié)合的理論，以此獲取全新的控制系統(tǒng)，提升了鍋爐溫度控制的精準(zhǔn)度；更有學(xué)者則借助廣義思想中的預(yù)測控制（GPC）理論，實(shí)現(xiàn)了對鍋爐氣壓的有效測量與控制，彰顯出熱工自動化的應(yīng)用價值；有學(xué)者提出借助模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，針對汽輪機(jī)故障開展診斷與控制，具有良好的實(shí)踐效果。

在自動控制熱工自動化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，眾多企業(yè)參與更為先進(jìn)控制應(yīng)用的研發(fā)活動中。例如：德國西門子公司，將模糊控制與DCS雙項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了結(jié)合，將熱工自動化良好形成應(yīng)用模塊，便于用戶個性化設(shè)定與添加，為熱工自動化發(fā)展提供了全新的平臺。在熱工自動化技術(shù)日益發(fā)展進(jìn)程中，社會組織對此項(xiàng)科研開展持續(xù)性深入探索，以此嘗試獲取更為先進(jìn)的控制措施，逐漸從理論層次發(fā)展至實(shí)踐活動中，為自動控制理念的多元化發(fā)展提供契機(jī)。

3.2 信息系統(tǒng)延展性

自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行，依賴于信息技術(shù)。信息技術(shù)作為自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)，使其成為具有綜合功能的信息管控應(yīng)用型系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)規(guī)模在熱工自動控制中逐漸發(fā)展成熟，其架構(gòu)模式成功獲取了相關(guān)市場的廣泛認(rèn)可與應(yīng)用。此外，DCS系統(tǒng)，應(yīng)結(jié)合PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的延展，升級更為高級的應(yīng)用系統(tǒng)，提升DCS系統(tǒng)應(yīng)用的適用性。

3.3 高級算法

在自動化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，自動控制系統(tǒng)中的高級算法獲取了廣度發(fā)展，功能性日漸豐富、應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)廣泛性。例如，ZT600系統(tǒng)，此系統(tǒng)中借助自動控制理念，具備故障檢測、報(bào)警、維修三項(xiàng)自動化控制功能，為其系統(tǒng)運(yùn)行提供了多元化功能，促進(jìn)此系統(tǒng)的應(yīng)用企業(yè)獲得良好控制效果，提升生產(chǎn)效率。在自控理念下，逐漸衍生出算法控制，此類控制具有較高的精準(zhǔn)度，應(yīng)成為自控理念未來發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，自控理念融合于火電廠期間，促進(jìn)火電廠企業(yè)獲得較高的生產(chǎn)能力，并對生產(chǎn)流程有效開展了智能化檢測與系統(tǒng)控制，促進(jìn)火電廠優(yōu)化人資結(jié)構(gòu)，減少生產(chǎn)成本，推動火電廠企業(yè)具有現(xiàn)代化運(yùn)行能力。