1  前言

    工業(yè)燃煤鍋爐是一種多變量系統，鍋爐燃燒過(guò)程具有明顯的純滯后特性和非線(xiàn)性特性，被控變量時(shí)變性大、影響因素多、內部關(guān)聯(lián)強、外部擾動(dòng)頻繁，建立準確的實(shí)用數學(xué)模型非常困難。主汽溫是鍋爐運行中要監視的一個(gè)重要參數，維持正常的主汽濕度，對機組的安全經(jīng)濟運行具有重要意義。主汽溫過(guò)高，會(huì )危及機組循環(huán)熱效率，嚴重時(shí)可能會(huì )危及機組設備的安全。而影響主汽溫的因素很多。

    (1)  給水溫度：給水溫度上升或下降，則主汽溫下降或上升。例如：汽機高加投入和解列時(shí)會(huì )引起給水溫度的變化。

    (2)  受熱面的污染：爐膛受熱面的結垢或積灰，則主汽溫升高。過(guò)熱器本身的結垢或積灰將導致主汽溫下降。

    (3)  過(guò)量空氣系數：過(guò)量空氣系數增大或減少，則主汽溫升高或下降。

    (4)  鍋爐負荷：鍋爐負荷升高(或下降)，主汽溫亦隨之上升(或下降)。

    (5)  燃煤：煤粉變粗、水分增大或灰分增加，都會(huì )使主汽溫升高。

    (6)  燃燒器的運行方式：擺動(dòng)燃燒器噴嘴向上傾斜，會(huì )因火焰中心提高而使過(guò)熱汽溫升高。

    (7)  主汽壓：主汽壓升高，主汽溫升高。反之，主汽溫下降。

    所以，鍋爐主蒸汽溫度的控制要涉及很多干擾因素。國產(chǎn)420t/h電站鍋爐主蒸汽溫度是通過(guò)減溫水量來(lái)控制的，該鍋爐設有兩級噴水減溫裝置，第一級位于低溫過(guò)熱器和屏式過(guò)熱器之間，第二級位于屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器之間，每一級減溫水又分為兩側，兩側減溫水控制方案相同。由于主汽溫度屬純時(shí)間滯后系統，而純滯后的存在一方面使被調量不能及時(shí)反映控制作用的變化，控制作用只有在延遲τ后才能反映到被調量，另一方面當對象受到干擾而引起被調量改變，控制器產(chǎn)生的控制作用不能立即對干擾產(chǎn)生控制作用，存在較大的超調量和較長(cháng)的調節時(shí)間。因此，基于傳統的串級控制系統已不能滿(mǎn)足控制要求。

圖1  主蒸汽溫度模糊控制結構圖

        (1)  模糊化過(guò)程：測量輸入變量主蒸汽溫度t，計算t與主汽溫定值ts的誤差E及誤差變化dE，并將計算結果映射到相應的論域中，然后轉換成通常用語(yǔ)言表示的一個(gè)模糊子集?？偨Y專(zhuān)家和熟練操作人員的經(jīng)驗，可以得出誤差E、誤差變化dE這兩個(gè)語(yǔ)言變量各模糊子集用矢量方法表示的隸屬度函數。

        設輸入量量化等級為13級，即x,y=[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3, 4,5,6]，輸出量量化等級為9級，即z=[-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4]。主汽溫誤差變化范圍為[-E_L,+E_L]，誤差E的論域為[-10,10]，則比例因子：k₁=6/10=0.6；誤差變化率的變化范圍為[-dE_L，+dE_L]，誤差變化率dE的論域為[-20,20]，則比例因子：k₂=6/20 =0.3；輸出U的變化范圍為[-U_L,+U_L]，論域為[-30,30]，則比例因子：k₃=30/4=7.5。輸入量轉換為：X＝INT（k₁?E+0.5），Y＝INT（k₂?dE+0.5），INT為取整運算。輸出量轉換為：U＝k₃?Z。誤差E和誤差變化率dE均劃分成“負大（NB）”、“負?。?/SPAN>NS）”、“零（ZE）”、“正?。?/SPAN>PS）”、“正大（PB）”五個(gè)等級。

        (2)  模糊控制規則的建立：模糊控制規則是將專(zhuān)家和熟練操作人員的控制經(jīng)驗加以總結，從而得出模糊條件語(yǔ)句的集合，但必須保證控制器的輸出能夠使系統輸出響應的動(dòng)靜態(tài)特性達到最佳。模糊控制器的中心工作是依據語(yǔ)言規則進(jìn)行模糊推理。模糊邏輯推理的依據是模糊控制規則庫。規則的形式可用條件語(yǔ)句IF THEN來(lái)表示。其基本形式為：

        IF  x  IS  E  and  y  IS  dE  ,  THEN  z  IS  U

        其中IF部分的“x  IS  E  and  y  IS  dE”稱(chēng)為條件部。THEN部分“z IS U”稱(chēng)為結論部。x，y是輸入變量，z是推理結果。E、dE、U是模糊集，它們用隸屬度函數來(lái)表示。

        (3)  求模糊控制表：利用模糊控制規則表對模糊化后的模糊子集E和dE，按照模糊推理公式：U=（E×dE）оR，采用Mamdani極大極小推理法，離線(xiàn)計算出每一個(gè)狀態(tài)的模糊控制輸出U，最終生成一張模糊控制表。

3  系統的投運

        北京和利時(shí)公司自行開(kāi)發(fā)的分散控制系統HS2000系統具有模糊控制功能，本項目就是基于該DCS來(lái)完成的。利用帶模糊控制的控制模塊，很容易實(shí)現主汽溫度的模糊控制功能。由于機組投入自動(dòng)發(fā)電控制（AGC），機組負荷變化比較頻繁，鍋爐燃燒調整要及時(shí)跟隨負荷的變化，協(xié)調控制系統（CCS）基本滿(mǎn)足了負荷迅速變化的控制要求，但主蒸汽溫度純延遲的影響，導致主汽溫不能及時(shí)跟隨負荷的變化。引入模糊控制技術(shù)可以很好地解決主汽溫調節傳統方法中無(wú)法處理的問(wèn)題，取得了較好的效果。由AGC變負荷擾動(dòng)時(shí)主汽溫度的調節過(guò)程如圖2（負荷從79.85MW上升至89.78MW）、圖3（負荷從94.51MW下降至75.56MW）所示。主蒸汽溫度在自動(dòng)狀態(tài)下基本上能控制在535~545℃范圍內（主蒸汽溫度設定值為540℃），誤差在-10~5℃之內。從試驗曲線(xiàn)可以看出，控制效果比原控制系統有所改善。

4  結束語(yǔ)

    模糊控制規則是建立在專(zhuān)家和熟練操作人員經(jīng)驗的基礎上，因而帶有一定的主觀(guān)性。該項目設計中量化等級小，論域劃分較少的幾檔，使得調節較粗糙；減溫水調節閥漏，輸出特性變成非線(xiàn)性，也影響了調節的結果。所以，在沒(méi)有對主蒸汽溫度減溫水系統進(jìn)行改造的情況下，選用模糊控制技術(shù)來(lái)實(shí)施主汽溫控制，不失為一種嘗試。