楊學武

摘 要：火力發(fā)電廠廠用電是衡量發(fā)電效益的一個重要經(jīng)濟指標，球磨機是制粉系統(tǒng)的關(guān)鍵設備，也是廠用電的一個耗電量大戶，約占火力發(fā)電廠廠用電量的15%～25%左右。自動控制程度不高，一方面增大了機組運行人員的勞動強度，另一方面，也降低的發(fā)電企業(yè)的利潤增長點。多年來，火力發(fā)電廠實現(xiàn)球磨機自動控制一直是一項技術(shù)空白，同時也影響自動投入率的提高，如何實現(xiàn)筒式低速球磨機的自動控制也是發(fā)電企業(yè)力求實現(xiàn)的。

關(guān)鍵詞：球磨機；制粉系統(tǒng)；自動控制；模糊控制

中圖分類號：TK323 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）32-0072-02

1 球磨機常規(guī)的自動控制方法

球磨機制粉系統(tǒng)是一個綜合復雜風粉混合系統(tǒng)，是多信號輸入和多信號輸出的多變量強耦合綜合系統(tǒng)。能夠反映球磨機運行情況是否良好的三個主要信號為，球磨機出入口壓差、球磨機入口負壓和出口溫度，以往常采用三套單回路PID調(diào)節(jié)分別控制，調(diào)節(jié)給煤機的給煤量控制出入口壓差，調(diào)節(jié)再循環(huán)風調(diào)節(jié)控制球磨機入口風壓，調(diào)節(jié)熱風門控制調(diào)節(jié)球磨機的出口溫度。由于制粉系統(tǒng)的非線性，大遲延，大慣性的特性，三套相互獨立的單回路PID控制回路來控制這三個參數(shù)，每一個參數(shù)的調(diào)節(jié)都會對其他的參數(shù)產(chǎn)生很大的影響，所以不能把制粉系統(tǒng)的各個信號強行單獨調(diào)劑控制，這樣擾亂了的各變量之間的相互偶合關(guān)系，單回路PID調(diào)節(jié)器控制方式的采用曾在某電廠的給煤控制系統(tǒng)中進行自動控制的嘗試，沒有得到較好的控制效果，甚至還容易導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

由于球磨機長期不能實現(xiàn)自動控制，運行人員手動調(diào)節(jié)控制球磨機的各參數(shù)，不能保證球磨機長期在最佳工況下運行，還極易造成球磨機的不安全事件的發(fā)生。因此，實現(xiàn)球磨機制粉系統(tǒng)的自動控制，是擺在電廠熱控人員面前的一個要努力解決的問題。

2 模糊控制的含義

模糊控制是對一些很難以用經(jīng)典方法建立數(shù)學模型和對系統(tǒng)的運行工況難以用定量方法描述的控制系統(tǒng)中，把有經(jīng)驗的專家的處理思維轉(zhuǎn)化成模糊語言存入控制規(guī)則庫進行處理后，輸出相應的控制信息，來實現(xiàn)控制被控對象，所以它有比常規(guī)單回路PID控制系統(tǒng)更能適應復雜的系統(tǒng)，有更好的穩(wěn)定性，它能夠在建立的控制規(guī)則庫內(nèi)搜尋專家級運行操作人員根據(jù)運行工況實際的操作數(shù)據(jù)，選取最合適系統(tǒng)工況的一種方式進行控制輸出。

2.1 模糊控制概要

模糊控制是以包括專家模糊控制EFC（Expert Fuzzy Controller）（專家的經(jīng)驗和知識）、操作員的操作模式（記錄操作員的操作模式）和學習模式等模糊概念在內(nèi)的信息為基礎(chǔ)，對調(diào)節(jié)對象按以下順序決定其操作量的控制算法，即：

①if---then形式表示控制規(guī)則（Rule）。

②用計算機來實現(xiàn)模糊控制理論，根據(jù)模糊控制調(diào)節(jié)器的實際輸入值PV，進行具體MV值的計算和輸出。

2.2 模糊控制舉例

首先舉一個簡單的例子，試考察一個如圖所示的房間溫度調(diào)節(jié)，通常在PID調(diào)節(jié)中使用控制算法，而對模糊控制則用日常語言來規(guī)定（控制規(guī)則），這時的控制規(guī)則如下：

