5爐磨煤機(jī)制粉專家控制系統(tǒng)工作總結(jié).doc

5爐磨煤機(jī)制粉專家控制系統(tǒng)工作總結(jié) 臺 州 發(fā) 電 廠設(shè) 備 部1 概述8 / 8我廠#5機(jī)組為國產(chǎn)135MW機(jī)組，其制粉系統(tǒng)采用2套中儲式球磨機(jī)制粉系統(tǒng)。 該機(jī)組于2004年底大修時安裝和利時MACSII集散控制系統(tǒng)。但在DCS系統(tǒng)中沒有成熟的中儲式球磨機(jī)制粉控制系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)還是維持人工操作，制粉系統(tǒng)效率得不到提高。而制粉系統(tǒng)如實現(xiàn)智能專家控制將能夠自動尋找制粉系統(tǒng)最佳工況，它能保證制粉系統(tǒng)最大化的迫近最佳工況，它能夠在運行中根據(jù)煤質(zhì)變化及各種參數(shù)的變化自動尋找制粉系統(tǒng)的最佳差壓，最佳出粉量（與給煤機(jī)給煤量對應(yīng)，煤質(zhì)等條件變化時此值會相應(yīng)變化）等，減輕人員勞動強(qiáng)度，并且使煤粉的細(xì)度均勻性提高，同時也使制粉效率大大高于人工操作。2005年5月份我們利用機(jī)組小修的機(jī)會，對制粉系統(tǒng)的控制進(jìn)行了制粉系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)的改造，將磨煤機(jī)的自動控制放在獨立于DCS系統(tǒng)的專門控制站上實現(xiàn)，這樣在修改磨煤機(jī)控制方案及調(diào)試時絲毫不影響DCS系統(tǒng)的運行，經(jīng)過近一個月的調(diào)試，系統(tǒng)于七月十日投運，經(jīng)與以前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較，證明#5爐磨煤機(jī)系統(tǒng)在投入制粉專家控制系統(tǒng)后各方面指標(biāo)都有提高，特別是制粉出力大大高于人工操作。2 磨煤機(jī)自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀我廠磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的控制一直采用人工手動控制，目前國內(nèi)中儲式制粉系統(tǒng)的制粉系統(tǒng)成功投入自動運行的案例不多，在省內(nèi)更是沒有。3 磨煤機(jī)制粉專家控制系統(tǒng)改造方案A) 制粉系統(tǒng)控制存在的難點圖1：磨負(fù)荷與磨出入口差壓關(guān)系曲線自上世紀(jì)80年代起，國內(nèi)許多單位即開始了對中儲式制粉系統(tǒng)實施自動控制的研究工作，但進(jìn)展緩慢。許多控制方案只能在短時間內(nèi)實現(xiàn)自動控制，無法長期可靠運行。其難點主要表現(xiàn)為：a)多控制變量的強(qiáng)耦合特點：中儲式制粉系統(tǒng)是由球磨機(jī)、粗粉分離器、細(xì)粉分離器、排粉機(jī)、和相應(yīng)連接管道組成的復(fù)雜的氣固二相流系統(tǒng)，其風(fēng)壓、 風(fēng)溫、氣流和煤流存在著強(qiáng)烈的耦合關(guān)系，對其任意參量的調(diào)節(jié)，都會對其它參量產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響；b)有限的調(diào)節(jié)手段：制粉系統(tǒng)需要對磨煤機(jī)入口負(fù)壓、出入口差壓、出口溫度、磨煤機(jī)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，一些系統(tǒng)同時還要求對磨煤機(jī)電流、排粉機(jī)電流等指標(biāo)進(jìn)行控制，但控制手段一般只有熱風(fēng)門、循環(huán)風(fēng)門（或溫風(fēng)門、冷風(fēng)門等）和給煤機(jī)轉(zhuǎn)速等有限的調(diào)節(jié)手段，在許多情況下由于風(fēng)門開到極限，或執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，使某些調(diào)節(jié)手段退出調(diào)節(jié)，造成較少的調(diào)節(jié)手段完成較多的控制目標(biāo)的局面。在理論上是無法同時滿足所有控制要求的。這就要求對所有被控指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，給出可實現(xiàn)的優(yōu)化控制指標(biāo)，達(dá)到各種工況下的最佳控制；c)強(qiáng)烈的非線性特征：在制粉系統(tǒng)中幾乎所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都存在非線性。由于氣固二相流的湍流效應(yīng)，使磨煤機(jī)出入口差壓與磨煤機(jī)實際負(fù)荷呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的穩(wěn)態(tài)非線性回滯特征（圖1所示）和動態(tài)的大遲延特性。這也是以往用給煤量控制差壓的控制系統(tǒng)無法穩(wěn)定的原因；圖2：磨負(fù)荷與磨電流、磨噪聲關(guān)系曲線d)不一致、非穩(wěn)定的磨煤機(jī)負(fù)荷特征表達(dá)：由于無法實現(xiàn)對磨煤機(jī)內(nèi)部存煤量（負(fù)荷）的在線測量，磨煤機(jī)負(fù)荷判定只是由負(fù)荷特征量間接判斷，運行人員和許多控制方案最常用的負(fù)荷特征為：磨煤機(jī)出入口差壓、磨煤機(jī)電流和磨煤機(jī)噪聲負(fù)荷（通過磨煤機(jī)噪聲或震動強(qiáng)度判斷負(fù)荷）。但這些負(fù)荷特征對負(fù)荷的表征通常并不是一致的、穩(wěn)定的。差壓由于其非線性只能對負(fù)荷的極端情況進(jìn)行判斷；磨煤機(jī)電流與負(fù)荷存在非單值對應(yīng)關(guān)系（如圖2所示），并最大磨煤機(jī)電流會因磨煤機(jī)鋼球量的多少和機(jī)械性能的變化隨時改變；磨煤機(jī)噪聲也存在著噪聲飽和現(xiàn)象（在磨煤機(jī)負(fù)荷較高時磨煤機(jī)特征噪聲能量不再降低），同時存在著因鋼球添加量和因環(huán)境產(chǎn)生的噪聲漂移。因此根據(jù)任何單一負(fù)荷特征，無法長期準(zhǔn)確、可靠的判定磨煤機(jī)負(fù)荷；e)多因素產(chǎn)生的復(fù)雜的時變性：制粉系統(tǒng)是一個典型的時變系統(tǒng)，煤質(zhì)的可磨性、揮發(fā)性、含水量，四季煤溫和風(fēng)溫的不同，機(jī)組負(fù)荷造成的風(fēng)溫和風(fēng)壓的改變，磨煤鋼球量的改變，機(jī)組維修過程中對制粉系統(tǒng)的維護(hù)和改造，都會使制粉系統(tǒng)的特征參量和特性發(fā)生變化。固定不變的控制參量無法使系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。由于以上制粉系統(tǒng)控制難點的存在和相互影響，使多數(shù)制粉系統(tǒng)控制方案無法實施，或?qū)嵤┮欢螘r間后，控制品質(zhì)下降，而無法繼續(xù)使用。2、制粉系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)所采取的措施：基于制粉系統(tǒng)的以上特性，不可能簡單的單回路或幾個單回路耦合就實現(xiàn)對如此復(fù)雜系統(tǒng)的可靠控制，因此在實際控制系統(tǒng)中，采用了三層控制方式。如圖3所示。此3層分別為： 圖3：系統(tǒng)總體控制方式圖其中：模糊解耦控制層： 對各個被控變量實施模糊控制并通過解耦器和調(diào)節(jié)控制器控制被控系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；解耦系數(shù)控制層：根據(jù)系統(tǒng)工況辨識和專家知識庫，調(diào)整模糊耦合器的耦合系數(shù)；系統(tǒng)優(yōu)化控制層：根據(jù)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)控制性能分析評估，計算出對應(yīng)于當(dāng)前系統(tǒng)的最佳控制定值。具體實時方法為：a) 利用圖形化模糊控制專用軟件組成全面的模糊控制系統(tǒng)：現(xiàn)代模糊控制理論是將人類控制經(jīng)驗和思維方式數(shù)學(xué)化，并予以實施的控制手段。它控制靈活，對于復(fù)雜的系統(tǒng)控制具有特殊的優(yōu)越性。但是由于其理論上的難度和知識庫、推理機(jī)編寫的復(fù)雜，給系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)帶來許多不便。為此本系統(tǒng)采用MECS控制軟件包，將模糊控制方法簡化為圖形化組態(tài)，使其簡單、直觀、形象，將復(fù)雜的知識庫和推理機(jī)過程圖形化表達(dá)，在線直接組成控制組態(tài)。使復(fù)雜的模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計、組態(tài)、調(diào)試簡單易行。很好地實現(xiàn)對各種工況的判別和優(yōu)化控制；圖4：模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)b) 全方位的變參量解耦控制：通過對制粉系統(tǒng)風(fēng)門開度和給煤量的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對制粉系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)溫、磨煤機(jī)負(fù)荷的全工況控制。與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)不同，本系統(tǒng)采用解耦方式完成給煤量、風(fēng)量、風(fēng)溫調(diào)節(jié)，并根據(jù)制粉系統(tǒng)現(xiàn)實工況調(diào)整耦合系數(shù)，保證了在所有工況下系統(tǒng)制粉均勻和風(fēng)溫平穩(wěn)。圖5：磨煤機(jī)給煤量控制原理圖c) 給煤量預(yù)估控制：由于各個火電廠所用燃煤煤質(zhì)波動較大，制粉系統(tǒng)的實時制粉能力起伏較大，影響系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。利用預(yù)估控制器，給出被控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的預(yù)估輸出值，模糊調(diào)節(jié)器在此基礎(chǔ)上細(xì)致調(diào)節(jié)。而系統(tǒng)狀態(tài)分析器則根據(jù)實時運行數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)分析計算而得到解耦器的各個調(diào)節(jié)回路的當(dāng)前耦合系數(shù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖5。在此結(jié)構(gòu)中給煤指令由預(yù)估控制器、系統(tǒng)狀態(tài)分析器、參數(shù)控制回路共同確定，其算法模型如下： F(x)=f(預(yù)估)*f(作用量)*f(負(fù)荷、差壓、溫度) 此模型中的函數(shù)都是基于矩陣的函數(shù)式，給煤機(jī)指令最終受到預(yù)估值、系統(tǒng)狀態(tài)系數(shù)、負(fù)荷、差壓、溫度等的綜合控制，它們聯(lián)合決定制粉系統(tǒng)的出力，使制粉系統(tǒng)能夠在最大出力下穩(wěn)定運行而不發(fā)生堵磨事故，當(dāng)系統(tǒng)運行特性變化后給煤機(jī)指令能夠及時得到調(diào)整使系統(tǒng)始終維持優(yōu)化運行。d) 磨煤機(jī)負(fù)荷的模糊判別和計算：磨煤機(jī)的各種負(fù)荷特征都無法單獨穩(wěn)定表達(dá)磨煤機(jī)的負(fù)荷水平，在控制系統(tǒng)中采用模糊識別技術(shù)，擬合出綜合磨煤機(jī)負(fù)荷量，并將磨煤機(jī)最大磨電流對應(yīng)負(fù)荷定義為50%，通過磨煤機(jī)電流負(fù)荷、噪聲負(fù)荷和差壓間在線運行過程中的相互校正，克服了單一表征量的非線性和鋼球添加量和煤質(zhì)的磨負(fù)荷測量影響，保證負(fù)荷測量的長期穩(wěn)定，準(zhǔn)確。e) 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)增加系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能：由于系統(tǒng)存在時變性，因此控制系統(tǒng)需要對控制參量進(jìn)行在線整定，因此我們將制粉系統(tǒng)與其控制系統(tǒng)，整體看作隨這些控制參量變化的系統(tǒng)。逐步在確定的范圍改變這些參量，并以系統(tǒng)的穩(wěn)定性、長期制粉效率、和偏差大小為標(biāo)準(zhǔn)，采用再激勵學(xué)習(xí)控制機(jī)制對這樣的變化進(jìn)行取舍，使系統(tǒng)不斷優(yōu)化。