通遼發(fā)電總廠有限責(zé)任公司 于 越

1 引言

雖然智能控制技術(shù)起源于國(guó)外，但近年來(lái)在我國(guó)新時(shí)代大環(huán)境下也逐步發(fā)展成熟，其具備較多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于電廠自動(dòng)化發(fā)展的意義重大?；诖?，本文從智能控制的概念、發(fā)展及其特點(diǎn)入手，以其包含的典型智能控制技術(shù)為切入點(diǎn)，針對(duì)智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用進(jìn)行了討論，以供參考。

2 智能控制技術(shù)概念

智能控制技術(shù)主要是指具備智能信息處理、反饋、決策等能力的科學(xué)控制方法，代表控制理論發(fā)展地位，可對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中傳統(tǒng)控制方式無(wú)法解決的問(wèn)題進(jìn)行處理。不僅如此，智能控制還能夠?qū)哂胁淮_定性的數(shù)學(xué)模型、高度的非線性、復(fù)雜的任務(wù)做出準(zhǔn)確處理。此外，最早的智能控制思想在20世紀(jì)中期時(shí)出現(xiàn)，在該階段，有關(guān)學(xué)者和研究人員針對(duì)控制的學(xué)習(xí)和研究熱情較高，使控制相關(guān)的內(nèi)容和技能獲得了較好的應(yīng)用[1]。如開(kāi)發(fā)了自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)方法，針對(duì)控制系統(tǒng)中的隨機(jī)特性、模型未知等方面的問(wèn)題進(jìn)行了處理。

3 智能控制技術(shù)的發(fā)展

智能控制技術(shù)隨著時(shí)間的變化也不斷發(fā)展。1965年美國(guó)某大學(xué)教授提出在學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)時(shí)，可使用AI 的啟發(fā)式推理規(guī)則；1966年國(guó)外研究人員將AI 與飛船控制系統(tǒng)進(jìn)行融合；1967年由多名國(guó)外研究人員共同提出“智能控制”一詞，隨之投入使用；1971年AI 和自動(dòng)控制正式重疊，構(gòu)建了一個(gè)新的領(lǐng)域，標(biāo)志著智能控制的建立，并開(kāi)始發(fā)展。但早期的智能控制使用的智能方法相對(duì)簡(jiǎn)單，如模式識(shí)別、學(xué)習(xí)方法等，其發(fā)展速度也相對(duì)較慢；20世紀(jì)中期，模糊數(shù)學(xué)出現(xiàn)在國(guó)外某著名論文中；1975年英國(guó)某專家成功在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用了模糊邏輯和模糊關(guān)系，提出了處理模糊不確定性、模擬人的錯(cuò)做經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的模糊控制方法。隨后的一段時(shí)間內(nèi)，通過(guò)多名研究專家的努力，在模糊控制的理論及應(yīng)用上取得了較好的成績(jī)，使其成了常用的智能控制技術(shù)之一；20世紀(jì)八十年代，研究人員充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征，提出并快速發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法；近十幾年來(lái)，智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中，如工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、生產(chǎn)制造系統(tǒng)等等[2]。

4 智能控制的特點(diǎn)

將智能控制技術(shù)和傳統(tǒng)控制技術(shù)進(jìn)行對(duì)比后不難看出，傳統(tǒng)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與被控對(duì)象模型有直接關(guān)聯(lián)，借助智能控制可對(duì)非模型系統(tǒng)控制問(wèn)題加以治理。從以下四個(gè)方面對(duì)智能控制特點(diǎn)進(jìn)行分析：一是以高級(jí)控制為核心，可從整體層面對(duì)多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行妥善解決，自身具有較強(qiáng)容錯(cuò)能力；二是智能控制可以用知識(shí)表示非數(shù)學(xué)廣義模型，也可以用數(shù)學(xué)表示的混合控制過(guò)程，可根據(jù)開(kāi)放式與封閉式環(huán)境控制、定性決策與定量控制相結(jié)合的多模態(tài)控制模式；三是還可結(jié)合系統(tǒng)功能來(lái)分析、整合系統(tǒng)，以此達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)；四是具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自協(xié)調(diào)、自修復(fù)的能力。

5 系統(tǒng)總統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件設(shè)計(jì)

