梅林

摘 要：鍋爐主汽溫度判斷鍋爐安全工作的指標之一，所以控制好鍋爐主汽溫度是十分重要的。從溫度變化的原因來探尋溫控的方法，本研究介紹了串級PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，在兩種控制系統(tǒng)的結(jié)合下就更便于控制鍋爐主汽溫度了，同時也是傳統(tǒng)的控制策略和智能控制策略的融合。由于超臨界鍋爐的使用，溫控策略就更需要講究方法和技術(shù)，現(xiàn)代社會更趨于智能溫控系統(tǒng)來控制主汽溫度。

關(guān)鍵詞：鍋爐；主汽溫度；控制策略

前言

目前，國內(nèi)外多數(shù)火電廠使用傳統(tǒng)的串級PID控制鍋爐主汽溫度，隨著社會的發(fā)展，對鍋爐主汽溫度控制的要求也提高。同時超臨界鍋爐的使用也需要更先進的溫控技術(shù)，所以有了智能溫控系統(tǒng)。主汽溫度的控制具有非線性和時變性，其大延時和大慣性的特點是其控制的難點。為了保證機組鍋爐的安全經(jīng)濟運行，主汽溫度必須精確控制，參考經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論，智能控制理論來總結(jié)溫控的策略。本研究主要是關(guān)于串級PID控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的原理和使用優(yōu)點。

1 從原因中解剖機組鍋爐主汽溫度控制的難點

1.1 主汽溫度變化的原因

引起鍋爐主汽溫度變化的因素有多種，本研究列出以下四個主要原因：鍋爐負荷，也就是說蒸汽流量的變化影響過熱器和煙氣之間的傳熱條件，進而改變主汽溫度；燃燒工況的增減，即燃燒投入量的變化，影響煙氣溫度及流速，改變主汽溫度；各級過熱器的熱交換特性隨著使用時間的增加，過熱器表面會積灰或者結(jié)垢，導(dǎo)致其傳熱特性減弱，主汽溫度從而發(fā)生改變；減溫水溫度和壓力的變化也會使主汽溫度變化。

1.2 鍋爐主汽溫度控制的難點

多種因素的影響使得主汽溫度不好控制，這就需要從原因中找出難點，總結(jié)出溫控方法。主汽溫控的難點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

多種因素影響主汽溫度變化，存在強耦合現(xiàn)象即多種原因同時導(dǎo)致主汽溫度升高或者降低；主汽溫控具有非線性和時變性，以及大延時和大慣性的特點，溫度隨時間變化，溫控就更難了；過熱器的強度安全系數(shù)小，正常運行時的溫度接近鋼材的極限溫度，溫度控制不好會導(dǎo)致過熱器鋼材的疲勞、蠕變，這就要求溫度控制偏差不能超過一定的范圍，給主汽溫度控制增加了更大的難度。因為主汽溫度的難以控制，此時就需要更高效的溫控方法，正確選擇溫控手段是鍋爐使用者必須具備的知識。

2 串級PID溫控系統(tǒng)

2.1 串級PID控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

一個完整的串級PID系統(tǒng)由主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、導(dǎo)前對象、滯后對象、反饋變送環(huán)節(jié)和反饋變送值的偏差運算環(huán)節(jié)組成，分為主控制回路和副調(diào)節(jié)回路。副調(diào)節(jié)器的給定值和反饋值經(jīng)過比較，偏差值在副調(diào)節(jié)器里進行PID運算，最后輸出結(jié)果，傳輸閥位信號，通過減溫水調(diào)節(jié)閥控制減溫水流量，從而控制主汽溫度。這是基于典型控制理論的調(diào)節(jié)溫度的系統(tǒng)。

2.2 利用串級PID系統(tǒng)控制溫度的具體過程

串級PID系統(tǒng)主要是利用PID算法來實現(xiàn)溫度參數(shù)的確定，進而調(diào)節(jié)主汽溫度。PID算法根據(jù)比例、積分、微分系數(shù)在計算機作用下得出合適的輸出控制參數(shù)，利用修改控制變量誤差的方法實現(xiàn)環(huán)路控制，使主、副兩個控制回路的控制過程連續(xù)。串級PID控制系統(tǒng)中，主、副控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證變量穩(wěn)定為目的，兩個控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。一般情況下在PID串級控制系統(tǒng)中有兩級減溫器，一級減溫器位于分隔高溫過熱器熱器和后屏過熱器之間，二級減溫器位于后屏過熱器和高溫過熱器之間。二級減溫器系統(tǒng)作為副調(diào)節(jié)回路的控制對象，減溫器出口的蒸汽溫度作為副調(diào)節(jié)回路的控制變量，高溫過熱器為主調(diào)節(jié)器的控制對象，高溫過熱器出口蒸汽溫度作為主控制回路的控制變量。PID串級控制既有優(yōu)點也有缺點，優(yōu)點是控制過程連續(xù)，在完整的閉環(huán)路控制中，主、副控制器串聯(lián)成一個整體，體現(xiàn)了過程完整性；其中存在的不足就是主汽溫控具有時變性，易受外界干擾，導(dǎo)致控制對象的模型參數(shù)難以確定，PID運算不穩(wěn)定，影響主汽溫度參數(shù)的動、靜態(tài)品質(zhì)，從而增加了溫控時間。為了更高效地控制主汽溫度，人們做了更多的有益嘗試。

