探究撈渣機(jī)密封水水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司 董偉波 韓建衡 王 榮

1 爐底撈渣機(jī)密封水的作用和水位影響因素

1.1 撈渣機(jī)密封水的作用

底渣輸送機(jī)密封水的使用有兩個(gè)層次：爐內(nèi)密封必須保持微負(fù)壓，在爐子正常運(yùn)行時(shí)點(diǎn)燃自然環(huán)境，使所有爐子須保持良好的密閉點(diǎn)燃自然環(huán)境，即防止過(guò)多的外界空氣泄漏到爐內(nèi)。冷庫(kù)下面有一個(gè)大開(kāi)口、所以一定要密封好，這個(gè)目標(biāo)是用密封水來(lái)實(shí)現(xiàn)的；經(jīng)渣輸送機(jī)經(jīng)冷凍煤灰粉化后的粉煤，由一次風(fēng)帶入爐內(nèi)點(diǎn)燃。爐渣沿冷庫(kù)倉(cāng)落入爐渣輸送機(jī)而產(chǎn)生的爐渣經(jīng)密封冷卻水冷卻后排出，隨后將爐渣裝載運(yùn)輸至灰場(chǎng)[1]。

1.2 撈渣機(jī)密封水水位、水溫的影響因素

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的分析，可了解影響加熱爐底部渣輸送機(jī)封水水位和溫度的因素：加熱爐的運(yùn)行狀態(tài)。加熱爐未點(diǎn)火時(shí)太好。當(dāng)加熱爐負(fù)荷變化或?qū)嶋H進(jìn)行排灰作業(yè)時(shí)，從加熱爐落下的爐渣量會(huì)大大增加。排渣機(jī)將提高排渣機(jī)的水位，部分密封水會(huì)溢出溢流槽。當(dāng)排渣機(jī)接渣時(shí)水位會(huì)下降；另一方面，因?yàn)閺募訜釥t上掉下來(lái)的爐渣很燙。冷庫(kù)的溫度雖然降低一定程度但仍有很高的溫度。當(dāng)熱渣落入渣輸送機(jī)時(shí)冷渣會(huì)消耗一部分密封水，水位一定。同時(shí)排渣機(jī)的溫度也會(huì)升高，排渣機(jī)的所有機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行都受到溫度限制，一般規(guī)定溫度不超過(guò)53℃。

進(jìn)水流量的大小進(jìn)水流量由補(bǔ)水閥按鈕控制[2]。當(dāng)給水閥打開(kāi)一個(gè)小時(shí)以上時(shí)，由于密封水的消耗，排渣機(jī)內(nèi)的水位會(huì)降低、溫度會(huì)逐漸升高。為更好地預(yù)防這些情況，現(xiàn)在實(shí)行的水位控制方法是將供水閥門(mén)全開(kāi)。當(dāng)然，不必要的水溢出然后渣泵就變成了灰場(chǎng)。當(dāng)溢流水流量過(guò)大時(shí)需控制溢流水流量。基于以上對(duì)排渣機(jī)密封水的結(jié)構(gòu)、功效及影響因素的分析，本文設(shè)計(jì)理念是利用水位和溫度這兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)值來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)控制水閥。開(kāi)度用于控制水位，減少溢流水流量[3]。

1.3 撈渣機(jī)密封水水位控制的技術(shù)現(xiàn)狀

近十年來(lái)，在我國(guó)電廠中對(duì)于排渣機(jī)密封水位的控制一般采用兩種控制方式：一是采用閉式試驗(yàn)循環(huán)水系統(tǒng)；二是使用一套開(kāi)放式循環(huán)水系統(tǒng)。兩種方式都可達(dá)到保持排渣機(jī)密封水位目的，但都存在明顯不足：閉式循環(huán)水系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備多，系統(tǒng)復(fù)雜且維修工作繁重；開(kāi)放式循環(huán)水系統(tǒng)存在耗水量大的問(wèn)題。因此如能開(kāi)發(fā)出一種人性化、低成本的渣輸送機(jī)封水水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)水位進(jìn)行即時(shí)控制就更有意義了，也符合集中控制的發(fā)展。

為更好地控制渣輸送機(jī)封水溢流水流量，此前大部分電廠根據(jù)渣輸送機(jī)溫度選擇補(bǔ)水閥的獨(dú)立電源開(kāi)關(guān)控制來(lái)完成補(bǔ)水流量的控制。但由于沒(méi)有監(jiān)測(cè)排渣機(jī)的水位，很易造成水位稍低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爐內(nèi)通風(fēng)，危及所有發(fā)電機(jī)組的平穩(wěn)可靠運(yùn)行，因此系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后的預(yù)期效果不太好。現(xiàn)階段對(duì)于排渣機(jī)的封水水位控制主要通過(guò)選擇簡(jiǎn)單的連續(xù)補(bǔ)水方式，當(dāng)然還有溢流方式來(lái)完成。當(dāng)有特殊需要時(shí)，水位的調(diào)節(jié)和控制也由值班人員監(jiān)控，由人工實(shí)際操作完成，上密封水位尚未完全控制。

2 模糊控制器的設(shè)計(jì)

2.1 模糊自動(dòng)控制工作原理

現(xiàn)階段模糊控制還沒(méi)有統(tǒng)一定義。理論上講，模糊控制是建立在模糊基礎(chǔ)理論與模糊邏輯相結(jié)合的基礎(chǔ)上，與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)控制理論緊密結(jié)合的模擬人的思維方式，是對(duì)無(wú)法創(chuàng)建目標(biāo)的控制方法來(lái)創(chuàng)建分析模型。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其基本控制概念是基于被控對(duì)象的模糊實(shí)體模型，利用設(shè)備來(lái)模擬一種控制人體系統(tǒng)的方式。與傳統(tǒng)控制方法相比主要特點(diǎn)有六個(gè)層次：

在制定操作系統(tǒng)時(shí)無(wú)需建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)分析模型。只需掌握現(xiàn)場(chǎng)有工作經(jīng)驗(yàn)的員工的工作經(jīng)驗(yàn)和理解，或操作者在實(shí)際操作中的使用數(shù)據(jù)信息和受控對(duì)象的操作信息即可；對(duì)被控目標(biāo)特性主要參數(shù)的變化具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性；適用于控制不能建立被控目標(biāo)分析模型的復(fù)雜系統(tǒng)，如離散系統(tǒng)、時(shí)變、落后系統(tǒng)；是語(yǔ)言表達(dá)控制，考慮到對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的判斷和理解，很容易建立語(yǔ)言表達(dá)自變量控制標(biāo)準(zhǔn)，便于知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的生成；考慮到不同的意見(jiàn)，可設(shè)計(jì)出很多不同指標(biāo)值的方案，但對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)，它的語(yǔ)言表達(dá)控制標(biāo)準(zhǔn)是獨(dú)立的，根據(jù)所有的控制系統(tǒng)它是可協(xié)調(diào)的，獲得整體融洽控制；防治效果很好，所需設(shè)施簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益明顯[4]。

2.2 模糊控制系統(tǒng)的構(gòu)成

模糊控制屬于電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)控制的一種方法，其結(jié)構(gòu)類似于一般的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，主要由以下部分組成：

模糊控制器。是模糊控制的關(guān)鍵系統(tǒng)，它采用基于模糊控制專業(yè)知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)邏輯推理的語(yǔ)言表達(dá)型模糊控制器。也是區(qū)分模糊控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的主要指標(biāo)。模糊控制器存儲(chǔ)由標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出的模糊控制優(yōu)化算法一般由計(jì)算機(jī)語(yǔ)言或硬件完成；D/A 模糊控制器。將輸入控制變量的給定值與報(bào)告值之間的差值模糊控制優(yōu)化算法生成后，將得到相應(yīng)的控制變量。由于控制量是數(shù)據(jù)量，執(zhí)行器采用模擬量輸入，因此模糊控制器與執(zhí)行器之間需要進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換。