5.1 現(xiàn)場(chǎng)總線選型

PROFIBUS 作為集開(kāi)放、數(shù)字化、多點(diǎn)通信為一體的底層控制網(wǎng)絡(luò)形式，將國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所發(fā)布的參考模型當(dāng)作檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)借助用戶界面層、鏈路層數(shù)據(jù)及物理層進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)分析。此外，PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線硬件中包含主站與從站兩個(gè)方面，因?yàn)榭偩€控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性有較高要求，可借助具備令牌協(xié)議及主從查詢相結(jié)合訪問(wèn)控制為驗(yàn)證模型。其中，主站通過(guò)傳輸碼控制總線發(fā)送或請(qǐng)求接收數(shù)據(jù)，從站工作為完成數(shù)據(jù)通信，智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用

5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)是多個(gè)設(shè)備制造商的混合DP 系統(tǒng)，PROFIBUS-DP 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)FCS 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的應(yīng)用采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)屏蔽雙絞線。控制單元與分布式I/O 系統(tǒng)之間的通信基于CPU 或帶有PROFIBUS 通信接口的通信單元，選擇PLC 作為主要和輔助設(shè)備，只有當(dāng)主設(shè)備或從設(shè)備發(fā)送或接收信息時(shí)，才可以進(jìn)行此操作，主站有兩個(gè)，一個(gè)主要是從站的協(xié)調(diào)控制，另一個(gè)是監(jiān)控站?，F(xiàn)場(chǎng)總線與DCS 的集成方式有很多種，該系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS 系統(tǒng)I/O 層的集成。

6 典型的智能控制技術(shù)

6.1 專家控制技術(shù)

專家控制系統(tǒng)可將其在系統(tǒng)整體中使用的繁雜程度作為分類(lèi)依據(jù)，通常情況下可分為以下兩部分：一是專家式控制器，多運(yùn)用于數(shù)據(jù)庫(kù)較小、邏輯更容易控制。例如，工業(yè)控制專家更注重邏輯和實(shí)際計(jì)算。二是專家控制系統(tǒng)可保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和處理水平，在復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)和復(fù)雜的推理中也可應(yīng)用。

6.2 模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)的服務(wù)對(duì)象為無(wú)法建立有效數(shù)學(xué)模型無(wú)法保證系統(tǒng)控制問(wèn)題中，將模糊數(shù)學(xué)、模糊控制與模糊語(yǔ)言表達(dá)作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制反饋以及閉環(huán)。同時(shí)，模糊控制技術(shù)還具備以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是避免數(shù)學(xué)建模環(huán)節(jié)，可利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的控制能力和控制數(shù)據(jù)來(lái)完成相關(guān)操作；二是對(duì)克服時(shí)變時(shí)滯非線性不確定的控制問(wèn)題有較好的效果；三是涉及的語(yǔ)言變量具有較為單純的特點(diǎn)，從而可降低構(gòu)建相關(guān)專家系統(tǒng)的難度[3]。

6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制從某種層面上可以理解為是對(duì)人腦中神經(jīng)元進(jìn)行模擬，通過(guò)神經(jīng)元的權(quán)值分布和連接來(lái)表達(dá)相關(guān)信息和數(shù)據(jù)。此外，通過(guò)學(xué)習(xí)和調(diào)整權(quán)重，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)、直接校正和間接校正，可以實(shí)現(xiàn)智能控制，其可實(shí)現(xiàn)各種非線性圖像。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在有效控制并行能力和并行結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還具備較好的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)。智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用

6.4 復(fù)合智能控制

復(fù)合智能控制系統(tǒng)其主要作用是綜合使用各種不同種類(lèi)的控制系統(tǒng)，不僅能對(duì)各個(gè)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)進(jìn)行控制，還能整合各個(gè)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段，較為常見(jiàn)的復(fù)合系統(tǒng)有以下幾項(xiàng)：一是模糊專家控制，是開(kāi)發(fā)和應(yīng)用難度相對(duì)較小的復(fù)合系統(tǒng)，雖存在初始信息獲取不完善的問(wèn)題，但其能有效模擬人類(lèi)專家思維，并根據(jù)掌握的信息制定較為合理的解決方案。

二是由兩個(gè)系統(tǒng)組成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)模糊控制知識(shí)的少量表達(dá)，還可以用于相關(guān)知識(shí)的關(guān)聯(lián)和應(yīng)用，有效提高表達(dá)能力和學(xué)習(xí)能力。

三是模糊滑模控制對(duì)系統(tǒng)不確定性的影響較小，具有良好的魯棒性，但存在未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、干擾控制增益高、易產(chǎn)生高頻開(kāi)關(guān)抖振的問(wèn)題[4]。模糊滑?？刂婆c模糊系統(tