基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)燃燒控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、基于MCGS的火電廠鍋爐控制系統(tǒng)配置燃燒控制系統(tǒng)摘要燃料燃燒技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，特別是在能源工程中發(fā)揮著非常重要的作用。人類社會(huì)能源消費(fèi)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)能源消費(fèi)的刺激更加明顯。在我國(guó)，能源利用非常不合理，能源利用效率低，浪費(fèi)大，國(guó)民經(jīng)濟(jì)單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)很高。造成這種情況的原因是多方面的，燃燒設(shè)備效率低下是重要因素之一。因此，開發(fā)新的燃燒技術(shù)，提高耗能設(shè)備的運(yùn)行效率具有重要意義。循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）是近年來發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃煤技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐在蒸汽溫度控制和水位控制方面與煤粉鍋爐基本相同，但其燃燒系統(tǒng)與煤粉鍋爐有很大不同。為保證床溫在一定范圍內(nèi)，循環(huán)流化

2、床鍋爐特有的床溫控制系統(tǒng)和床壓控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，燃燒過程采用交叉限制燃燒控制系統(tǒng)，應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)（DCS）對(duì)燃燒控制進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，以提高循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)化水平。進(jìn)行了一次有益的嘗試。同時(shí)采用MCGS組態(tài)軟件對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。關(guān)鍵詞：燃燒控制系統(tǒng)；循環(huán)流化床； MCGS; DCS目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201808999 摘要 PAGEREF _Toc201808999 h 我 HYPERLINK l _Toc201809000 摘要 PAGEREF _Toc201809000 h 二 HYPERLIN

3、K l _Toc201809001 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc201809001 h 1 HYPERLINK l _Toc201809002 1.1火力發(fā)電概況 PAGEREF _Toc201809002 h 1 HYPERLINK l _Toc201809003 1.2火電廠介紹 PAGEREF _Toc201809003 h 1 HYPERLINK l _Toc201809004 1.2.1火力發(fā)電廠流程 PAGEREF _Toc201809004 h 1 HYPERLINK l _Toc201809005 1.2.2火電廠設(shè)備介紹 PAGEREF _Toc20180900

4、5 h 2 HYPERLINK l _Toc201809006 1.2.3火電廠各系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc201809006 h 4 HYPERLINK l _Toc201809007 1.3設(shè)計(jì)思維 PAGEREF _Toc201809007 h 6 HYPERLINK l _Toc201809008 第二章過程控制技術(shù) PAGEREF _Toc201809008 h 7 HYPERLINK l _Toc201809009 2.1常規(guī)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809009 h 7 HYPERLINK l _Toc201809010 2.1.1單回路控制系統(tǒng) PAGER

5、EF _Toc201809010 h 7 HYPERLINK l _Toc201809011 2.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809011 h 9 HYPERLINK l _Toc201809012 2.1.3比率控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809012 h 9 HYPERLINK l _Toc201809013 2.1.4前饋控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809013 h 10 HYPERLINK l _Toc201809014 2.1.5延時(shí)補(bǔ)償控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809014 h 11 HYPERLINK l _Toc20

6、1809015 2.1.6選擇性控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809015 h 12 HYPERLINK l _Toc201809016 2.2智能控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809016 h 13 HYPERLINK l _Toc201809017 2.2.1模糊控制 PAGEREF _Toc201809017 h 13 HYPERLINK l _Toc201809018 2.2.2專家規(guī)則控制 PAGEREF _Toc201809018 h 14 HYPERLINK l _Toc201809019 2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 PAGEREF _Toc201809019 h

7、 16 HYPERLINK l _Toc201809020 第 3 章 CFB 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809020 h 18 HYPERLINK l _Toc201809021 3.1循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況 PAGEREF _Toc201809021 h 18 HYPERLINK l _Toc201809022 3.2 CFB鍋爐簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc201809022 h 18 HYPERLINK l _Toc201809023 3.2.1 CFB 鍋爐定義 PAGEREF _Toc201809023 h 18 HYPERLINK l _Toc2018090

8、24 3.2.2循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc201809024 h 19 HYPERLINK l _Toc201809025 3.2.3循環(huán)流化床鍋爐工作原理 PAGEREF _Toc201809025 h 19 HYPERLINK l _Toc201809026 3.3燃燒過程相關(guān)參數(shù)的影響 PAGEREF _Toc201809026 h 20 HYPERLINK l _Toc201809027 3.3.1 CFB風(fēng)速和風(fēng)量 PAGEREF _Toc201809027 h 20 HYPERLINK l _Toc201809028 3.3.2給煤 PAGEREF _Toc201

9、809028 h 21 HYPERLINK l _Toc201809029 3.3.3床料高度 PAGEREF _Toc201809029 h 22 HYPERLINK l _Toc201809030 3.3.4過量空氣系數(shù) PAGEREF _Toc201809030 h 22 HYPERLINK l _Toc201809031 3.3.5爐膛負(fù)壓 PAGEREF _Toc201809031 h 23 HYPERLINK l _Toc201809032 3.3.6床溫 PAGEREF _Toc201809032 h 23 HYPERLINK l _Toc201809033 3.3.7載荷 PA

10、GEREF _Toc201809033 h 24 HYPERLINK l _Toc201809034 3.3.8循環(huán)率變化的影響 PAGEREF _Toc201809034 h 25 HYPERLINK l _Toc201809035 3.3.9其他因素的影響 PAGEREF _Toc201809035 h 25 HYPERLINK l _Toc201809036 3.4燃燒控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809036 h 26 HYPERLINK l _Toc201809037 3.4.1燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)及系統(tǒng)要解決的問題 PAGEREF _Toc201809037 h 26

11、HYPERLINK l _Toc201809038 3.4.2雙交叉限制燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809038 h 27 HYPERLINK l _Toc201809039 3.4.3煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809039 h 30 HYPERLINK l _Toc201809040 3.4.4爐膛負(fù)壓與安全控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc201809040 h 33 HYPERLINK l _Toc201809041 第四章鍋爐自控系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc201809041 h 35 HYPERLINK l _Toc201809

12、042 4.1控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc201809042 h 35 HYPERLINK l _Toc201809043 4.1.1幾種控制系統(tǒng)的功能比較 PAGEREF _Toc201809043 h 35 HYPERLINK l _Toc201809044 4.1.2控制系統(tǒng)性能比較 PAGEREF _Toc201809044 h 36 HYPERLINK l _Toc201809045 4.1.3控制系統(tǒng)價(jià)格比較 PAGEREF _Toc201809045 h 36 HYPERLINK l _Toc201809046 4.1.4 DCS控制系統(tǒng)方案的確定 PAGEREF _T

13、oc201809046 h 36 HYPERLINK l _Toc201809047 4.2 JX-300X 控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc201809047 h 37 HYPERLINK l _Toc201809048 4.2.1系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc201809048 h 37 HYPERLINK l _Toc201809049 4.2.2系統(tǒng)特點(diǎn) PAGEREF _Toc201809049 h 38 HYPERLINK l _Toc201809050 4.2.3系統(tǒng)性能要求 PAGEREF _Toc201809050 h 39 HYPERLINK l _Toc2

