中储式球磨机制粉系统的全程优化控制.doc

中储式球磨机制粉系统的全程优化控制摘 要：本文介绍了一种实用的中储式球磨机制粉优化控制系统，此系统分为稳态优化控制和制粉系统启停优化控制。稳态控制采用三层控制方式，将控制分为模糊回路控制层、解耦系数控制层和目标优化控制层。系统启停控制将过程控制、调节控制、协调控制相结合，实现优化复杂系统过程控制。系统的实际实施表明，该优化控制系统实现了制粉系统的全自动控制、运行稳定可靠、节能效果显著，可自动适用于各种不同煤质。关键词：制粉系统、优化控制、全程控制。一、 引言在燃煤机组中，中储式球磨机制粉系统是常见的制粉系统。此类系统被控量的非线性、强耦合、系统特性的时变性和球磨机内煤量无法测定，长期以来难以找到一个可靠的自动控制方案。现在多数电厂仍使用手动制粉系统控制，此方式下，系统无法稳定于经济运行工况，造成制粉单耗高，甚至时常出现空磨运行和跑粉现象，产生巨大浪费。另一方面，球磨机制粉系统的启动和停止操作，对于运行机组的安全性和经济性有较大的影响，中储式球磨机制粉系统的启停操作较制粉系统的平稳运行控制更为复杂，控制难度更大。至今虽然许多DSC系统中设计了中储式制粉系统的自动启停程控操作，但在实际制粉运行运行中，这些控制方案都达不到实际运行要求而很少使用。本文是在利用MECS2003制粉稳态优化控制的基础上【1】，介绍一种中储式球磨机制粉系统的MECS2003P全程优化控制的设计方案和其实施效果。二、 中储式球磨机制粉系统全程优化控制的总体方案 中储式球磨机制粉系统MECS2003P全程优化控制由制粉系统稳态优化控制和制粉系统启停过程优化控制两部分组成，这两部分共同完成制粉系统运行的全过程控制，在此控制方案实施后，锅炉监控人员只需根据运行机组的要求，对制粉系统发出制粉系统启动或停止命令，就可实现制粉系统全过程优化控制。二、 制粉系统稳态控制方案和原理：球磨机制粉系统为多变量、强耦合、强时变性的复杂系统，由于被控系统的这些特性，简单的单回路控制或单回路耦合控制方案都被实践否定。因此在我们的实际系统中，采用了三层控制方式。如图3所示。此3层分别为：1、模糊解耦控制层：此层为系统控制的基层，对各个被控变量实施模糊调节，并通过解耦器和控制器实施对所有系统执行机构的实时控制。为方便于将实际运行人员的经验归纳为对各被控制量调节方案，的调节本层SISO模糊调节器组作为基本调节手段，SISO模糊控制器主要包括3个部分：（1）模糊量化处理：是将实测的物理量转化为能被规则所理解和应用的模糊量的过程。图1：制粉系统3层智能优化控制方案图2：SISO模糊调节器（2）模糊控制规则：它往往是由一组根据人们在实际工作中的经验总结归纳出来的规则，这些规则是用模糊语言来描述的，可用不同的模糊规则表表示图3：系统工况识别器原理图（3）非模糊化处理：是将模糊决策的结果转化为一个确定的，被控制对象所能接受的控制量过程。2、解耦系数控制层：制粉系统作为多入多出强耦合系统，控制系统对其中任何一个控制量的调整，都会引风多个被控量的变动，这就要求对系统采用解耦控制。但是对于具有强烈非线性特征的多入多出系统，利用简单的不变的解耦系数矩阵来控制系统，只能使用于单一工况小范围控制。不可能适应所有工况。为实现对被控系统所有工况实现稳定控制，必须根据系统的工况调整耦合系数矩阵，以适应不同控制区域的要求。系统的解耦参量集为Ww11,w12,.wi,w21, w22,. wij W=KC （3）其中Kk1,k2,.km知识库项集， 给出不同工况的解耦系数矩阵；Cc1,c2,.cp辨识器系统状态特征输出集，为实时被控系统对各个工况的隶属度。在此层中，系统工况识别模块通过模糊识别技术对系统工况进行鉴别，其原理见图5 所示。其功能为通过被控系统控制量U和被控参量Y和工况特征库Z给出个工况的隶属度C，即：C=F(U, Y, Z) （4）3、 系统优化控制层：中储式制粉系统自动控制的目的主要为两个，一是使被控系统的运行参量长期平稳地运行于规定的范围内；二是尽可能提高磨煤机的制粉效率，降低制粉单耗。对于多入多出复杂的非线性系统，系统输入量集U和输出量集Y的关系可表为： dY/dt = G(U, Y) （5）G代表非线性的函数关系。欲使其系统稳定，需要dY/d0，即：G(U, Y)0， （6）（6）式代表一个非线性的多项式方程组，在强烈的非线性条件下，并非所有的Y值都可通过找到相对的U值满足(6)式，即被控系统可能只能在一定范围内可以实现稳定控制，由此控制目标的选定对于系统实现稳定控制十分重要。在中储式制粉系统这样的复杂系统中，系统煤质、钢球量等因素，也会随时改变其系统传递特性G。其稳态控制区域控制也会发生变化。系统优化控制层的主要功能有3个：1、系统特性分析：此模块主要是分析在不同控制目标下的系统运行特性，其中包括被控参量稳定系数、参量均值统计、系统过程极值、系统特征过程取样。