f) 系統(tǒng)模糊協(xié)調(diào)控制： 中儲式球磨機(jī)制粉系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的多變量輸入輸出系統(tǒng)，運行中需要維護(hù)磨入口風(fēng)壓、磨出口溫度、磨出入口差壓、磨負(fù)荷等參量的穩(wěn)定，需要多個風(fēng)門和給煤量配合完成。因機(jī)組負(fù)荷和煤質(zhì)的不同，系統(tǒng)運行狀態(tài)可分為多種特征工況，不同特征工況對應(yīng)不同的特征調(diào)節(jié)方式，利用模糊邏輯，分析實際系統(tǒng)相對各種調(diào)整工況的所屬關(guān)系，綜合出實際的調(diào)節(jié)方式，可使系統(tǒng)在任何工況下實現(xiàn)平穩(wěn)控制。另一方面，制粉系統(tǒng)的任意執(zhí)行機(jī)構(gòu)的變化，幾乎影響所有被控參量，這就需要計算每個被控參量對個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耦合參數(shù)，在控制中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的諧調(diào)動作，保證調(diào)節(jié)某一參量時，對其他參量影響最小。制粉系統(tǒng)智能專家控制系統(tǒng)具備以上控制功能，通過在線系統(tǒng)工況分析和耦合系數(shù)計算，可實現(xiàn)穩(wěn)定的多變量輸入輸出系統(tǒng)控制。g) 系統(tǒng)優(yōu)化控制：中儲式制粉系統(tǒng)為多變量控制系統(tǒng)，風(fēng)量、風(fēng)溫受鍋爐負(fù)荷和環(huán)境的影響，煤質(zhì)、鋼球量也經(jīng)常改變，所以該系統(tǒng)是一工況變化系統(tǒng)。對于不同工況，系統(tǒng)的控制目標(biāo)不盡相同，要根據(jù)不同的工況對系統(tǒng)最佳控制目標(biāo)進(jìn)行分析計算。其最佳控制標(biāo)準(zhǔn)為：系統(tǒng)參量控制穩(wěn)定，溫度、風(fēng)壓在正常范圍、制粉出力最大，制粉系統(tǒng)壓力冷風(fēng)風(fēng)量較小，制粉粒度滿足要求。h) 嵌入DCS系統(tǒng)的嵌入式結(jié)構(gòu)：為了解決既方便組態(tài)調(diào)試及方案的修改，又在這些修改的過程中不能影響機(jī)組的安全運行，同時又能有很高的可靠性以降低現(xiàn)場維護(hù)人員工作量，結(jié)合制粉系統(tǒng)是一個慢速系統(tǒng)的特性，我們利用DCS系統(tǒng)的硬件件可靠性高和開放性的特點，確定控制指令的輸入輸出執(zhí)行由DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，而設(shè)置一臺控制站（一臺通用計算機(jī)）通過與DCS系統(tǒng)通訊取得制粉系統(tǒng)各個參數(shù)，在控制站內(nèi)完成計算后再將控制指令通過通訊返回給DCS系統(tǒng)執(zhí)行。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來如下好處：1）不占用DCS系統(tǒng)運算資源，由于算法都是在控制站內(nèi)完成后送給DCS系統(tǒng)的，DCS系統(tǒng)內(nèi)不需作任何運算，對DCS系統(tǒng)來說很安全；2）操作界面統(tǒng)一，因控制站只完成控制運算，最終的輸入輸出還是由DCS實現(xiàn)，操作也是設(shè)置在DCS系統(tǒng)的操作員站上，這樣可以保持操作風(fēng)格的統(tǒng)一；3）現(xiàn)場維護(hù)工作量很小，由于增加的硬件只有兩個噪聲探頭和一臺控制站，硬件數(shù)量少同時又是通用的設(shè)備，可靠性高幾乎不需要維護(hù)；4）修改控制組態(tài)算法方便，由于此控制站獨立于DCS系統(tǒng)存在，所以在修改算法及參數(shù)時不會影響其它設(shè)備的正常運行，同時可以隨時在控制站內(nèi)增加新的算法功能；5）便于實現(xiàn)高級功能，現(xiàn)代的控制技術(shù)發(fā)展日新月異，而DCS系統(tǒng)提供的算法都是一些經(jīng)典的算法模塊，用于實現(xiàn)智能尋優(yōu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等新的控制算法時非常困難甚至做不到，即使實現(xiàn)了也非常復(fù)雜占用系統(tǒng)資源嚴(yán)重，而使用此結(jié)構(gòu)則可以隨心所欲的增加各種控制算法，系統(tǒng)資源占用不會有明顯變化。4 改造后系統(tǒng)的技術(shù)特點a) 實施全工況優(yōu)化控制方案，在任何工況下均可實現(xiàn)自動控制。根據(jù)系統(tǒng)運行工況，實現(xiàn)該工況下的最優(yōu)控制。利用系統(tǒng)自學(xué)習(xí)功能，監(jiān)視系統(tǒng)特性的變化，保證在系統(tǒng)因煤質(zhì)、鋼球量、磨煤機(jī)本體發(fā)生變化時，保持對系統(tǒng)最優(yōu)的控制品質(zhì)，自動投入率達(dá)100。b) 節(jié)能效果顯著：由于該系統(tǒng)可使球磨機(jī)長期穩(wěn)定地運行在最佳工況和最佳煤負(fù)荷狀態(tài)，因此明顯降低了制粉耗電量。依據(jù)原有操作水平和球磨機(jī)類型，制粉效率可提高1030，節(jié)電10%以上。c) 通過對制粉系統(tǒng)風(fēng)門開度和給煤量的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對制粉系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)溫、磨煤機(jī)負(fù)荷的全工況控制。與傳統(tǒng)給煤量調(diào)節(jié)不同，本系統(tǒng)的給煤量調(diào)節(jié)參與對磨煤機(jī)風(fēng)量、風(fēng)溫的控制，保證了系統(tǒng)制粉的均勻性和風(fēng)溫的平穩(wěn)。d) 制粉系統(tǒng)風(fēng)壓、風(fēng)溫、風(fēng)量控制平穩(wěn)，提高制粉粒度的均勻度，有助于改善鍋爐燃燒，減少鍋爐管道磨損。e) 徹底杜絕空磨運行和跑粉等事故發(fā)生，減少球磨機(jī)的磨損。f) 采用MECS組態(tài)編輯器組態(tài)系統(tǒng)控制。組態(tài)編輯器利用圖形組態(tài)方式，進(jìn)行在線組態(tài)，將運行人員對系統(tǒng)的控制經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為控制組態(tài)圖。在線調(diào)試過程中，控制過程的各個參量，實時顯示在組態(tài)圖上，便于系統(tǒng)調(diào)試。g) 通過磨煤機(jī)電流負(fù)荷（以磨煤機(jī)電流為基礎(chǔ)計算出的負(fù)荷值）和磨煤機(jī)噪聲負(fù)荷（以磨煤機(jī)噪聲傳感器提供的負(fù)荷值）的相互修正，給出實時負(fù)荷值，消除了磨煤機(jī)噪聲負(fù)荷的漂移、誤差和負(fù)荷飽和等問題，可使磨煤機(jī)的負(fù)荷計算保持長期穩(wěn)定、準(zhǔn)確，免維護(hù)。h) 具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能，在制粉系統(tǒng)本體改造使制粉系統(tǒng)工作規(guī)程和性能發(fā)生較大變化時，提供及時遠(yuǎn)方控制方案修訂，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定，和節(jié)能效率。i) 人機(jī)界面友好，畫面直觀、生動，功能齊全，具有手動操作、定值設(shè)定、實時數(shù)據(jù)圖表和曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、報警數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)報表打印等多種功能，便于操作和管理。5 項目實施過程總結(jié)a) 我廠的六臺135MW機(jī)組配置有十二臺中儲式制粉系統(tǒng)，對制粉系統(tǒng)運行效率的提高各相關(guān)部門都很重視，運行效率已經(jīng)比較高，全年的制粉單耗平均都已經(jīng)控制在23kWh/t左右，但始終是人工手動調(diào)節(jié)，我們認(rèn)為系統(tǒng)運行效率還是有潛力可挖的。隨著我廠DCS改造的逐步完成，機(jī)組的自動化水平也有了很大的提高，但制粉系統(tǒng)始終沒能投入自動運行，運行人員的勞動強(qiáng)度下降也不理想。b) 2004年，我們通過調(diào)查研究，收集資料，認(rèn)為實現(xiàn)制粉系統(tǒng)的自動控制和優(yōu)化控制是可行的，決定進(jìn)行這一控制的開發(fā)研究，成立了攻關(guān)小組，準(zhǔn)備在2005年實現(xiàn)5號機(jī)組的制粉系