14、01809051 4.3 JX-300X控制系統(tǒng)軟硬件組成 PAGEREF _Toc201809051 h 40 HYPERLINK l _Toc201809052 4.3.1控制站硬件組成 PAGEREF _Toc201809052 h 40 HYPERLINK l _Toc201809053 4.3.2多功能站和操作站硬件組成 PAGEREF _Toc201809053 h 41 HYPERLINK l _Toc201809054 第 5 章 設(shè)備選型和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施 PAGEREF _Toc201809054 h 42 HYPERLINK l _Toc201809055 5.1設(shè)備選型 P

15、AGEREF _Toc201809055 h 42 HYPERLINK l _Toc201809056 5.1.1傳感器 PAGEREF _Toc201809056 h 42 HYPERLINK l _Toc201809057 5.1.2變送器 PAGEREF _Toc201809057 h 43 HYPERLINK l _Toc201809058 5.2 MCGS組態(tài)軟件介紹 PAGEREF _Toc201809058 h 45 HYPERLINK l _Toc201809059 5.2.1軟件介紹 PAGEREF _Toc201809059 h 45 HYPERLINK l _Toc201

16、809060 5.2.2 MCGS腳本 PAGEREF _Toc201809060 h 46 HYPERLINK l _Toc201809061 5.2.3腳本語言編輯環(huán)境 PAGEREF _Toc201809061 h 46 HYPERLINK l _Toc201809062 5.3 MCGS監(jiān)控系統(tǒng) 圖 PAGEREF _Toc201809062 h 47 HYPERLINK l _Toc201809063 全文摘要 PAGEREF _Toc201809063 h 50 HYPERLINK l _Toc201809064 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc201809064 h 51 HY

17、PERLINK l _Toc201809065 附錄 儀器選擇 PAGEREF _Toc201809065 h 52 HYPERLINK l _Toc201809066 至 PAGEREF _Toc201809066 h 53介紹1.1火力發(fā)電概況火力發(fā)電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的電力設(shè)施，包括用于將燃料燃燒產(chǎn)生的熱量、熱能和電能轉(zhuǎn)化為電能的所有設(shè)備、裝置和儀表裝置。輸出電能。與生產(chǎn)、生活有關(guān)的建筑物、構(gòu)筑物及一切附屬設(shè)施。最早的火力發(fā)電是在 1875 年在法國(guó)巴黎北站的火力發(fā)電廠中實(shí)現(xiàn)的?；鹆Πl(fā)電廠安裝了直流發(fā)電機(jī)，為附近的照明供電。隨后，美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)也相繼建起了火力發(fā)電廠。

18、 1886年，第一座交流發(fā)電廠在美國(guó)建成。 1891年，英國(guó)電氣公司的火力發(fā)電廠安裝了第一臺(tái)帶冷凝器的發(fā)電機(jī)組，容量為100千瓦，熱效率大大提高。 1882年，中國(guó)修建了乍浦路熱電廠，用一臺(tái)12千瓦的直流發(fā)電機(jī)為燈供電。 20世紀(jì)，隨著電力照明和電力傳輸?shù)耐茝V，社會(huì)對(duì)電能的需求推動(dòng)了火力發(fā)電的快速發(fā)展，表現(xiàn)為火電機(jī)組容量的不斷增加。 1901年，第一臺(tái)5000千瓦汽輪發(fā)電機(jī)由Swiss-Blanc-Bowley制造，1902年達(dá)到15000千瓦。1912年美國(guó)西屋電氣公司造出25000千瓦機(jī)組，到1925年造出100000千瓦單位出現(xiàn)。 1950年代中期，各國(guó)陸續(xù)投產(chǎn)了30萬至60萬千瓦的火電

19、機(jī)組。到 1980 年代后期，世界上最大的火力發(fā)電廠是日本的鹿兒島發(fā)電廠，容量為 440 萬千瓦。中國(guó)大陸最大的火力發(fā)電廠是諫壁發(fā)電廠（162.5萬千瓦）。到 1980 年代末，火力發(fā)電仍然是最重要的發(fā)電方式。世界上大多數(shù)國(guó)家的電力生產(chǎn)仍以火電為主。全球火電裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的65.6%。中國(guó)火電成本較低，到1990年，火電占總發(fā)電量的72%。在未來30年的發(fā)展規(guī)劃中，火電占比將長(zhǎng)期保持在70%左右，火電仍將在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。1.2 火力發(fā)電廠簡(jiǎn)介1.2.1火力發(fā)電廠工藝火電廠的一般工藝流程是將儲(chǔ)煤場(chǎng)中儲(chǔ)存的原煤從輸煤設(shè)備送至鍋爐原煤斗，再由給煤機(jī)送至磨煤機(jī)。被磨成煤粉。煤粉送

20、入選粉機(jī)進(jìn)行分離，合格的煤粉送入煤粉倉(cāng)儲(chǔ)存。煤粉倉(cāng)內(nèi)的煤粉由粉碎機(jī)送入鍋爐本體的燃燒器，燃燒器噴入爐膛燃燒。燃燒的煤粉釋放大量熱能，將爐膛周圍水冷壁管中的水加熱成蘇打水混合物?；旌衔锝?jīng)鍋爐汽包汽水分離器分離，分離后的水經(jīng)下降管送入水冷壁管繼續(xù)加熱，分離后的蒸汽送入過熱器，加熱成過熱蒸汽規(guī)定的溫度和壓力，并通過管道輸送。到汽輪機(jī)。過熱蒸汽在汽輪機(jī)中工作，帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。完成汽輪機(jī)工作的過熱蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻成冷凝水，冷凝水經(jīng)冷凝泵送入低壓加熱器加熱，再送入除氧器脫氧，然后由進(jìn)料泵送入高壓加熱器加熱。它被送到鍋爐繼續(xù)熱循環(huán)。再熱機(jī)組采用中間再熱工藝，即汽輪機(jī)高壓缸做功后的蒸汽，

21、送入鍋爐再熱器進(jìn)行再熱，蒸汽升到一定壓力和溫度后，它被送到汽輪機(jī)的中壓缸繼續(xù)做功。 .圖 1.1 鍋爐工藝流程圖1.2.2火電廠設(shè)備介紹鍋爐設(shè)備是火電廠的主要熱工設(shè)備之一。它的任務(wù)是通過燃燒燃料將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，這種熱能加熱水，使其成為一定數(shù)量和質(zhì)量（壓力和溫度）的蒸汽。由爐膛、煙道、汽水系統(tǒng)（包括受熱面、汽包、總管和連接管）和爐墻、框架組成的整體稱為“鍋爐本體” 。鍋爐可分為低壓鍋爐（壓力小于2.45MPa）、中壓鍋爐（壓力2.944.90MPa）、高壓鍋爐（壓力7.8410.8MPa）、超高壓鍋爐（壓力11.814.7MPa）按蒸汽壓力分，亞臨界鍋爐（壓力15.719. 6MPa）、超臨

