智能控制在火電廠自動(dòng)控制中的運(yùn)用探究

內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司 萬(wàn)海英

傳統(tǒng)火電廠的控制方式是利用PID控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制的，但由于火電廠的大容量機(jī)組在工作中常出現(xiàn)一些延緩與干擾，導(dǎo)致傳統(tǒng)PID系統(tǒng)工作效率不高，不能適應(yīng)火電廠的發(fā)展。因此火電廠需使用智能控制系統(tǒng)來(lái)提高工作效率，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。相關(guān)管理人員需要認(rèn)識(shí)到智能控制在火電廠自動(dòng)控制中運(yùn)用的重要性，加強(qiáng)智能控制的運(yùn)用。

智能控制是指在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下，能自主驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)?？刂评碚撘延幸话俣嗄甑臍v史，從現(xiàn)代控制理論進(jìn)入到智能控制理論，從經(jīng)典控制理論進(jìn)入到大系統(tǒng)理論，智能控制是現(xiàn)代控制理論的進(jìn)一步拓展。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，信息技術(shù)得到了大力的發(fā)展。在信息技術(shù)的推動(dòng)下，智能控制逐漸成為控制系統(tǒng)的主流，在控制系統(tǒng)中占據(jù)主要地位。智能控制理論是多個(gè)學(xué)科共同交叉的成果，它雖然沒(méi)有經(jīng)典控制理論那樣成熟與完善，但所作出的貢獻(xiàn)是巨大的。目前智能控制逐漸被各行各業(yè)所應(yīng)用，智能控制理論也在實(shí)踐中不斷的完善與發(fā)展。

1 火電廠中主要的控制方式

1.1 專(zhuān)家系統(tǒng)

是人工智能的一個(gè)分支，指一個(gè)或一組在一些特定領(lǐng)域范圍內(nèi)運(yùn)用大量專(zhuān)家知識(shí)與推理方法來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題的一種人工智能，能將一些專(zhuān)家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)整合到計(jì)算機(jī)中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能實(shí)現(xiàn)模擬人類(lèi)專(zhuān)家的推理思維。專(zhuān)家系統(tǒng)能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在人工智能領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位，由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)等部分構(gòu)成，能夠解決大量的難題與困難。專(zhuān)家系統(tǒng)控制是火電廠的其中一種控制方式，相關(guān)操作人員可設(shè)立設(shè)備的溫度、壓力的上限與下限，當(dāng)溫度與壓力超過(guò)與低于設(shè)立的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地發(fā)出指令并及時(shí)糾正系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。

1.2 模糊系統(tǒng)

是指輸入、輸出和狀態(tài)定義在模糊集上的系統(tǒng)，是確定性系統(tǒng)的拓展與推廣。1965年美國(guó)自動(dòng)控制專(zhuān)家提出模糊子集，模糊系統(tǒng)、模糊規(guī)劃、模糊控制等加大了模糊系統(tǒng)理論的應(yīng)用。模糊系統(tǒng)起初是針對(duì)不能精準(zhǔn)量化、難以建立核準(zhǔn)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制。但隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，模糊系統(tǒng)逐漸成為控制系統(tǒng)不確定性的重要方式。該系統(tǒng)在火電廠中應(yīng)用廣泛，相關(guān)人員即使沒(méi)有精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。只需將收集到的模糊信息傳入到模糊系統(tǒng)中，讓模糊系統(tǒng)模擬人類(lèi)思維，利用相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析數(shù)據(jù)，達(dá)到控制效果。

1.3 遺傳算法

是進(jìn)化算法的其中一種分支，是計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)中用于解決最佳化的搜索算法。進(jìn)化算法主要是借鑒了進(jìn)化生物學(xué)中的一些現(xiàn)象，如雜交、突變、遺傳等才發(fā)展起來(lái)的。1975年美國(guó)教授提出了遺傳算法，它是一種尋優(yōu)方法，能自動(dòng)地獲取最優(yōu)方式和優(yōu)化工作方法，但這只適用于局部?jī)?yōu)化，不能實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。遺傳算法是一種通用的解決搜索問(wèn)題的方法，適用于各種問(wèn)題，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)問(wèn)題的處理，提高解決問(wèn)題的效率。在使用遺傳算法時(shí)，首先需組成一組候選解，其次根據(jù)某些設(shè)定條件來(lái)測(cè)算這些候選解的適應(yīng)度，并放棄與保留一些適應(yīng)度，然后對(duì)保留的適應(yīng)度進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，生成新的候選解（圖1）。

圖1 遺傳算法操作流程

1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

是一種應(yīng)用類(lèi)似于大腦神經(jīng)突觸聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)而成，它的運(yùn)行方式是受到生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，然后利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法與信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究才得以開(kāi)發(fā)出來(lái)，1943年在心理學(xué)家與數(shù)學(xué)邏輯學(xué)家的共同努力下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)學(xué)模型被建立起來(lái)，稱(chēng)為MP模型。在MP模型的研究下發(fā)現(xiàn)了單個(gè)神經(jīng)元也有邏輯功能，從此開(kāi)啟了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究時(shí)代。