①房間冷時，加熱器增強。

②房間熱時加熱器減弱。

下面按如圖1（a）、（b）所示規(guī)定該房間熱/冷，加熱器的強/弱元函數(shù)。

當房間實際溫度為13 ℃時，按以下順序決定操作輸出（實際加熱器強度），如圖2所示。

①由控制規(guī)則①可知，在13 ℃為“冷”的元函數(shù)下的適合度為0.4倍（同圖陰影所示部分）。

②對控制規(guī)則②也可以同樣的順序進行控制。

③然后合成這兩個陰影所示函數(shù)，如圖3所示。

實際加強熱器的強度為該合成斜線的平均值，平均值的求法有：

①面積2等分……左右面積相等點。

②平均負荷……斜線面積重心點。

在這種模糊控制核心情況下的溫度控制，為適合房間的溫度。模糊控制規(guī)則用語言來表示的，易于被一般人所接受，也避免了溫度忽高忽低，或設備的頻繁動作。

3 球磨機的運行特性

作為鍋爐制粉系統(tǒng)主要設備的球磨機，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、運行安全可靠、對煤種的適應性強、維護費用低、并能長時間的穩(wěn)定運行，至今國內(nèi)外的大中型火電廠中仍然被廣泛采用。球磨機的缺點是體積龐大運行中制粉電耗大，耗電量高，大概占廠用電的15%～25%左右，運行復雜、有強大的噪聲污染。綜合考慮球磨機的優(yōu)缺點，在球磨機運行時應最大限度的提高球磨機磨煤出力和降低球磨機的用電單耗，從而降低發(fā)電煤耗，因此，球磨機自動控制的投入運行，可以大大提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4 球磨機系統(tǒng)參數(shù)的測量

實現(xiàn)球磨機系統(tǒng)的自動控制，關(guān)鍵是球磨機在運行過程中，測量球磨機系統(tǒng)的各個運行參數(shù)，如球磨機的鋼球最佳裝載量 ， 最佳存煤量， 最佳通風量，球磨機內(nèi)溫度，以及球磨機系統(tǒng)的最準確特性，并把有經(jīng)驗的專家級運行操作人員的處理思維轉(zhuǎn)變成模糊控制語言，存入模糊控制規(guī)則庫進行綜合處理，建立球磨機各種狀態(tài)下的運行參數(shù)的模糊控制規(guī)則數(shù)據(jù)庫，對各個運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)經(jīng)行模糊處理，作為球磨機的控制各個參數(shù)的控制輸出，使球磨機出力最佳，電耗最低的最佳運行狀態(tài)。

球磨機功率信號的測量，是球磨機實現(xiàn)自動控制的一個重要指標，能反應球磨機功率變量的有關(guān)參數(shù)有以下幾種：

①球磨機壓差，球磨機入口與出口風壓壓差，在一定程度上能間接反應球磨機桶內(nèi)的存煤量。壓差越大反應球磨桶內(nèi)的存煤量越多，反之存煤量越少。

②球磨機的電機電流，球磨機電機電流隨著煤量的增加而增加，但是增加到一定量時，電流會減小，電機電流也受到鋼球量、風量和妹子的影響。

③振動法，通過球磨機軸承的振動速度信號來反映球磨機內(nèi)的存煤量。

運行過程中球磨機的出力控制，能夠反映球磨機是否在最佳的工況下運行，實現(xiàn)對上述多個信號的測量并進行綜合模擬分析，來確定球磨機在制粉全過程中負荷的大小。球磨機桶內(nèi)存煤量與球磨機的軸承振動量、出入口風差壓、電動機功率和磨出力之間分別存在一定的函數(shù)對應關(guān)系，如圖4所示。

從圖中可以看出，球磨機在運行過程的曲線中，只有在Ⅱ區(qū)域，球磨機的運行狀況為最佳工況，故應保持球磨機在Ⅱ區(qū)域工況下的高效安全經(jīng)濟運行。

5 球磨機的模糊控制

在充分考慮球磨機的純遲延，非線性、強耦合、大慣性等特點，以非線性智能理論為基礎(chǔ)，充分考慮系統(tǒng)的偶合問題，提高系統(tǒng)大范圍的控制適應性，球磨機存煤量的測量，以壓差、球磨機電機電流、球磨機振動、球磨機出入口溫度等信號來試驗調(diào)整這些參數(shù)與球磨機負荷的關(guān)系，計算輸出球磨機控制信號。

當球磨機存煤量在正常范圍內(nèi)時，控制系統(tǒng)采用分級控制。對球磨機的入口負壓大小、出口溫度高低和負荷大小進行控制。

控制方式為：輸入語言變量值為設定值SV的精確值，輸出語言變量為執(zhí)行單元的變化Mv的精確值，模糊控制規(guī)則為：

①if SV

②if SV>SVmax thenMv= -10%

③if SVmin

其中，SVmin、SVmax值為球磨機各參數(shù)正常波動的上下限范圍，由運行人員根據(jù)機組實際運行工況進行手動操作設定。

6 結(jié) 論

由于球磨機制粉系統(tǒng)具有較強解耦性，現(xiàn)階段各個電廠的DCS控制系統(tǒng)中沒有所需的智能測量控制模塊。需要配備一臺上位機來進行進行編制程序，通過專家經(jīng)驗設計的模糊規(guī)則可以對復雜的對象進行有效的控制，一個球磨機控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化決策平臺，采用通用工控軟件生成最終人機界面，將具有優(yōu)化決策功能的智能化球磨機制粉系統(tǒng)融入到機組的DCS控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)中，對于實現(xiàn)球磨機制粉系統(tǒng)自動控制的資金投入和難度不是很大，實現(xiàn)球磨機的自動控制具有一定的可操作性。

參考文獻：

[1] 姜平，蔡云達，張培華.雙進雙出鋼球磨煤機煤位控制系統(tǒng)原理分析 [J]華北電力大學學報，1998，（2）.