22、界鍋爐（壓力22. 1MPa）、超超臨界鍋爐（壓力3031MPa）。按工作流體在鍋爐蒸發(fā)受熱面上的流動(dòng)方式分類：自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐、復(fù)合循環(huán)鍋爐。按鍋爐整體布局分類：型結(jié)構(gòu)鍋爐、箱式結(jié)構(gòu)鍋爐、塔式結(jié)構(gòu)鍋爐火電廠鍋爐按水循環(huán)方式可分為自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)和直流鍋爐三種。初級(jí)風(fēng)機(jī)：將燃料烘干后送入爐膛，一般采用離心風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)：克服空氣預(yù)熱器、風(fēng)道和燃燒器的阻力，輸送助燃空氣，保持燃料充分燃燒。引風(fēng)機(jī)：排出煙氣，保持爐膛壓力，形成流動(dòng)的煙氣，完成煙氣與空氣的熱交換。磨煤機(jī)：將原煤磨成細(xì)煤粉，完成粗細(xì)粉的分離和干燥?？諝忸A(yù)熱器：空氣預(yù)熱器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱燃燒所需空氣的換熱

23、裝置。提高鍋爐效率，提高助燃空氣溫度，減少燃料不完全燃燒造成的熱量損失?？諝忸A(yù)熱器分為熱傳導(dǎo)式和回轉(zhuǎn)式。鍋爐水循環(huán)泵：建立和維持鍋爐內(nèi)介質(zhì)的循環(huán)，完成介質(zhì)循環(huán)加熱的過程。燃燒器：將攜帶煤粉的一次風(fēng)和輔助燃燒的二次風(fēng)送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉能夠快速穩(wěn)定地點(diǎn)燃，同時(shí)煤粉和煤粉空氣混合合理，使煤粉可以入爐。燃燒迅速而完全。煤粉燃燒器可分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類。汽輪機(jī)本體是汽輪機(jī)機(jī)組中完成蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的基本部件，即汽輪機(jī)本身。它與蓄熱式供熱系統(tǒng)、調(diào)節(jié)安全系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)等輔助設(shè)備組成汽輪機(jī)組。汽輪機(jī)機(jī)體由固定部分（定子）和旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）組成。固定部件包括氣缸、隔

24、膜、噴嘴、蒸汽密封件、緊固件和軸承。旋轉(zhuǎn)部分包括主軸、葉輪或滾筒、葉片和聯(lián)軸器。固定部分的噴嘴和擋板與旋轉(zhuǎn)部分的葉輪和葉片形成蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的流通部分。汽缸是限制高壓蒸汽泄漏的外殼。汽輪機(jī)本體還設(shè)有汽封系統(tǒng)。汽輪機(jī)是將蒸汽的熱勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)。分為脈沖式和反應(yīng)式汽輪機(jī)。給水泵：除氧水箱內(nèi)的冷凝水由給水泵升壓，經(jīng)高壓加熱器加熱，然后輸送至鍋爐省煤器進(jìn)口，作為鍋爐的主要給水。高低壓加熱器：利用汽輪機(jī)抽汽加熱給水和冷凝水，目的是提高整個(gè)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。除氧器：去除鍋爐給水中的各種氣體，主要是水中的游離氧。凝汽器：在汽輪機(jī)排氣口形成最佳真空，將工質(zhì)膨脹到最低壓力，盡可能將蒸汽的熱能

25、轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將排出的蒸汽冷凝成水。冷凝泵：通過各級(jí)低壓加熱器將冷凝器的冷凝水補(bǔ)充到除氧器中。油系統(tǒng)設(shè)備：一是為汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)提供工作油，二是為汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的軸承提供大量的潤(rùn)滑油和冷卻油。主要設(shè)備包括主油箱、主油泵、交直流油泵、油冷卻器、油凈化裝置等。在發(fā)電廠中，同步發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的唯一電氣設(shè)備。因此，將一次能源（水、煤、油、風(fēng)、原子能等）轉(zhuǎn)化為二次能源的發(fā)電機(jī)現(xiàn)在幾乎都是三相交流同步發(fā)電機(jī)。在發(fā)電廠的交流同步發(fā)電機(jī)中，電樞是靜止的，磁極由原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。勵(lì)磁方式是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈FLQ（即轉(zhuǎn)子繞組）由同軸并聯(lián)勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)通過電刷和滑環(huán)供電。同步發(fā)電機(jī)由定子（固定部分）和轉(zhuǎn)

26、子（旋轉(zhuǎn)部分）組成。定子由定子鐵芯、定子線圈、機(jī)座、端蓋、風(fēng)道組成。定子鐵芯和線圈是磁、電通過的部分，其他部分起固定、支撐和冷卻的作用。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子本體、保護(hù)環(huán)、鐵心環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、滑環(huán)和同軸勵(lì)磁電樞組成。主變壓器：利用電磁感應(yīng)原理，將一種電壓的交流電轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電的裝置。6KV、380V配電裝置：完成配電和控制設(shè)備的裝置。電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的電能轉(zhuǎn)換器。蓄電池：是指充電后可恢復(fù)并連續(xù)使用的化學(xué)電池。在供電系統(tǒng)中，過去多使用鉛酸電池，但現(xiàn)在更多地使用鎳鎘電池?？刂泼姘澹河歇?dú)立的支架，支架上有金屬或絕緣的底板或橫梁，底板或橫梁上安裝有各種電子設(shè)備和電器

27、元件。一種屏幕式電子控制裝置。1.2.3火力發(fā)電廠中每個(gè)系統(tǒng)的概述鍋爐主要系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)：主要由鍋爐燃燒室、送風(fēng)裝置、給煤裝置、排灰裝置等組成。主要作用是完成燃料的燃燒過程，并將燃料中所含的能量以熱能的形式釋放出來，用于加熱鍋爐中的水。主要工藝有煙氣工藝、通風(fēng)工藝、排灰渣工藝等。燃燒系統(tǒng)的基本原理：( 1 )保證主蒸汽壓力恒定，以滿足“負(fù)荷流量”所要求的壓力。(2)保證爐內(nèi)含氧量。一是要保證燃料有足夠的氧氣充分燃燒，以免造成煙氣中CO超標(biāo)，以免浪費(fèi)燃料，造成環(huán)境污染；其次，要滿足經(jīng)濟(jì)燃燒的要求，保證氧氣的量不要太多，以免產(chǎn)生廢氣。走太多熱量會(huì)造成浪費(fèi)。例如：一般燃?xì)忮仩t需要將氧氣含量控制在1.

28、6%到3%之間。(3)保持爐膛負(fù)壓在一定圓周，確保安全生產(chǎn)。比如爐膛的負(fù)壓一般要求在-20-60Pa之間，比較適合保證爐膛不噴出火。對(duì)燃燒系統(tǒng)的基本要求：盡量做到完全燃燒，使鍋爐效率不低于90%；排灰符合標(biāo)準(zhǔn)要求。蘇打水系統(tǒng)：鍋爐汽水系統(tǒng)的主要作用是接受燃料的熱能，增加介質(zhì)的熱勢(shì)能，加壓升溫，完成介質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。煙氣系統(tǒng)：為鍋爐燃燒提供氧氣，驅(qū)動(dòng)干燃料進(jìn)入爐膛，保持爐膛氣壓穩(wěn)定燃燒。粉碎系統(tǒng)：完成燃料的粉碎和干燥。將其制成具有一定細(xì)度和干燥度的燃料，送入爐內(nèi)。其他輔助系統(tǒng)：包括燃油系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)等。渦輪機(jī)的主要系統(tǒng)：主蒸汽系統(tǒng)：帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功。它是發(fā)

29、電廠主要工作介質(zhì)通過的系統(tǒng)。再熱蒸汽系統(tǒng)：輔助主蒸汽系統(tǒng)做功，提高機(jī)組熱效率。蓄熱式抽汽系統(tǒng)：最大限度減少進(jìn)入冷凝器的無用能量，提高機(jī)組熱效率。軸封系統(tǒng)：防止汽輪機(jī)段高壓蒸汽外泄，保證汽輪機(jī)效率，保持真空系統(tǒng)的密封性。真空系統(tǒng)：保持渦輪中的低背壓和冷凝器中的真空。凝結(jié)水系統(tǒng)：凝結(jié)水輸送到除氧器，完成加熱、除氣、化學(xué)處理和除雜。給水系統(tǒng)：增加給水壓力，加熱后為鍋爐提供給水。主機(jī)油系統(tǒng)：包括潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂升油系統(tǒng)、調(diào)整和安全系統(tǒng)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和安全系統(tǒng)：根據(jù)需要協(xié)調(diào)各系統(tǒng)同步工作。潤(rùn)滑油系統(tǒng)：為汽輪機(jī)提供潤(rùn)滑油和冷卻油。發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)和密封系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)的作用是冷卻發(fā)電機(jī)，帶走發(fā)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量

30、。密封系統(tǒng)的作用是密封冷卻介質(zhì)的泄漏。工業(yè)水系統(tǒng)：提供冷卻介質(zhì)冷卻各種輔助設(shè)備。其他系統(tǒng)：壓縮空氣系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)、整理系統(tǒng)、膠球系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等?；痣姀S其他系統(tǒng)：輸煤系統(tǒng)：燃料輸送到車間進(jìn)行初步處理和燃料篩選，完成附加物質(zhì)的混合。主要設(shè)備有斗輪機(jī)、碎煤機(jī)、翻斗車、輸煤帶等?；瘜W(xué)水系統(tǒng)：在進(jìn)入蘇打水系統(tǒng)之前，先去除天然水中的雜質(zhì)。一般流程為：天然水混凝沉淀過濾離子交換補(bǔ)給水?；炷两凳翘砑踊炷齽┊a(chǎn)生絮凝物。過濾處理是利用石英砂等過濾介質(zhì)去除細(xì)小懸浮物。化學(xué)脫鹽是利用混床去除金屬離子和酸根，常采用樹脂脫鹽。循環(huán)水系統(tǒng)：為機(jī)組提供冷卻水源。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱一般采用冷卻水進(jìn)行傳導(dǎo)。

31、從江河湖海等天然水體中吸收一定量的水作為冷卻水，冷卻工藝設(shè)備吸收余熱使水溫升高，然后排入江河湖海，海域。這種冷卻方式稱為一次冷卻。 .當(dāng)直流冷卻條件不可用時(shí)，需要冷卻塔進(jìn)行冷卻。冷卻塔的作用是將冷卻水和余熱與塔內(nèi)空氣進(jìn)行交換，使余熱轉(zhuǎn)移到空氣中，散發(fā)到大氣中。1.3 設(shè)計(jì)思維本文基于現(xiàn)場(chǎng)工藝知識(shí)，提出設(shè)計(jì)思路，利用DCS （ Distributed Control Sy stem ）系統(tǒng)構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)，建立鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的全面監(jiān)控。系統(tǒng)可以將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，使操作人員能夠快速準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也便于管理人員及時(shí)分析運(yùn)行情況，做出生產(chǎn)管理決策，并自動(dòng)控制

32、一些主要的過程變量。 ，使整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，建立了對(duì)節(jié)能影響較大的鍋爐燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)優(yōu)化模型，得到了鍋爐燃燒穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型的參數(shù)。以此優(yōu)化結(jié)果為指導(dǎo)，對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行優(yōu)化控制。過程控制技術(shù)過程控制工程以過程控制系統(tǒng)為主體，以控制理論為基礎(chǔ)，將過程技術(shù)分析、自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)等知識(shí)相結(jié)合，形成一門綜合性工程學(xué)科。它是控制理論在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括理論的移植和改造、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究、控制算法的確定和控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。其研究任務(wù)是分析過程控制系統(tǒng)所示系統(tǒng)的平方和綜合，解決如圖2.1所示的設(shè)計(jì)問題。控制工程是一門綜合性應(yīng)用學(xué)科，本章簡(jiǎn)要介紹相關(guān)內(nèi)容。圖 2.1 過程控制系統(tǒng)

33、2.1 常規(guī)控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)是經(jīng)典控制理論的產(chǎn)物，過去用常規(guī)儀器實(shí)現(xiàn)，也可以用現(xiàn)代控制理論分析，但更多的是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在 DCS 中，一般有多種常規(guī)的控制算法模塊。2.1.1單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)主要是指單輸入單輸出的線性控制系統(tǒng)（SISO），是控制系統(tǒng)的基本形式。即使在高級(jí)自動(dòng)控制方案中，此類系統(tǒng)仍占控制回路的絕大多數(shù)。對(duì)于每個(gè)控制回路，在設(shè)定值改變或系統(tǒng)受到干擾后，被控變量應(yīng)平穩(wěn)、快速、準(zhǔn)確地接近或返回設(shè)定值。因此，通常從穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性方面提出各種單項(xiàng)控制指標(biāo)。通過適當(dāng)?shù)亟M合它們，還可以提出綜合指標(biāo)。對(duì)于定值變化的隨動(dòng)系統(tǒng)和定值不變的定值系統(tǒng)，其控制要求有相同的方面和不同的

34、方面。比如系統(tǒng)一定要穩(wěn)定，但是定值系統(tǒng)的衰減比可以低一些，跟隨系統(tǒng)的衰減比要高一些。跟蹤系統(tǒng)的重點(diǎn)在于跟蹤，跟蹤必須穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確；定值系統(tǒng)的關(guān)鍵是一個(gè)固定詞，它必須穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確。整個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量取決于每個(gè)環(huán)節(jié)。該過程的數(shù)學(xué)模型，從其規(guī)律性來看，往往是相當(dāng)復(fù)雜的，例如，存在非線性、分布參數(shù)和時(shí)變情況。但是，當(dāng)輸入變化量較小時(shí)，過程特征可以線性化，也可以聚合；對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的時(shí)刻，考慮到時(shí)變過程一般很慢，可以認(rèn)為是穩(wěn)定的。這樣，輸入輸出關(guān)系往往可以用傳遞函數(shù)來描述。大多數(shù)工業(yè)過程的特征分為以下四類：(1)自平衡非振蕩過程。在過程控制中，這種類型的過程是最常見的。在階躍作用下，受控變量 C(

35、t) 逐漸接近新的穩(wěn)態(tài)值 C() 而沒有振蕩。一個(gè)過程可以自發(fā)趨向一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值的性質(zhì)稱為自平衡。(2)無自平衡的非振蕩過程。在這種類型的過程中，C(t) 在一個(gè)階躍的作用下總是會(huì)上升或下降，直到達(dá)到極限值。這種過程比前一種更難控制，缺乏自發(fā)趨于平衡的能力。(3)有一個(gè)自平衡振蕩過程。隨著一步，C(t) 上下振蕩。有一個(gè)自平衡的振蕩過程，指的是一個(gè)衰減的振蕩，最后可以接近一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)。這些類型的過程很少見，并且它們的控制比第一種類型的過程要困難一些。(4) 具有反向特性的過程。在階躍動(dòng)作下，C(t)先下降后上升，或先上升后下降。工藝鍋爐液位對(duì)負(fù)荷變化的反特性響應(yīng)是最典型的例子。在方案和工程設(shè)計(jì)

36、中，在控制變量和運(yùn)行變量的選擇上，一方面要考慮過程。例如，控制變量要能夠反映工藝指標(biāo)，運(yùn)行變量在技術(shù)上要合理，包括符合節(jié)能原則等。對(duì)此，控制通道的特征參數(shù)必須是考慮，并且必須獲得更好的控制性能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中能否采用簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，取決于控制精度要求、控制對(duì)象的難易程度、擾動(dòng)的大小和頻率等因素。對(duì)于具有逆向特性等的過程，往往需要采用更復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或采用特殊的控制規(guī)律。對(duì)于這類控制系統(tǒng)，最常用的控制算法是使用PID控制算法或其變形算法。當(dāng)DCS或其他計(jì)算機(jī)設(shè)備用于直接數(shù)字控制時(shí)，離散PID控制算法用于數(shù)字控制或采樣控制。在工程應(yīng)用中，應(yīng)注意過程特性，采用不同的改進(jìn)PID算法及相關(guān)算法，如多維PID

37、控制、時(shí)間比例控制、達(dá)林控制算法等。在實(shí)際應(yīng)用中，必須掌握并合理應(yīng)用各種算法參數(shù)的工程調(diào)優(yōu)方法。此外，自整定PID控制器的研究多年來一直受到關(guān)注。現(xiàn)有的方法本質(zhì)上是試圖識(shí)別過程特征，主要有自適應(yīng)控制系統(tǒng)法、極限環(huán)法、波形識(shí)別法、響應(yīng)曲線法等。2.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)使用多個(gè)控制器，控制器串聯(lián)，一個(gè)控制器的輸出作為下一個(gè)控制器的設(shè)定值的系統(tǒng)，稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。在鍋爐蒸汽溫度調(diào)節(jié)中，經(jīng)常使用該系統(tǒng)。其典型系統(tǒng)框圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)基本框圖其中，主控變量是控制的主要目標(biāo)，使其保持穩(wěn)定；它是輔助控制變量，輔助控制器的設(shè)定值是主控制器的輸出。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮二次回路的組成：包括主擾動(dòng)

38、；包括整個(gè)物體的第二大時(shí)間常數(shù)（帶有自平衡物體）或包括最大時(shí)間常數(shù)（非自平衡物體）。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)的復(fù)雜度有所增加，但具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 快速克服進(jìn)入二次回路的干擾。在串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用中，大多屬于此目的。子電路起快速“粗調(diào)”的作用，主電路起進(jìn)一步“微調(diào)”的作用。(2) 改進(jìn)主控制器泛化對(duì)象的特性。子回路將整個(gè)泛化對(duì)象的一部分進(jìn)行分割，形成一個(gè)隨動(dòng)反饋控制系統(tǒng)，其調(diào)整后的特性影響泛化對(duì)象的特性。(3)在不影響整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量的情況下，內(nèi)容二次回路各環(huán)節(jié)的特性在一定范圍內(nèi)變化。還可減少調(diào)節(jié)閥流量特性不當(dāng)?shù)挠绊憽?4)可實(shí)現(xiàn)更靈活的控制方式，必要時(shí)可切斷主控制器。2.1.3比

39、率控制系統(tǒng)在比率控制系統(tǒng)中，要控制的是兩個(gè)變量的比率，通常是指兩個(gè)流量的比率。例如，在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，空氣和燃料的流量之間應(yīng)保持一定的比例。當(dāng)燃料流量增加或減少時(shí)，空氣流量應(yīng)相應(yīng)增加或減少。前一個(gè)變量稱為主動(dòng)量，后一個(gè)變量稱為從動(dòng)量。比率控制系統(tǒng)是一個(gè)以功能命名的系統(tǒng)。在更簡(jiǎn)單的情況下，它在結(jié)構(gòu)上與簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)相同。常用的控制方案有兩種形式：一種是將有效量的測(cè)量值乘以一定的系數(shù)作為從動(dòng)量控制器的設(shè)定值，是一種典型的隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖2.3( a) 另一種是用流量比作為控制變量，是一個(gè)典型的定值系統(tǒng)，只是從動(dòng)量控制器的測(cè)量值是用兩個(gè)流量值相除得到的，如圖2.3(b ）。兩者都屬于基本形式。這類系統(tǒng)

40、只有一個(gè)控制回路，因此通常稱為單閉環(huán)比例控制系統(tǒng)。圖 2.3 比例控制系統(tǒng)基本框圖第二類是活性物質(zhì)還裝有流量控制回路的系統(tǒng)，通常稱為雙閉環(huán)比例控制系統(tǒng)。如果分開來看，結(jié)構(gòu)仍然是兩個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。第三大類是比率設(shè)定點(diǎn)由另一個(gè)控制器給出的系統(tǒng)。例如，在燃燒控制中，最終（即真正的）受控變量是煙氣中的氧含量，而空燃比本質(zhì)上是控制手段，所以確定了比值的設(shè)定值由氧含量控制器給出。這類系統(tǒng)稱為變比控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)是以比控制系統(tǒng)為二次回路的串級(jí)控制系統(tǒng)。2.1.4前饋控制系統(tǒng)一般控制系統(tǒng)基于反饋原理，采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)整。屬于被動(dòng)控制。對(duì)于擾動(dòng)較大或延時(shí)較大的過程，控制質(zhì)量往往不能令人滿意。前饋控

41、制系統(tǒng)基于補(bǔ)償原理，采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，控制動(dòng)作是外部動(dòng)作（設(shè)定值或擾動(dòng)）的函數(shù)?？紤]到過程特性和擾動(dòng)的復(fù)雜性，很難實(shí)現(xiàn)完全的前饋和補(bǔ)償。為了保證更大的適應(yīng)性，前饋控制和反饋控制在很多場(chǎng)合結(jié)合起來，形成如圖2.4所示的前饋-反饋控制系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)即使在大而頻繁的擾動(dòng)下仍能獲得優(yōu)良的控制質(zhì)量。根據(jù)反饋和前饋控制的結(jié)合，常用的前饋控制系統(tǒng)可以分為兩類：前饋控制動(dòng)作和反饋控制動(dòng)作相乘；前饋控制動(dòng)作和反饋控制動(dòng)作相加。反饋控制系統(tǒng)中最典型的結(jié)構(gòu)。當(dāng)負(fù)載（處理能力）為主要干擾且設(shè)定值恒定時(shí)，這兩種類型的功能和適用場(chǎng)合相似；從設(shè)計(jì)的靈活性和便利性的角度來看，加法式似乎稍微好一些。 .圖 2.4 前饋-反饋控制

42、系統(tǒng)框圖前饋控制根據(jù)擾動(dòng)進(jìn)行控制。要使這種控制方法起作用和實(shí)現(xiàn)，首先擾動(dòng)必須是直接或間接可測(cè)量的，否則不能實(shí)施；其次，必須有更顯著和頻繁的干擾，否則沒有必要。該過程通常存在不止一種干擾。在某些情況下，主次關(guān)系是很清楚的，只要把握住主擾，問題就迎刃而解了。但在其他情況下，存在不止一個(gè)重要干擾，在這種情況下可以使用多變量前饋。此外，在控制過程中，我們還采用前饋控制過程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償過程曲線如圖2.5所示。通過對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，可以大大提高系統(tǒng)的性能。圖 2.5 前饋控制系統(tǒng)補(bǔ)償曲線2.1.5延時(shí)補(bǔ)償控制系統(tǒng)廣義對(duì)象的時(shí)間延遲與時(shí)間常數(shù)的比值，系統(tǒng)越難以控制。當(dāng)超過 0.5，甚至超過 1 時(shí)

43、，就可以稱為大時(shí)延系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，為了穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)，必須降低控制器增益。總體后果是最大偏差較大，調(diào)整過程較慢。 PID 控制規(guī)則用于此類對(duì)象。如果控制要求不高，可以勉強(qiáng)使用。如果想要好的調(diào)整質(zhì)量，很難達(dá)到要求。更多采用的可行方法是引入適當(dāng)?shù)姆答佹溄?，以盡量使系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)（即特征方程中）的分母項(xiàng)不含時(shí)滯項(xiàng)。這種形式的補(bǔ)償器稱為 Smith 預(yù)測(cè)器?，F(xiàn)在用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)滯算法已經(jīng)變得非常方便，可以擺脫技術(shù)工具的束縛，極大地方便了這種補(bǔ)償器的開發(fā)和應(yīng)用。這種補(bǔ)償器不僅可以用于單輸入單輸出的情況，也可以用于多輸入多輸出系統(tǒng)。史密斯預(yù)測(cè)控制的一個(gè)問題是對(duì)象的模型必須是準(zhǔn)確的。為了解決模型失配

44、時(shí)Smith預(yù)測(cè)的控制效果不理想的問題，提出了多種改進(jìn)方案，但仍然沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，效果不理想。2.1.6選擇性控制系統(tǒng)一般而言，任何將選擇器引入控制回路的系統(tǒng)都稱為選擇性控制系統(tǒng)。常用的選擇器有低選擇器和高選擇器，每個(gè)選擇器都有兩個(gè)（或多個(gè)）輸入，低選擇器以低信號(hào)作為輸出，高選擇器以高信號(hào)作為輸出，即選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。在控制算法中引入邏輯規(guī)律，豐富了自動(dòng)化的范圍和范圍，使生產(chǎn)中更多的實(shí)際控制問題得到很好的解決。選擇性控制系統(tǒng)是在單元組合儀表時(shí)代發(fā)展起來的，在采用數(shù)字計(jì)算機(jī)控制時(shí)得到了推廣應(yīng)用，成為控制系統(tǒng)中的一種基本結(jié)構(gòu)。選擇性控制系統(tǒng)根據(jù)選擇器的位置可分為三種基本類型：(1) 選擇器

45、安裝在幾個(gè)檢測(cè)元件（或發(fā)射器）和控制器之間。這主要實(shí)現(xiàn)控制變量的選擇。當(dāng)被控變量的測(cè)量值應(yīng)該是多個(gè)點(diǎn)中的最高值或最低值時(shí)，可以使用選擇器自動(dòng)選擇該點(diǎn)。當(dāng)存在高可靠性要求時(shí)，有時(shí)會(huì)使用冗余技術(shù)。(2) 選擇器位于兩個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器之間。超越控制系統(tǒng)是一種非常常見的選擇性控制系統(tǒng)。用普通控制器、超馳控制器和選擇器代替單個(gè)控制器，保證部分過程變量不超過安全限值，保證生產(chǎn)安全，是超馳控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和主要功能。類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也可用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)、停止或其他需要引入邏輯規(guī)則的控制方式。在超馳控制系統(tǒng)中，選擇器位于兩個(gè)控制器的輸出端與控制閥之間。一般來說，出于安全考慮，應(yīng)選擇低選擇器。即使在斷電或其他故

46、障的情況下，零輸出值也滿足安全要求。超馳控制系統(tǒng)中有兩個(gè)控制器，應(yīng)為正或負(fù)，應(yīng)根據(jù)工藝規(guī)程和閥門的開氣、關(guān)氣條件確定。普通控制器的選擇與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)完全相同。 Override 控制器需要考慮其在達(dá)到安全極限后快速切換的能力，為此應(yīng)選擇窄范圍的 P 或 PI 控制器。在超控控制系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)入或超過安全限制時(shí)，控制器應(yīng)立即切換。也就是說，當(dāng)偏差為零時(shí)，兩個(gè)控制器應(yīng)該是同步的，即它們應(yīng)該具有相同的輸出，以保證隨時(shí)間的切換。2.2 智能控制系統(tǒng)智能控制（Intelligent Control，IC）是1980年代以來備受關(guān)注的領(lǐng)域，是繼經(jīng)典控制理論方法和現(xiàn)代控制理論方法之后的新一代控制理論方法。對(duì)智

47、能控制最直觀的定義，顯然是引入了人工智能（Artificial Intelligent，AI）控制，即人工智能與自動(dòng)控制的結(jié)合。人工智能的內(nèi)容非常廣泛，如知識(shí)表示、問題解決、語言理解、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、定理證明、機(jī)器視覺、邏輯推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、智能控制、智能調(diào)度與決策制作，自動(dòng)編程。 、機(jī)器人等是人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。人工智能可用于控制的方面有很多，目前主要有以下三種形式：(1) 模糊控制；(2)專家規(guī)則控制和專家系統(tǒng)控制；(3)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。它們可以單獨(dú)使用，也可以與其他形式結(jié)合使用；它們可以用于基層控制，也可以用于流程建模、運(yùn)營(yíng)優(yōu)化、故障檢測(cè)、計(jì)劃調(diào)度和業(yè)務(wù)決策等不同

48、層次的控制。2.2.1模糊控制模糊控制是將模糊集理論應(yīng)用于控制的結(jié)果。模糊集理論由美國(guó)LAZadeh教授于1965年提出。30多年來，模糊集理論已應(yīng)用于自然科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)科學(xué)的諸多領(lǐng)域，模糊邏輯控制（FLC）就是其中之一。 .模糊邏輯控制的核心是控制器的輸出與輸入之間的模糊關(guān)系判據(jù)，即從輸入的模糊變量按照一定的模糊推理綜合規(guī)則得到作為輸出的模糊變量。輸出反饋控制器總是以偏差及其導(dǎo)數(shù)為輸入，這是人工操作的經(jīng)驗(yàn)和各種經(jīng)典控制律的實(shí)踐。從物理概念上看，需要根據(jù)偏差的大?。ㄕ?、負(fù)、量級(jí)）和偏差的變化速度（趨勢(shì)）來確定應(yīng)該采取的控制動(dòng)作。當(dāng)然，也可以引用二階或高階導(dǎo)數(shù)，但由于噪聲的存在，不宜引入高階導(dǎo)

49、數(shù)。模糊邏輯控制器得到的測(cè)量值一般不是模糊量，需要送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)一般也不是模糊量。因此，控制器從輸入到輸出，必須經(jīng)過輸入信號(hào)的模糊化和模糊控制規(guī)則下的決策。 ，具有模糊信號(hào)的細(xì)化等步驟。模糊決策的本質(zhì)是規(guī)則控制，可以用if.then.的產(chǎn)生規(guī)則來表示，但更常用的是模糊決策表。關(guān)于模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性已有很多研究。模糊控制律往往具有飽和特性，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。在模糊控制中，通常很難完全消除殘差。此時(shí)，F(xiàn)LC和積分器可以并聯(lián)，組成模糊積分復(fù)合控制器。還有一種自組織（自適應(yīng)）模糊控制器，可以在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中不斷地衡量系統(tǒng)的性能，通過修改控制規(guī)則來修改話語域或修改模糊子集的定義域并改變量化算法

50、，使得到的模糊控制規(guī)則更適合對(duì)象的特性。模糊集和模糊控制的概念不僅可以用于基本控制級(jí)別，還可以用于高級(jí)和優(yōu)化控制級(jí)別，例如調(diào)度、計(jì)劃和決策。美國(guó)的薩迪斯教授曾指出，在等級(jí)控制的結(jié)構(gòu)中，等級(jí)越高，越需要智能。2.2.2專家規(guī)則控制根據(jù)不同的情況，根據(jù)規(guī)則選擇合適的控制策略或算法，稱為專家規(guī)則控制。這里所說的條件包括偏差及其衍生的變化、生產(chǎn)要求或負(fù)載的變化、設(shè)備條件的變化和環(huán)境條件的變化。這里所說的規(guī)則來自于知識(shí)，一般以if.then形式的產(chǎn)生規(guī)則的形式表達(dá)出來，至于邏輯推理的復(fù)雜度，可能相差甚遠(yuǎn)。專家規(guī)則控制可以分三個(gè)層次進(jìn)行，一個(gè)是直接用在基礎(chǔ)控制層，用一套控制規(guī)則作為控制規(guī)律，人們根據(jù)不同的

51、工況選擇不同的規(guī)則；另一種用于特性監(jiān)控控制層，如根據(jù)控制過程，選擇不同的控制器參數(shù)，此時(shí)仍使用傳統(tǒng)的控制器；三是用于監(jiān)督層，以做出有效決策或選擇合適的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。專家規(guī)則控制是基于知識(shí)的控制，知識(shí)工程是其方法基礎(chǔ)，專家系統(tǒng)是處理復(fù)雜規(guī)則的主要工具。從專家系統(tǒng)本身解決問題的特點(diǎn)來看，可以分為診斷型、設(shè)計(jì)型和控制型三類。(1) 簡(jiǎn)單的專家規(guī)則控制一些專家規(guī)則控制的邏輯關(guān)系非常簡(jiǎn)單。在中國(guó)，有人稱之為“人形”智能控制。簡(jiǎn)單的規(guī)則和算法，早年在常規(guī)儀器中往往可以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在使用微機(jī)控制更加方便。但是，也應(yīng)該指出，這里使用的規(guī)則很簡(jiǎn)單，很多是經(jīng)驗(yàn)性的，有些甚至不可靠；同時(shí)，由于規(guī)則簡(jiǎn)單，系統(tǒng)智能水平不高

52、，推理能力弱，難以處理復(fù)雜命題。(2) 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)完整的解決問題的計(jì)算機(jī)程序。設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的基本思想是使計(jì)算機(jī)工作模擬人類專家利用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)解決具體問題的方法和步驟，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)專家規(guī)則的控制，具有很強(qiáng)的能力。在成功開發(fā)出一組專家系統(tǒng)后，總結(jié)出總則原理和技術(shù)，開發(fā)出一個(gè)通用的專家系統(tǒng)。用戶只需輸入特定的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，即可成為專業(yè)的專家系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)被稱為構(gòu)建專家系統(tǒng)的工具，或?qū)＜蚁到y(tǒng)外殼。一個(gè)專家系統(tǒng)由以下六個(gè)部分組成：(1)人機(jī)界面：利用人機(jī)界面，專家可以將自己的新知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)添加到知識(shí)庫(kù)中，也可以方便地修改知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則；操作者可在操作過程中隨時(shí)獲取。在專家系統(tǒng)的幫助下，了解系統(tǒng)

53、并像領(lǐng)域?qū)＜乙粯討?yīng)用系統(tǒng)來解決問題。(2)知識(shí)庫(kù)：用于存儲(chǔ)特定領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，包括理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)的性能很大程度上取決于知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的完整性和知識(shí)表示的正確性、一致性和獨(dú)立性。常用的知識(shí)表示方法包括邏輯因果圖、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架論、概念從屬關(guān)系等，其中以產(chǎn)生式規(guī)則組成的產(chǎn)生式知識(shí)庫(kù)使用最多。產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式是 if (prerequisite) then (action)。將規(guī)則與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，一旦匹配成功，就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或得出一定的結(jié)論。(3)知識(shí)獲取：為保證知識(shí)庫(kù)能夠完整、正確地描述應(yīng)用對(duì)象的所有狀態(tài)，往往需要獲取新知識(shí)。一方面，對(duì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描

54、述和書寫；另一方面，執(zhí)行機(jī)器自學(xué)習(xí)以添加新知識(shí)。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)表征應(yīng)用對(duì)象的特征數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)，供推理引擎和解釋機(jī)制使用。(5)解釋機(jī)制：用于測(cè)試和解釋知識(shí)庫(kù)中對(duì)應(yīng)規(guī)則的條件部分，即用推理得到的中間結(jié)果約束規(guī)則條件部分的變量，改變預(yù)測(cè)的變化（由動(dòng)作引起的）規(guī)則。 ) 返回推理引擎。(6)推理引擎：承擔(dān)控制和執(zhí)行專家推理的過程。來自數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的推理和計(jì)算形成事實(shí)，然后與知識(shí)庫(kù)中的相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行匹配，找出可用的規(guī)則集，按照一定的優(yōu)先級(jí)應(yīng)用每條規(guī)則，執(zhí)行以下動(dòng)作每個(gè)規(guī)則（或結(jié)論）部分，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)。在整個(gè)推理過程中，如何快速找到并正確應(yīng)用可用的規(guī)則是決定推理速

55、度和正確性的關(guān)鍵。推理方法與知識(shí)描述方法密切相關(guān)，如語義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)的匹配和繼承推理方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)的模式識(shí)別推理方法、生產(chǎn)規(guī)則庫(kù)的鏈?zhǔn)竭壿嬐评矸椒ǖ?。鏈?zhǔn)竭壿嬐评矸譃檎蛲评恚〝?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略）和反向正反向混合推理三種。(3)專家系統(tǒng)在自動(dòng)化中的應(yīng)用在過程控制中，專家系統(tǒng)可以做很多事情。但需要注意的是，過程控制是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)行的，因此對(duì)專家系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高，開放性較好。在過程控制中，一套計(jì)算機(jī)控制設(shè)備中往往有成百上千個(gè)變量，而且系統(tǒng)非常龐大。幸運(yùn)的是，這些變量并非都密切相關(guān)。分成幾個(gè)子專家系統(tǒng)要方便得多。專家系統(tǒng)在自動(dòng)化中的應(yīng)用至少有三個(gè)方面：(1)用于根據(jù)負(fù)載、進(jìn)料情況、環(huán)境條件

56、和系統(tǒng)工作條件等因素，對(duì)控制功能U、控制器參數(shù)、控制系統(tǒng)類型或結(jié)構(gòu)等進(jìn)行控制。(2)用于工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和區(qū)域優(yōu)化。這是一個(gè)診斷任務(wù)，不同于控制任務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)工況、環(huán)境條件等因素，判斷工況是否正常，確定工況異常的根本原因，確定如何使工況進(jìn)入優(yōu)良區(qū)。(3)用于計(jì)劃和調(diào)度。2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人們開始利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，通過微電子技術(shù)模擬人腦。盡管已有多年歷史，但人腦模擬仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。從研究神經(jīng)元中獲得的一些特性導(dǎo)致了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN) 的誕生。今天有幾十種。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程中的應(yīng)用似乎逐漸遠(yuǎn)離了對(duì)人腦的想象模擬，而被用作強(qiáng)大的非線性函數(shù)轉(zhuǎn)換器。(1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型幾個(gè)神經(jīng)元連接起來形成一

57、個(gè)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織、層次和并行處理的能力。在抽象其功能和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括反向傳播網(wǎng)絡(luò)（BP）、徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)（RBF）、帶RC鏈接的Hopfield反饋網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)快速回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNN）等。(2) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化中的應(yīng)用由于其強(qiáng)大的非線性函數(shù)逼近能力和并行處理的特點(diǎn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在許多應(yīng)用領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注。在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：(1) 軟測(cè)量：應(yīng)用數(shù)學(xué)模型間接測(cè)量一些元件和物理特性變量，為解決許多測(cè)量問題提供了可能，近年來備受關(guān)注。除了非線性回歸模型外，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為軟測(cè)量模型還有很多優(yōu)點(diǎn)?？梢杂孟嗤?/p>

58、或相似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來描述完全不同的變量和不同函數(shù)關(guān)系的特征。(2)故障檢測(cè)與診斷：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可作為故障檢測(cè)與診斷的工具。不同的故障情況會(huì)產(chǎn)生不同的現(xiàn)象?，F(xiàn)在，將反映現(xiàn)象的工況變量作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，通過網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，使網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)都可以反映某種故障的有無。例如，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出接近于零，說明沒有故障。第 i 個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出接近于 1，說明存在故障 i。用足夠多的因果數(shù)據(jù)集訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)將具有良好的故障診斷功能。(3) 用于控制：逆動(dòng)態(tài)控制；基于模型的控制，如模型控制、模型參考自適應(yīng)控制和預(yù)測(cè)控制，都是基于模型的控制。它們?cè)谔幚砭€性系統(tǒng)時(shí)取得了令人滿意的結(jié)果，但在遇到非線性過程時(shí)更難設(shè)計(jì)。使用神經(jīng)

59、網(wǎng)絡(luò)和非線性函數(shù)逼近能力作為模型，可以解決問題；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以作為在線估計(jì)器的控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也可以作為包含非線性函數(shù)關(guān)系的在線估計(jì)器。(4)優(yōu)化：利用Hopfield網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到最小值的性質(zhì)，可以求解相關(guān)的優(yōu)化問題。循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)3.1 循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況火力發(fā)電為人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但也給人類的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的災(zāi)難。隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境污染控制的要求越來越嚴(yán)格，尋找新的燃燒技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。 1970年代以來，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展迅速。主要具有燃燒污染低、燃料包絡(luò)線寬、鍋爐效率高、燃燒效率好等優(yōu)點(diǎn)。因此，近三年來，世界各工業(yè)國(guó)家為了發(fā)展和完善循環(huán)流化

60、床燃燒技術(shù)，在技術(shù)、人力、財(cái)力等發(fā)達(dá)國(guó)家都進(jìn)行了大量投資。其特點(diǎn)是循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中具有代表性的有3個(gè)：芬蘭奧斯陸公司的（Pyrolow）循環(huán)流化床鍋爐、德國(guó)Lutchi公司的循環(huán)流化床鍋爐和美國(guó)的福斯特。 .惠勒的循環(huán)流化床鍋爐。1970年代以來，我國(guó)一些高校和企業(yè)開發(fā)了小容量循環(huán)流化床鍋爐。至此，我國(guó)部分企業(yè)與各大高校聯(lián)合研制的35t/h240t/h循環(huán)流化床鍋爐已投入運(yùn)行。3.2 CFB鍋爐簡(jiǎn)介3.2.1CFB鍋爐定義循環(huán)流化床鍋爐也是鍋爐的一種，是燃燒化石燃料產(chǎn)生蒸汽的裝置。但從燃料的成分和種類來區(qū)分燃燒技術(shù)，循環(huán)流化床鍋爐與傳統(tǒng)的煤粉爐等有很大不同，循環(huán)流化床鍋爐是