1984年美國(guó)物理學(xué)家開(kāi)始了神經(jīng)計(jì)算機(jī)的研究工作，推動(dòng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。1986年各大發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，推動(dòng)了研究的高潮。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在火電廠中應(yīng)用廣泛，受到了相關(guān)管理人員的青睞。神經(jīng)系統(tǒng)可通過(guò)火電廠的感應(yīng)器來(lái)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行調(diào)整[2]。

不同控制方式起到的作用不一樣，目前，火電廠主要運(yùn)用四種控制方式，分別是專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遺傳算法，本文對(duì)不同控制方式進(jìn)行了匯總，其優(yōu)勢(shì)分別如下：專(zhuān)家系統(tǒng)?；趯?zhuān)家團(tuán)隊(duì)的知識(shí)儲(chǔ)備、專(zhuān)業(yè)技能與研究經(jīng)驗(yàn)解決控制問(wèn)題；遺傳算法。能夠精細(xì)地進(jìn)行局部?jī)?yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方案的選??；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。檢測(cè)性能好，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；模糊系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)性的需求較低，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整。

2 智能控制在火電廠自動(dòng)控制中的運(yùn)用

2.1 在主蒸汽溫度控制過(guò)程中的應(yīng)用

主蒸汽溫度的高低影響著火電廠的運(yùn)行效率，一旦主蒸汽溫度低于或超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溫度，會(huì)損壞火電廠的機(jī)組，造成機(jī)組質(zhì)量不佳、運(yùn)行速率下降，影響火電廠的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，主蒸汽溫度不僅是一個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)、也是一個(gè)控制參數(shù)。相關(guān)人員需要根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)與生產(chǎn)目標(biāo)來(lái)設(shè)定合適的主蒸汽溫度，將主蒸汽溫度控制在合理的范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)主蒸汽溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)可使用減溫水來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。但總體來(lái)說(shuō)，控制主蒸汽溫度具有一定的難度與挑戰(zhàn)。

主蒸汽的溫度會(huì)隨著機(jī)組容量的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，這時(shí)很難保證反饋裝置能夠跟上主蒸汽的溫度變化，影響反饋機(jī)制的調(diào)節(jié)效果，甚至可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。同時(shí)，主蒸汽的溫度變化沒(méi)有規(guī)律且存在延遲的現(xiàn)象，要想對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需耗費(fèi)大量人力和物力，不利于火電廠實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。為合理控制主蒸汽的溫度，將主蒸汽的溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，需加強(qiáng)智能控制技術(shù)的應(yīng)用：首先，需設(shè)計(jì)出精準(zhǔn)的觀測(cè)裝置，讓該裝置對(duì)主蒸汽的溫度與動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行監(jiān)控；其次，需運(yùn)用遺傳算法與模糊系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)方法進(jìn)行優(yōu)化，提高監(jiān)測(cè)的效果與速率；最后，將遺傳算法、模糊系統(tǒng)與PID系統(tǒng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的合理控制[3]。

2.2 在再熱汽溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

再熱汽溫控制系統(tǒng)是火電廠的重要運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)火電廠的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。要想將再熱汽溫控制系統(tǒng)控制在合理的范圍內(nèi)，減少該系統(tǒng)出現(xiàn)的誤差，需加強(qiáng)智能系統(tǒng)的運(yùn)用。再熱汽溫控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的慣性與延遲性，要想根據(jù)再熱汽溫控制系統(tǒng)的運(yùn)行變化來(lái)進(jìn)行合理地控制與管控是非常困難的。傳統(tǒng)的控制方法是通過(guò)運(yùn)用PID系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制的，但PID系統(tǒng)本文的參數(shù)不能夠發(fā)生變化。因此，當(dāng)再熱氣溫控制系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行變化時(shí)，PID系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)控制不全面或是控制不及時(shí)的情況[4]。

加強(qiáng)智能系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠有效地解決這一問(wèn)題：一方面，可單純使用模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性沒(méi)有太高的要求，它可根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)與方法來(lái)對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。讓自動(dòng)系統(tǒng)能夠適應(yīng)再熱汽溫控制系統(tǒng)的變化，并對(duì)再熱汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且模糊技術(shù)能夠應(yīng)對(duì)較為復(fù)雜的情況，這可降低再熱汽溫控制系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少相關(guān)的干擾，保障該系統(tǒng)的安全性能；另一方面，也可將模糊技術(shù)與PID系統(tǒng)整合起來(lái)，促使PID系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)再熱汽溫控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式。將模糊技術(shù)與PID系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)能夠更大發(fā)揮出兩者的功能，減小再熱汽溫控制系統(tǒng)的運(yùn)行失誤，提高抗干擾性能。

