智能控制技術在電廠自動化中的應用

通遼發電總廠有限責任公司 于 越

1 引言

雖然智能控制技術起源于國外，但近年來在我國新時代大環境下也逐步發展成熟，其具備較多技術優勢，對于電廠自動化發展的意義重大。基于此，本文從智能控制的概念、發展及其特點入手，以其包含的典型智能控制技術為切入點，針對智能控制技術在電廠自動化中的應用進行了討論，以供參考。

2 智能控制技術概念

智能控制技術主要是指具備智能信息處理、反饋、決策等能力的科學控制方法，代表控制理論發展地位，可對復雜系統中傳統控制方式無法解決的問題進行處理。不僅如此，智能控制還能夠對具有不確定性的數學模型、高度的非線性、復雜的任務做出準確處理。此外，最早的智能控制思想在20世紀中期時出現，在該階段，有關學者和研究人員針對控制的學習和研究熱情較高，使控制相關的內容和技能獲得了較好的應用[1]。如開發了自學習和自適應方法，針對控制系統中的隨機特性、模型未知等方面的問題進行了處理。

3 智能控制技術的發展

智能控制技術隨著時間的變化也不斷發展。1965年美國某大學教授提出在學習控制系統時，可使用AI 的啟發式推理規則；1966年國外研究人員將AI 與飛船控制系統進行融合；1967年由多名國外研究人員共同提出“智能控制”一詞，隨之投入使用；1971年AI 和自動控制正式重疊，構建了一個新的領域，標志著智能控制的建立，并開始發展。但早期的智能控制使用的智能方法相對簡單，如模式識別、學習方法等，其發展速度也相對較慢；20世紀中期，模糊數學出現在國外某著名論文中；1975年英國某專家成功在工業控制系統中應用了模糊邏輯和模糊關系，提出了處理模糊不確定性、模擬人的錯做經驗規則的模糊控制方法。隨后的一段時間內，通過多名研究專家的努力，在模糊控制的理論及應用上取得了較好的成績，使其成了常用的智能控制技術之一；20世紀八十年代，研究人員充分利用人工神經網絡的特征，提出并快速發展了神經網絡控制方法；近十幾年來，智能控制技術廣泛應用于各個專業領域中，如工業過程控制系統、機器人系統、交通系統、生產制造系統等等[2]。

4 智能控制的特點

將智能控制技術和傳統控制技術進行對比后不難看出，傳統控制技術的實現與被控對象模型有直接關聯，借助智能控制可對非模型系統控制問題加以治理。從以下四個方面對智能控制特點進行分析：一是以高級控制為核心，可從整體層面對多個復雜系統進行妥善解決，自身具有較強容錯能力；二是智能控制可以用知識表示非數學廣義模型，也可以用數學表示的混合控制過程，可根據開放式與封閉式環境控制、定性決策與定量控制相結合的多模態控制模式；三是還可結合系統功能來分析、整合系統，以此達到預定的目標；四是具有自適應、自組織、自學習、自協調、自修復的能力。

5 系統總統結構硬件設計

5.1 現場總線選型

PROFIBUS 作為集開放、數字化、多點通信為一體的底層控制網絡形式，將國際標準化組織所發布的參考模型當作檢測標準，應借助用戶界面層、鏈路層數據及物理層進行系統檢測分析。此外，PROFIBUS 現場總線硬件中包含主站與從站兩個方面，因為總線控制系統實時性有較高要求，可借助具備令牌協議及主從查詢相結合訪問控制為驗證模型。其中，主站通過傳輸碼控制總線發送或請求接收數據，從站工作為完成數據通信，智能控制技術在電廠自動化中的應用如圖1所示。

圖1 智能控制技術在電廠自動化中的應用

5.2 現場總線控制系統組成

該系統是多個設備制造商的混合DP 系統，PROFIBUS-DP 現場總線技術在網絡FCS 網絡設備中的應用采用總線網絡拓撲，網絡介質采用RS-485標準屏蔽雙絞線。控制單元與分布式I/O 系統之間的通信基于CPU 或帶有PROFIBUS 通信接口的通信單元，選擇PLC 作為主要和輔助設備，只有當主設備或從設備發送或接收信息時，才可以進行此操作，主站有兩個，一個主要是從站的協調控制，另一個是監控站。現場總線與DCS 的集成方式有很多種，該系統采用現場總線與DCS 系統I/O 層的集成。