3 關(guān)于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和超臨界鍋爐的介紹

3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組成

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是模糊控制系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)合，兩者的結(jié)合具有重要意義和工程價值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在處理和解決問題時，不需要對象的精確數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值化的和非數(shù)學(xué)模型的函數(shù)估計器和動力學(xué)系統(tǒng)，以一種不精確的方式處理不精確的信息。模糊控制系統(tǒng)是依據(jù)一些由人們總結(jié)出來的描述各種因素之間相互關(guān)系的模糊性語言經(jīng)驗規(guī)則和有邏輯的數(shù)學(xué)分析、數(shù)值運算、多次的觀察來總結(jié)出溫控方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是通過其結(jié)構(gòu)的可變性，逐步適應(yīng)外部環(huán)境的各種因素的作用，不斷地挖掘出研究對象之間內(nèi)在的因果聯(lián)系，表現(xiàn)為一種不很精確的輸入輸出值描述，最終解決問題。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)繼承了兩者的優(yōu)點，這就能更高效地控制主汽溫度了。模糊控制系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)合形態(tài)有多種，主要有以下四種形式：松散結(jié)合形式；并聯(lián)結(jié)合形式；串聯(lián)結(jié)合形式；網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)型結(jié)合形式。各種結(jié)合形式都有各自的好處：對于兩個獨立的鍋爐，要想它們不干擾雙方的溫控，可以采取松散結(jié)合形式；當有共同的輸入時，可以選擇同等型或者補償型的并聯(lián)結(jié)合形式；一方的輸出為另一方的輸入時，在系統(tǒng)中可按串聯(lián)結(jié)合方式；系統(tǒng)由模糊系統(tǒng)表示，過程需要神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來產(chǎn)生和調(diào)整時，可用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)型結(jié)合形式。鍋爐使用者可根據(jù)自己的需要選擇合適的結(jié)合形式來控制主汽溫度。

3.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的溫控策略和超臨界鍋爐

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理、自學(xué)習(xí)功能為基礎(chǔ)的計算機智能控制。輸入確定因子后依次經(jīng)過模糊化、模糊推理、逆模糊化、調(diào)整量化比例因子，最終控制被控對象即主汽溫度。在控制過程中模糊控制器起著舉足輕重的作用，模糊控制器可調(diào)參數(shù)，改變參數(shù)可使控制器適用于不同系統(tǒng)的性能要求。模糊控制規(guī)律應(yīng)遵循：過熱汽溫上升速度快，汽溫偏高，則汽溫的控制量應(yīng)向下浮動；反之則向下浮動。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于現(xiàn)代控制理論和智能控制理論，滿足了當代社會的需求，特別是對超臨界鍋爐主汽溫度的控制。超臨界鍋爐相比于其他鍋爐具有較高的發(fā)電效率，而且超臨界機組具有良好的負荷調(diào)節(jié)特性，在較低負荷下依舊能保持較高的效率，基建投資、發(fā)電成本也較低，是未來電力工業(yè)的主力機組。超臨界鍋爐趨于用智能溫控，在一定程度上帶動了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

機組鍋爐在當代社會應(yīng)用廣泛，控制機組鍋爐主汽溫度是安全使用鍋爐的關(guān)鍵。鍋爐使用者可以根據(jù)機組鍋爐的情況來選擇合適的溫控方法，基于經(jīng)典理論的串級PID系統(tǒng)，還有基于現(xiàn)代理論和智能理論的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以用來控制鍋爐主汽溫度。各有各自的優(yōu)點，此時，鍋爐使用者就得學(xué)會有選擇、有技巧地選擇自己需要的溫控系統(tǒng)。相比較，基于現(xiàn)代理論和智能理論的溫控方法更能高效地控制鍋爐主汽溫度。

參考文獻

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