2.3 在PH控制中的應(yīng)用

不同物質(zhì)的PH值是不一樣的，當(dāng)物質(zhì)中的PH值過(guò)高或者是過(guò)低，物質(zhì)中的酸堿濃度就會(huì)發(fā)生改變。火電廠會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，相關(guān)人員需要對(duì)廢水進(jìn)行排放。在排放廢水之前需嚴(yán)格控制廢水中的PH值，防止廢水中的酸堿濃度不符合排放的標(biāo)準(zhǔn)。隨意排放廢水會(huì)造成環(huán)境污染，影響土質(zhì)質(zhì)量。因此，火電廠的相關(guān)人員在排放廢水前，需在廢水中加入酸或堿來(lái)調(diào)節(jié)廢水中的酸堿濃度，使其達(dá)到平衡：首先，需要對(duì)廢水進(jìn)行收集，通過(guò)一定的監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)判斷是否需要加入酸堿。然后需根據(jù)需要的酸堿進(jìn)行審核并設(shè)定投入?yún)?shù)，對(duì)PH控制裝置的變頻控制系統(tǒng)輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變頻加藥。每加入一次藥就需對(duì)廢水中的濃度進(jìn)行檢測(cè)，直到廢水中的濃度符合排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的智能設(shè)備就會(huì)停止加藥。

2.4 在鍋爐燃燒過(guò)程中應(yīng)用

目前來(lái)說(shuō)，有三種控制鍋爐燃燒的方法：第一種方法是通過(guò)人工來(lái)進(jìn)行控制?；痣姀S的管理人員需要設(shè)立鍋爐燃燒的參數(shù)，然后由經(jīng)驗(yàn)豐富的鍋爐管理員來(lái)看管鍋爐，并對(duì)鍋爐的燃燒過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。這種方法是傳統(tǒng)的鍋爐燃燒過(guò)程看管方法，人工看管鍋爐在一定程度上加大了火電廠的經(jīng)濟(jì)支出，不利于火電廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)。而且一旦出現(xiàn)在鍋爐燃燒過(guò)程中出現(xiàn)什么變故，會(huì)對(duì)鍋爐管理人員帶來(lái)安全隱患，對(duì)火電廠造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

第二種方法是安裝鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)機(jī)械設(shè)備來(lái)對(duì)鍋爐燃燒情況進(jìn)行監(jiān)控，這樣既可減少了人力與物力，還能減低安全風(fēng)險(xiǎn)。但監(jiān)控設(shè)備僅只能對(duì)鍋爐燃燒狀況進(jìn)行監(jiān)控，不能對(duì)鍋爐情況進(jìn)行及時(shí)的處理與調(diào)整。

第三種方法是對(duì)鍋爐實(shí)現(xiàn)智能控制。火電廠的管理人員可利用智能算法來(lái)對(duì)鍋爐燃燒參數(shù)進(jìn)行分析，并利用智能設(shè)備來(lái)對(duì)鍋爐燃燒情況進(jìn)行管控與調(diào)整。例如，可將PID技術(shù)與模糊系統(tǒng)整合成PID控制器，這樣模糊系統(tǒng)能夠提高PID技術(shù)的適應(yīng)性與調(diào)整性。同時(shí)，在鍋爐燃燒過(guò)程中，PID控制器還能夠?qū)⒋罅康慕?jīng)驗(yàn)與知識(shí)作用與PID參數(shù)的調(diào)節(jié)上，一旦鍋爐在燃燒過(guò)程中發(fā)生了不同的狀況，PID控制器都能使用不同的技術(shù)方法來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐狀況。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，信息技術(shù)達(dá)到了大力的發(fā)展，火電廠需要加強(qiáng)信息技術(shù)的運(yùn)用，將智能化設(shè)備與火電廠的運(yùn)行項(xiàng)目進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展[5]。

智能化設(shè)備的應(yīng)用比較廣泛，加強(qiáng)智能化設(shè)備的運(yùn)用能夠提高火電廠的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提升安全性能。同時(shí)，加強(qiáng)智能化設(shè)備的使用力度也是順應(yīng)時(shí)代潮流的重要措施，能夠提高火電廠的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，提升火電廠的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。火電廠的管理人員需要加大火電廠的投入力度，引進(jìn)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才，打造高質(zhì)量的人才隊(duì)伍。同時(shí)，還需要建立健全管理制度，實(shí)現(xiàn)管理高效，實(shí)現(xiàn)火電廠的進(jìn)一步發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人民群眾對(duì)于電能與火能的應(yīng)用要求越來(lái)越高。為了滿足人民群眾的需求、加快火電廠的發(fā)展速率，需要加強(qiáng)智能控制與火電廠自動(dòng)控制中的運(yùn)用。實(shí)現(xiàn)智能控制對(duì)于火電廠的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，相關(guān)管理人員需要了解智能控制技術(shù)的特點(diǎn)與作用，根據(jù)不同的工作項(xiàng)目來(lái)使用相應(yīng)的控制系統(tǒng)。為了進(jìn)一步加強(qiáng)智能控制技術(shù)的應(yīng)用，需要建立、健全管理制度，打造高質(zhì)量技術(shù)人才，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，提高火電廠的生產(chǎn)效率。