自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用

湯閻波

摘 要：近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平持續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)被應(yīng)用于越來(lái)越多的行業(yè)當(dāng)中，得到持續(xù)發(fā)展和完善，進(jìn)入到人類(lèi)生產(chǎn)工作和生活環(huán)境以后更是得到不斷提升，是一項(xiàng)非常受歡迎的技術(shù)。企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)可以減少人力投入，等同于降低了發(fā)生危險(xiǎn)事故的概率。但是由于在火電廠內(nèi)會(huì)集中較多的電能和熱能，所以在生產(chǎn)過(guò)程中依然存在較高的風(fēng)險(xiǎn)性，只有進(jìn)行合理使用，才能有效解決問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制理論；火電廠；熱工自動(dòng)化

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)了科技水平的不斷提升，多種行業(yè)都在應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并取得了優(yōu)異的結(jié)果。火電廠熱工自動(dòng)化是一項(xiàng)自動(dòng)控制技術(shù)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、熱能工程技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)成果，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控火電廠生產(chǎn)過(guò)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化，有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和利潤(rùn)，可以減少人力和物力投入，符合我國(guó)可持續(xù)化發(fā)展理念。

一、火電廠熱工自動(dòng)化內(nèi)容和發(fā)展現(xiàn)狀

火電廠熱工自動(dòng)化是企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中使用自動(dòng)化儀器替代一部分的人工操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠運(yùn)轉(zhuǎn)的智能化管理和控制，可以有效提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)預(yù)警機(jī)制。自動(dòng)控制理論可以區(qū)分為經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。①經(jīng)典控制理論：使用狀態(tài)空間法設(shè)立系統(tǒng)的數(shù)字模型，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行規(guī)律性研究，在逐漸完善后實(shí)現(xiàn)最終目的。②現(xiàn)代控制理論：使用線性控制理論和最優(yōu)評(píng)估方式，自動(dòng)辨識(shí)和控制動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完善自動(dòng)化。③智能控制理論：是對(duì)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論取長(zhǎng)補(bǔ)短、綜合發(fā)展，整理總結(jié)火電廠存在的問(wèn)題，調(diào)節(jié)和控制機(jī)組負(fù)荷，減小操作壓力，最終形成火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)。

我國(guó)火電廠自動(dòng)化主要涵蓋自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警四個(gè)方面，生產(chǎn)過(guò)程以自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)為主要內(nèi)容、以自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)報(bào)警為輔助工作。①自動(dòng)檢測(cè)：使用自動(dòng)化儀器實(shí)時(shí)檢查廠內(nèi)氣壓、溫度和流量等數(shù)據(jù)，保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。②自動(dòng)控制：利用自動(dòng)控制裝置實(shí)施火電廠機(jī)組中的生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)施自動(dòng)運(yùn)行、調(diào)節(jié)，以保障其安全性和經(jīng)濟(jì)性，自動(dòng)控制又可以區(qū)分為自動(dòng)調(diào)節(jié)、順序控制和遠(yuǎn)程控制。③自動(dòng)保護(hù)：指在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異常導(dǎo)致發(fā)生安全事故時(shí)，為防止更多工作人員和設(shè)備受到損害，會(huì)自動(dòng)終止異常行為并暫停設(shè)備。④自動(dòng)報(bào)警：在自動(dòng)檢測(cè)到安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以用等燈光、聲音等警報(bào)信號(hào)吸引工作人員注意，引導(dǎo)其及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。

二、熱工自動(dòng)將控制系統(tǒng)在火電廠的作用

①開(kāi)拓管理信息系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)技術(shù)是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)以此發(fā)展成為綜合信息管理控制系統(tǒng)，DCS使用分布式控制系統(tǒng)，展現(xiàn)了比較成功的架構(gòu)形式，具備更強(qiáng)的控制能力，后期結(jié)合PCL控制器，實(shí)現(xiàn)了管理系統(tǒng)的拓展，適用性更廣泛，形式更多樣。②更好積累高級(jí)算法模塊：在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)積累了多種高級(jí)算法模塊，例如ZT600系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)障礙的自動(dòng)報(bào)警和維修，說(shuō)明了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率[1]。

三、自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的運(yùn)用

1.在火電廠設(shè)備上的使用

自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，推動(dòng)火電企業(yè)不斷創(chuàng)新技術(shù)，作為新型技術(shù)其載體是自動(dòng)控制理論，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、熱能工程技術(shù)，配合使用相關(guān)儀器，可以對(duì)火電廠日常運(yùn)行進(jìn)行排查和控制，實(shí)現(xiàn)智能化、科學(xué)化管理工作，可以節(jié)約成本、降低事故發(fā)生頻率，保障火電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，在火電廠汽機(jī)和鍋爐上使用自動(dòng)化控制技術(shù)，可以及時(shí)對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行報(bào)警和處理。

2.自動(dòng)控制理論在其他產(chǎn)品上的應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)不斷革新發(fā)展，提高了變送器和傳感器等多項(xiàng)設(shè)備的性能，目前，火電廠發(fā)展的重要工作之一就是材料的創(chuàng)新和工藝的創(chuàng)新。因此，自動(dòng)化控制理論也應(yīng)該結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行改革創(chuàng)新，強(qiáng)化自動(dòng)控制理論，服務(wù)于生產(chǎn)作業(yè)，早日實(shí)現(xiàn)火電廠熱工全自動(dòng)化。

3.主蒸汽壓力調(diào)節(jié)

對(duì)火電機(jī)組進(jìn)行安全性檢測(cè)的重要數(shù)據(jù)就包含主蒸汽壓力，其可以調(diào)節(jié)機(jī)組的負(fù)荷，均衡鍋爐汽機(jī)能力。鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)由三部分內(nèi)容組合而成，分別是燃料調(diào)節(jié)、引風(fēng)調(diào)節(jié)和送風(fēng)調(diào)節(jié)。這三部分內(nèi)容直接影響著主蒸汽壓力。因此，以能量平衡為出發(fā)點(diǎn)作為調(diào)節(jié)主蒸汽壓力的方式，在這個(gè)基礎(chǔ)上使用定制偏差進(jìn)行合理的調(diào)試。可以從兩個(gè)方面對(duì)主蒸汽壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別是串級(jí)調(diào)節(jié)策略和串級(jí)模糊調(diào)節(jié)策略。串級(jí)調(diào)節(jié)策略可以利用自動(dòng)控制理論做基礎(chǔ)，用Matlab設(shè)立模擬實(shí)驗(yàn)，然后與回路單一的PID作比較，根據(jù)系統(tǒng)特性來(lái)調(diào)整，可以解決燃料側(cè)內(nèi)的問(wèn)題[2]。

4.主蒸汽壓力LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)

火電廠鍋爐容量大，熱慣性強(qiáng)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)延遲問(wèn)題，在一定程度上影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，容易形成火電廠鍋爐運(yùn)行安全隱患問(wèn)題。但是使用PID調(diào)節(jié)器和Smith預(yù)估器可以改善這種情況，結(jié)合自動(dòng)控制理論，主蒸汽壓力LQ在強(qiáng)化系統(tǒng)的過(guò)程中，可以持續(xù)降低延遲度，優(yōu)化調(diào)控過(guò)程，還有相關(guān)研究人員通過(guò)函數(shù)表達(dá)形式把有限的維度狀態(tài)用類(lèi)似模型呈現(xiàn)出來(lái)。但是，PID調(diào)節(jié)器和Smith預(yù)估器也具備著調(diào)節(jié)精度低和魯棒性較弱等問(wèn)題，想要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制方案，還需要針對(duì)線性二次型問(wèn)題進(jìn)行研究，進(jìn)而完善強(qiáng)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為。也可以說(shuō)，PID調(diào)節(jié)器存在觀測(cè)精度低的問(wèn)題，技術(shù)人員如果想解決這個(gè)問(wèn)題，就要探析二階慣性環(huán)節(jié)，把延遲環(huán)節(jié)的e維度系數(shù)下降成為1，打造一個(gè)和主蒸汽壓力相似的道具，結(jié)合有限維狀態(tài)的空間性觀測(cè)能力和系統(tǒng)的能控性。

另外，火電廠的熱工儀表也存在著一定的缺陷，具備非線性特征，技術(shù)人員要結(jié)合智能控制理論，用模擬實(shí)驗(yàn)提高儀器儀表的準(zhǔn)確性。一般常被用到的方法有：遺傳算法辯識(shí)節(jié)流式流量?jī)x表非線性特性法和CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正測(cè)溫傳感器非線性特性法等。主蒸汽壓力是當(dāng)前階段火電廠面對(duì)的重要問(wèn)題，技術(shù)人員要結(jié)合自動(dòng)控制理論，戰(zhàn)勝燃煤量?jī)?nèi)外干擾問(wèn)題，應(yīng)用LQ次優(yōu)調(diào)節(jié)策略可以對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行縝密的管控，火電企業(yè)可以引薦、宣傳和使用[3]。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，企業(yè)合理應(yīng)用自動(dòng)控制理論，可以給予火電廠熱工自動(dòng)化發(fā)展新的機(jī)會(huì)，可以提高火電企業(yè)的工作效率，降低能源損耗、節(jié)省制造成本、保障安全生產(chǎn)。這對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)是新的機(jī)遇也是新的挑戰(zhàn)，被越來(lái)越多的企業(yè)關(guān)注、重視，強(qiáng)化系統(tǒng)參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有效結(jié)合自動(dòng)控制理論，一定可以促進(jìn)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洋， 馬強(qiáng)， 林峰. 淺談自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)中國(guó)人， 2015（14）.

[2]王利凱， 張璐. 談自動(dòng)控制理論在火電廠熱工自動(dòng)化中應(yīng)用[J]. 工程技術(shù)：引文版， 2016（8）：00319-00320.

[3]劉金元. 淺談火電廠熱工自動(dòng)化中智能控制的應(yīng)用[J]. 環(huán)球市場(chǎng)， 2016（20）：107-108.