智能控制及其在火電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用

張衛(wèi)寧（大唐陜西發(fā)電有限公司澄城煤電鋁項(xiàng)目籌建處,陜西 渭南 715200）

智能控制及其在火電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用

張衛(wèi)寧
（大唐陜西發(fā)電有限公司澄城煤電鋁項(xiàng)目籌建處,陜西 渭南 715200）

摘 要：隨著智能控制技術(shù)的不斷成熟，智能控制已經(jīng)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于包括火電廠在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中。筆者就智能控制系統(tǒng)及其在熱電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用，作出以下的探討。

關(guān)鍵詞：智能控制;火電廠;熱工自動(dòng)化

火電廠的熱工自動(dòng)化具有時(shí)變、時(shí)滯、非線性以及不確定的特點(diǎn)，其工作過(guò)程也較為繁雜，因此難以通過(guò)PID等模型對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的控制。另外，PID有關(guān)參數(shù)的整定會(huì)影響生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制器，這也使得PID控制無(wú)法滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求。近些年來(lái)，智能控制技術(shù)逐漸受到了人們的注意，它能夠有效的克服包括火電廠熱自動(dòng)化在內(nèi)的多各領(lǐng)域的有關(guān)控制難題。

1　智能控制的發(fā)展

上個(gè)世紀(jì)六十年代，人工智能第一次被用于控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究，經(jīng)過(guò)與自動(dòng)控制及運(yùn)籌學(xué)的二元、三元交集論發(fā)展以后，智能控制被確定為包含運(yùn)籌學(xué)、自動(dòng)控制、人工智能的綜合學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們又將信息論的因素融入到智能控制中，使其逐漸發(fā)展為成熟的四元交集，近年來(lái)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的作用下，智能控制技術(shù)的發(fā)展速度也在日趨加快，它已經(jīng)越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用在社會(huì)各行各業(yè)之中。

2　智能控制技術(shù)分類

2.1 模糊控制

模糊控制的發(fā)展始于上世紀(jì)六十年代，經(jīng)過(guò)鍋爐與蒸汽機(jī)的運(yùn)用以后，模糊控制技術(shù)被大量的普及和推廣。模糊控制建立在模糊推理與模擬思考的基礎(chǔ)上，它可以用于無(wú)法創(chuàng)建有效數(shù)學(xué)模型目標(biāo)的控制，對(duì)于推理及控制系統(tǒng)中的不確定及不精確問(wèn)題，它能進(jìn)行有效的管理和控制。模糊數(shù)學(xué)、模糊邏輯推理以及模糊言語(yǔ)表達(dá)是模糊控制技術(shù)的建立基礎(chǔ)，它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用下實(shí)現(xiàn)了反饋和閉環(huán)的自動(dòng)控制。模糊控制的控制是通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的控制能力以及控制數(shù)據(jù)來(lái)完成的，它無(wú)需進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；模糊控制有很好的魯棒性，能夠很好地克服一些時(shí)變、時(shí)滯、非線性以及不確定控制問(wèn)題；模糊控制使用單純的語(yǔ)言變量，因此很容易建立相應(yīng)的專家系統(tǒng)；此外，模糊系統(tǒng)是建立在人類思維的模擬之上的，因此可以有效應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜控制。

2.2 專家控制

該系統(tǒng)是在融合了專家系統(tǒng)和控制理論的方法技術(shù)之后形成的，它能夠有效的實(shí)現(xiàn)模擬專家智能，從而控制有關(guān)系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)與推理結(jié)構(gòu)是專家控制的基本構(gòu)成，在選取并分析知識(shí)以后，適當(dāng)?shù)囊阅撤N有效的策略實(shí)施一定的推理，從而有效的控制目標(biāo)。專家控制具有良好的適應(yīng)性，它可以選擇獲取那些較靈活、可調(diào)整、易控制的參數(shù)，它還可以在偏差量大和非線性的環(huán)境下進(jìn)行控制。專家系統(tǒng)可以按照其在整個(gè)控制系統(tǒng)中的使用繁雜度進(jìn)行分類，一般分為專家式控制器與專家控制系統(tǒng)兩種，前者適用于數(shù)據(jù)庫(kù)較小、推理較易的控制，常見(jiàn)的就是工業(yè)專家控制器，它強(qiáng)調(diào)的是邏輯與實(shí)算；后者則必須建立在復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)和推理上，它具有較為完善的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及處理能力。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

該控制技術(shù)是基于對(duì)人類大腦神經(jīng)元的模擬，它通過(guò)神經(jīng)元的權(quán)值分布和聯(lián)結(jié)來(lái)進(jìn)行有關(guān)信息的表達(dá)，在持續(xù)的權(quán)值調(diào)整和學(xué)習(xí)過(guò)程中，它就可以實(shí)現(xiàn)有效的神經(jīng)萬(wàn)羅模擬，然后通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、直接和間接自校正等實(shí)行一定的智能控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有非線性特點(diǎn)，它可以理論上實(shí)現(xiàn)各種非線性圖像，因此有較好的經(jīng)濟(jì)性；有效的并行能力和并行結(jié)構(gòu)也是該控制方法的重要特點(diǎn)；此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的高效記憶與學(xué)習(xí)的同時(shí)，還可以實(shí)行多變量的處理，及它可以進(jìn)行多輸入和多輸出的同時(shí)數(shù)據(jù)處理。

2.4 復(fù)合智能控制

不同智能控制系統(tǒng)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，復(fù)合智能系統(tǒng)就是將各種不同種類的控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合使用，這樣可以在克服各個(gè)控制系統(tǒng)缺點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的綜合。目前常用的復(fù)合系統(tǒng)主要是有模糊滑模控制、模糊專家控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制。

模糊專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)是種特殊的專家系統(tǒng)，即在知識(shí)獲取、表示、處理的整個(gè)環(huán)節(jié)中都加入了模糊技術(shù)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)就是，即使初始信息獲取的不夠完整或者準(zhǔn)確，但該系統(tǒng)還是可以較為有效的人類專家思維模擬，在既有的不完整的信息下提出最優(yōu)化的解決方案。模糊專家系統(tǒng)是模擬人類有關(guān)專家進(jìn)行有關(guān)問(wèn)題解決的思路，因此是一種較容易開(kāi)發(fā)應(yīng)用的復(fù)合系統(tǒng)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊系統(tǒng)。該系統(tǒng)起源于上世紀(jì)九十年代的日本，它有效的利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)映射，具有良好的學(xué)習(xí)性，可處理殘缺、粗糙、模糊的信息。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊系統(tǒng)是兩種系統(tǒng)的有效結(jié)合，它在實(shí)現(xiàn)模糊邏輯利用少量信息進(jìn)行知識(shí)表達(dá)的同時(shí)，也可通過(guò)聯(lián)想進(jìn)行有關(guān)知識(shí)的應(yīng)用，這使得該控制方法實(shí)現(xiàn)了表達(dá)和學(xué)習(xí)能力的綜合提升。

模糊滑模控制。滑模控制最大的優(yōu)點(diǎn)就是不受系統(tǒng)不確定性的影響，魯棒性較佳；其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在未建模動(dòng)態(tài)及補(bǔ)償干擾的高控制增益，此外在高頻轉(zhuǎn)換時(shí)易產(chǎn)生一定的抖振。綜合模糊系統(tǒng)以后的模糊滑模控制就很好的克服了這些問(wèn)題，它將二者不依賴性及魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了一定的結(jié)合，因而可以有效實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的轉(zhuǎn)換。該控制方法具有很好的應(yīng)用前途。

3　智能控制在火電廠熱工自動(dòng)化的應(yīng)用

3.1 對(duì)單元機(jī)組負(fù)荷的控制

非線性、不確定、時(shí)變以及耦合等是單元機(jī)組負(fù)荷控制的難題所在，對(duì)此，可以設(shè)計(jì)出建立在機(jī)跟爐與爐跟機(jī)上的具有自適應(yīng)性的兩種神經(jīng)元模擬負(fù)荷控制系統(tǒng)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)下各權(quán)系數(shù)學(xué)習(xí)收斂明顯提速，且效果自適應(yīng)性及控制性均較理想。此外，結(jié)合神經(jīng)元控制與模糊邏輯算法并將其應(yīng)用在單元機(jī)組負(fù)荷控制上，此時(shí)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性、抗干擾性、魯棒性都有顯著的增強(qiáng)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度也明顯提升。

3.2 對(duì)過(guò)熱汽溫的控制

過(guò)熱汽溫對(duì)于鍋爐的正常運(yùn)行有著極為重要的意義。改變減溫水是實(shí)施鍋爐過(guò)熱汽溫控制的常用方法，大慣性、時(shí)滯性，以及動(dòng)態(tài)特性的隨便是該系統(tǒng)主要面對(duì)的問(wèn)題。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)引入到過(guò)熱汽溫系統(tǒng)中來(lái)，這使得系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、控制質(zhì)量及適應(yīng)性都有了明顯的提升。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制下的過(guò)熱汽系統(tǒng)魯棒性較優(yōu)，即使在調(diào)峰機(jī)組變工時(shí)也可以實(shí)行很好的運(yùn)行和控制，因此有效的克服了原先過(guò)熱汽溫控制的時(shí)滯及不穩(wěn)定問(wèn)題。

3.3 對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的控制

鍋爐燃燒易受到煤種煤質(zhì)、變量耦合、時(shí)滯等多種因素的干擾，且其燃燒率很難實(shí)行頸椎的測(cè)區(qū)。將專家控制應(yīng)用到鍋爐燃燒過(guò)程的控制中以后，通過(guò)專家系統(tǒng)逐次的判斷、分析和推理，可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)式的系統(tǒng)，具體包括對(duì)緊急事故、工況判斷子集、送風(fēng)調(diào)節(jié)子集、執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷子集、煤厚調(diào)節(jié)子集等多內(nèi)容的判斷。此外，將模糊控制融入鍋爐燃燒系統(tǒng)以后能夠有效解決原系統(tǒng)不確定性問(wèn)題，并同時(shí)提升系統(tǒng)的魯棒性與控制質(zhì)量。

3.4 對(duì)中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的控制

磨負(fù)荷信號(hào)較難測(cè)量、數(shù)學(xué)建型復(fù)雜以及被控參數(shù)耦合，是中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)主要的問(wèn)題所在，此時(shí)就可以利用模糊語(yǔ)言規(guī)則克服其延遲與非線性的問(wèn)題，具體內(nèi)容包括，將操作人員的經(jīng)驗(yàn)以數(shù)據(jù)的形式存入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)預(yù)測(cè)和分級(jí)進(jìn)行兩種模糊控制。此外，將神經(jīng)元解耦及模糊控制融入到磨煤機(jī)控制系統(tǒng)中，這樣以來(lái)，球磨機(jī)制粉時(shí)滯以及耦合的問(wèn)題就得到了很好的解決。

3.5 對(duì)給水加藥的控制

給水加藥工作主要涉及的是氨與聯(lián)胺的加入，前者可以使給水與高凝結(jié)水處于較高的堿性，避免酸性水腐蝕高低壓給水設(shè)備；而后者是通過(guò)聯(lián)胺的化學(xué)作用控制水內(nèi)氧和二氧化碳的含量，從而避免相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)腐蝕、生垢等問(wèn)題。實(shí)際生產(chǎn)中加藥量的大小易受到水處理工況、蒸發(fā)量等因素的影響，因此很難對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的控制。在給水加藥系統(tǒng)中使用模糊控制系統(tǒng)，這樣以來(lái)，專家有關(guān)經(jīng)驗(yàn)的信息就會(huì)融入到控制系統(tǒng)中，從而使系統(tǒng)控制的質(zhì)量得到大大的提升。在變頻器輸出頻率的控制中使用模糊控制，能夠有效的進(jìn)行加藥泵機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，這種融入模糊控制的給水加藥系統(tǒng)能夠避免人工加藥引起的各種不良后果，從而提高了給水加藥的工作質(zhì)量。此外，模糊控制下的假藥系統(tǒng)具有較好的魯棒性，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)也比較快速，因此具有很好的使用經(jīng)濟(jì)性。

4　結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展以后，智能控制技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步和完善，并且它已經(jīng)越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用在各行各業(yè)之中。在火電廠熱工程自動(dòng)化中使用智能控制技術(shù)，能夠很好地克服原控制系統(tǒng)存在的各種問(wèn)題，因此，隨著智能控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化的控制質(zhì)量要求也必將越來(lái)越高。

參考文獻(xiàn):

[1]曾友和.構(gòu)建火電廠熱工自動(dòng)化安全系統(tǒng)的分析和探討[J].投資與創(chuàng)業(yè),2012(08).

[2]王家金.火電廠熱工自動(dòng)化現(xiàn)狀及新發(fā)展淺議[J].城市建設(shè),2013(24).

[3]彭朱.火電廠熱工自動(dòng)化及事故防范的探討[J].價(jià)值工程,2014(26).

[4]李生路.自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].中外企業(yè)家,2013(29).

[5]周劼松.淺析火電廠熱工自動(dòng)化中智能控制的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(34).

[6]韓鵬飛.自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2011(04).