6 典型的智能控制技術

6.1 專家控制技術

專家控制系統可將其在系統整體中使用的繁雜程度作為分類依據，通常情況下可分為以下兩部分：一是專家式控制器，多運用于數據庫較小、邏輯更容易控制。例如，工業控制專家更注重邏輯和實際計算。二是專家控制系統可保證系統結構和處理水平，在復雜的數據庫和復雜的推理中也可應用。

6.2 模糊控制技術

模糊控制技術的服務對象為無法建立有效數學模型無法保證系統控制問題中，將模糊數學、模糊控制與模糊語言表達作為基礎標準，并實現了自動控制反饋以及閉環。同時，模糊控制技術還具備以下三個優點：一是避免數學建模環節，可利用系統設計人員的控制能力和控制數據來完成相關操作；二是對克服時變時滯非線性不確定的控制問題有較好的效果；三是涉及的語言變量具有較為單純的特點，從而可降低構建相關專家系統的難度[3]。

6.3 神經網絡控制

神經網絡控制從某種層面上可以理解為是對人腦中神經元進行模擬，通過神經元的權值分布和連接來表達相關信息和數據。此外，通過學習和調整權重，結合神經網絡預測、直接校正和間接校正，可以實現智能控制，其可實現各種非線性圖像。另外，神經網絡控制在有效控制并行能力和并行結構的同時，還具備較好的經濟特點。智能控制技術在電廠自動化中的應用如圖2所示。

圖2 智能控制技術在電廠自動化中的應用

6.4 復合智能控制

復合智能控制系統其主要作用是綜合使用各種不同種類的控制系統，不僅能對各個控制系統的缺點進行控制，還能整合各個控制系統的優點。現階段，較為常見的復合系統有以下幾項：一是模糊專家控制，是開發和應用難度相對較小的復合系統，雖存在初始信息獲取不完善的問題，但其能有效模擬人類專家思維，并根據掌握的信息制定較為合理的解決方案。

二是由兩個系統組成的模糊神經網絡控制，不僅可以實現模糊控制知識的少量表達，還可以用于相關知識的關聯和應用，有效提高表達能力和學習能力。

三是模糊滑模控制對系統不確定性的影響較小，具有良好的魯棒性，但存在未建模動態補償、干擾控制增益高、易產生高頻開關抖振的問題[4]。模糊滑模控制與模糊系統相結合，不僅避免了上述問題，而且借助可靠性和魯棒性優勢特征，實現了控制對象的有效切換。

7 智能控制技術在電廠自動化中的應用

7.1 對中儲式制粉系統的控制

影響存儲介質控制系統主要有三方面原因：一是磨削載荷信號難以測量；二是數學模型復雜；三是控制參數耦合。所以，為了解決時滯和非線性問題，可以選擇克服模糊規則，也就是由工作人員將經驗數據和信息輸入計算機進行計算，使用預測模糊邏輯和分層邏輯模糊控制，并將智能控制技術廣泛應用于電廠負荷自動控制裝置中，以便提升和提高機組的自動化精度和抗干擾能力，加載智能測試控制單元，從而提升系統的運行速度。

7.2 對鍋爐燃燒過程的控制

在鍋爐燃燒工程中，易受煤質、變量耦合、時滯等因素的影響。將專家控制技術與鍋爐燃燒過程的有效控制相結合，建立了基于逐次判斷、分析和推理的前向控制系統，可以有效地判斷鍋爐判斷子系統、送風調節子系統、發動機診斷子系統、煤厚調節子系統等的緊急工況。

7.3 對單元機組負荷的控制

影響單元機組負荷的重要因素為非線性、不確定、時變、耦合。因此，可建立神經元模擬負荷控制系統，增大機跟爐和爐跟機的自適應性。并經研究發現，在該系統控制下，不僅使各權系數學習收斂大幅提速，還會實現了穩定、理想的自適應性和控制性。

7.4 對熱蒸汽氣溫的控制

在控制鍋爐過熱氣溫時，改變減溫水量是較為常用的方法。同時，該系統也存在以下幾點問題：一是大慣性；二是時滯性；三是動態特性的隨便。針對以上問題可在過熱氣溫系統中引入神經網絡控制技術，隨著智能技術的提升，不僅能有效提升系統的運行狀況，還能優化其適應性能，也能進一步強化其控制質量。

7.5 給水加藥方面的應用

給水加藥工作是將氨與聯氨融入其中，氨能夠提高給水高凝析油堿度，盡可能避免高低壓給水設備被酸性水腐蝕破壞。不僅如此，在給水加藥系統中應用模糊控制系統能夠從根本上提升控制系統質量[5]。在此基礎上，借助模糊控制系統能夠調節給藥泵轉速，還能夠減少手動操作出現誤差，減少人力資源支出成本，提高給藥和配料的工作質量，也從根本上提升了電廠經濟效益。不僅如此，智能控制技術的使用可以使電廠變頻器自動化實現模糊控制，以此來提高電廠輸出功率容量。

7.6 鍋爐溫度控制方面的使用

電廠自動化對電廠鍋爐溫度監測質量工作順利進行來講至關重要，應用智能控制可合理把控溫度，還可有效調控鍋爐運行中慣性和滯后時間，以此實現溫度和系統運行環境二者之間較好契合。另外，若想強化過熱溫度和熱負荷的控制能力，可選擇使用模糊控制的自動化控制，其可將熱溫度維持在標準的范圍內，提升發單元系統運行的穩定性和安全性，并進一步強化整體的溫度控制力，預防了因不穩定的鍋爐過熱溫度而產生的問題，也有效減少了相關經濟損失。除此之外，以往的電廠鍋爐在實際工作時，需安排相關人員進行實時監控，不僅浪費人力，還易發生意外事故。因此，在電廠鍋爐燃燒過程中實施智能控制，不僅能節省人力，還能使鍋爐內的能源得到充分燃燒，較大增加了能源的利用率。

7.7 在自動控制系統中的使用

電廠若想實現自動化控制，就應將智能控制系統科學、合理地應用于自動控制系統，這不僅有利于電廠的可持續發展，還迎合了電子信息技術發展的需求。此外，計算機硬軟件的飛速進步，也能促進智能控制技術的發展，也提升了電廠生產的穩定程度，為其生產效率和經濟效益的提升奠定了堅實基礎。同時，智能控制技術的使用，不僅解放了工人的雙手，還有效強化了電廠的管理水平。最后，智能控制還能定期對電廠相關設備進行檢查，及時發現設備問題和安全隱患。可見，智能控制在一定程度上提升了電廠的自動化水平，為其自動化技術的發展提供了有利條件。

7.8 pH 值控制

pH 值控制可有效實現對廢水的處理。其主要原理是根據廢水中的pH 值來添加酸或堿，以此確保廢水的pH 值達標，達到可排放標準。這不僅能大大減少廢水對周邊環境的污染，還在一定程度上保護了人們的健康。智能控制系統調節廢水pH 值時，應先針對廢水進行檢測，并將檢測結果錄入智能控制系統，隨后系統會整合相關數據，并依照數據提供的信息，科學調整廢水的pH 值。若在E＞Ep 時，需進行PID 調節，并核算加入酸或堿的總量。

8 結語

綜上所述，智能控制技術的創新和發展在電廠自動化中的應用具有十分重要的意義，其不僅確保了電廠運行的安全和穩定，還能有效提升了電廠各環節工作的質量及其經濟效益。因此，各電廠應明確智能控制的概念、特點和發展，清晰掌握典型的智能控制技術，使智能控制技術能夠高效應用于中儲式制粉系統、鍋爐燃燒過程、單元機組負荷、熱蒸汽氣溫、給水加藥、鍋爐溫度控制、自動控制系統等多個方面，這不僅順應了高新技術的發展的必然趨勢，也為實現電廠的可持續發展奠定了堅實的基礎。