得到近期系统全面的运行指标；2、系统控制性能判别：综合计算系统稳定性、可控性指标。计算系统制粉出力与被控参量的关系，对系统在不同工况下的运行性能进行定量评判；3、系统优化定值计算：根据系统实时数据和历史系统运行指标及系统运行性能评判，给出系统优化控制目标，即被控参量参量定值集SP。此定值集兼顾被控系统稳定性和经济性，保证系统始终处于最佳工作状态。三、 制粉系统启动和停止过程控制方案和原理：制粉系统对系统启动和制粉系统停止的要求为：1、安全性：在启动过程中温度、风量提升平稳，负压稳定，在制粉停止过程中，温度、风量下降平稳，负压系统稳定、系统内煤粉充分抽空，系统内温度下降到规定值，从而消除制粉系统内煤粉爆燃现象、减少制粉系统风量变化对炉膛负压的扰动。2、经济性：在保证安全性的基础上，尽可能减少制粉启动和停止过程用时，减少制粉系统电耗。在传统的制粉启停控制方案中，均采用一般的过程控制方式，即只规定了每个具体过程的执行动作和完成条件，却没有对每个过程内个执行机构的具体调节回路进行规定，导致此种方案实施时被控量波动太大而无法使用。图4：过程控制模块要保证制粉系统在高安全性、高平稳性、和高经济性下完成系统启停动作，就必须在系统过程控制中，实现对各执行机构的调节控制。但在复杂系统中由于过多的执行机构，在每个过程中采用不同的控制回路，从而使这种过程控制与调节控制变得异常复杂，不易组态和调试。以下花园电厂1炉制粉系统启停控制为例，系统执行机构包括：(1) 磨煤机入口风门：总风门、热风门、温风门、冷风门、压力冷风门；(1) 排粉机风门：入口风门、出口风门1、出口风门2；(3) 给煤机转速；(4)被控电机：磨煤机、排粉机、给煤机。被控参量包括：磨煤机入口负压、粗粉分离器负压、排入口负压、磨煤机出口温度、磨煤机出入口差压、磨煤机电机电流、排粉机电机电流。为解决如此复杂的过程控制我们采用了以下3种中方法：1、 简明直观的过程与分段调节组态：为实现复杂控制方案的简明直观表述，在控制系统中采用了MECS2003优化控制系统的组态方式，其过程控制模块如图4所示，此模块功能为在此过程开始后，SI入口为1，Q口输出1，触发此过程所需执行动作同时标定此过程的过程数，等待此过程的动作与调节目标完成后，完成条件C输入为1，此过程结束，过程完成SO输出为1，该过程完成。SO则作为下一个过程的开始信号。利用过程数标定，可以将每个执行机构在不同运行阶段的控制回路采用“树状”组态图，图5为以磨煤机出口热风门程控调节示意图。利用模拟开关模块SW和多路选通模块SWN实现对同一个执行机构，不同工况和不同过程的调节控制。图5：磨煤机出口热风门程控调节示意图2、多执行器的协调控制：利用图5 的树状组态图，可实现每个执行器调节的独立组态，但在制粉系统的实际过程控制中，许多执行机构的调节需要协调动作，如在制粉系统启动过程中，排粉机入口风门开启同时，协调开启磨煤机入口压力冷风门、温风门，以保证风量、温度均衡增加，负压稳定。3、 过程控制仿真系统：制粉系统启停过程中的系统各回路调试不同于稳态控制的调试；制粉系统启停每个过程切换时间短、操作动作快、设备多，并且包括许多大型设备的操作，因此对自动控制的安全性可靠性要求高，不容许在线反复调试。为此我们利用MECS2005系统建立了全面制粉系统模型，对制粉系统风量、风温和载煤量系统于各个执行机构的相互关系进行全面仿真，并利用制粉系统启停的历史数据对模型进行修正和训练，以使系统模型更逼近实际系统。在模型训练完成后，将设计编辑完毕的磨煤机制粉系统全程控制组态，于制粉系统仿真模型连接成闭路系统，对制粉系统启动和停止过程的每个步骤的细致调试，在对仿真模型调试完成后，将制粉系统全程控制组态用于实际制粉系统可一次达到设计要求，保证复杂系统控制实施的安全性。四、全程优化控制系统的实施效果 MECS2003P制粉全程优化控制于2004年7月在下花园电厂#1机组制粉系统上全面实施，实施后全部控制系统运行安全、稳定、经济、可靠。其效果主要体现在以下方面：1、 高度自动化控制：在系统投入后，对于全部制粉控制系统，运行人员只需操作制粉系统启动键、制粉系统停止键即可完成。实现了真正的一键式操作。2、 运行安全、平稳：控制系统投入后，制粉系统启停时各个参量变化平稳，杜绝了制粉系统启停时可能出现的超温和磨内煤粉残留，彻底消除了制粉系统爆燃现象。3、 改善制粉系统启停对炉膛负压影响，在制粉系统程控启停时，制粉系统的风量稳定增减，对锅炉炉膛负压的形象只是手动启停时负压影响的1/3。提供了炉膛燃烧的安全性。4、 减少制粉系统启停过程有时：制粉系统启动和停止的用时程控启停较手动启停用时下降了1/3。5、 制粉系统效率提高、制粉单耗下降：在制粉系统采用全程优化控制运行后，优化系统给出制粉参量最佳控制定值，使制粉效率明显提高，制