執(zhí)行器。包括通訊交流、直流無(wú)刷電機(jī)、油馬達(dá)、自力式控制閥等。擬分析的水位控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是電動(dòng)補(bǔ)水閥；操作對(duì)象。也可是一種機(jī)器設(shè)備或設(shè)備及兩者的人群。它們?cè)谀承┘s束方程下工作以實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。這種操縱目標(biāo)也可是清晰或模糊的、單個(gè)或多個(gè)自變量、線性或離散系統(tǒng)，并具有各種效果和其他條件。自然，相對(duì)于這些模糊的、離散的系統(tǒng)和有影響的控制目標(biāo)，模糊控制更適合。

既然傳感器控制是控制目標(biāo)，自然要明確控制目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而采取有效的對(duì)策。因此需設(shè)置傳感器來(lái)控制目標(biāo)或整個(gè)過(guò)程的控制量轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)。在選擇傳感器時(shí)應(yīng)注意傳感器的精度，因?yàn)樗谀：刂葡到y(tǒng)中占有非常關(guān)鍵的影響，其精度也會(huì)危及整個(gè)系統(tǒng)的控制精度；A/D 和D/A 的作用依次是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)再反映到計(jì)算機(jī)上，這取決于傳感器對(duì)操縱變量進(jìn)行變換所獲得的電子信號(hào)是脈沖信號(hào)還是模擬信號(hào)。如是脈沖信號(hào)則需要進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，如是模擬信號(hào)直接連接電腦、無(wú)需轉(zhuǎn)換。

3 模糊控制器的設(shè)計(jì)

3.1 輸入、輸出變量選取及隸屬度函數(shù)確定

輸入輸出變量選取：輸入輸出自變量有3個(gè)，即水位偏差E1、溫度偏差E、輸出控制量u。由于雙輸總體中沒(méi)有設(shè)定偏差變化量，為了更好地提高控制精度和提高定量分析水平，偏差控制語(yǔ)言表達(dá)自變量的域分別設(shè)置為X1和X。

隸屬度函數(shù)確定：實(shí)驗(yàn)調(diào)查結(jié)果表明，言語(yǔ)表達(dá)自變量的言語(yǔ)表達(dá)值是模糊的，隸屬函數(shù)形式為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，整體呈梯形或整體三角形，對(duì)模糊控制系統(tǒng)的實(shí)際效果影響不大?？刂埔话悴捎萌切魏碗A梯狀隸屬函數(shù)作為描述模糊組合的隸屬函數(shù)；為了更好的方便設(shè)計(jì)方案和控制，在本設(shè)計(jì)方案中，E、u 的語(yǔ)言表達(dá)式值的隸屬函數(shù)均采用三角函數(shù)（圖1）。

3.2 模糊控制規(guī)則表

根據(jù)控制標(biāo)準(zhǔn)，選擇第一類邏輯推理方法（生成方法為大、小計(jì)算）即可得到模糊控制器的總模糊關(guān)系R；那么自變量E 是根據(jù)語(yǔ)言來(lái)表示的，域的定量分析層次，通過(guò)生成推理方法得到輸出控制量的模糊值向量；然后采用較大隸屬度法求解歧義，得到體積為13×13（169個(gè)點(diǎn)）的模糊歧義。Clear control checklist，也就是使用間接方法得到的控制checklist；另一種使用立即法獲得控制視圖法的方法是立即從控制標(biāo)準(zhǔn)中獲得控制量，即邏輯推理語(yǔ)句從而得到所有的模糊控制表，比較以上兩種查詢方式得到的兩個(gè)控制清單，結(jié)論是：用同時(shí)法得到的控制清單進(jìn)行控制精度更高，實(shí)際控制效果更強(qiáng)。

本文設(shè)計(jì)了爐底排渣機(jī)密封水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的模糊控制器，并利用MATLAB 的Simulink 仿真包進(jìn)行仿真和效果分析。分析結(jié)果表明，爐底密封對(duì)于水位等離散系統(tǒng)改造的控制目標(biāo)，考慮溫度影響，采用模糊控制設(shè)計(jì)和制作控制系統(tǒng)可獲得有效的控制效果，密封水位可完全控制具有類似特定條件的發(fā)電廠。自動(dòng)控制也有一定的指導(dǎo)和參考價(jià)值。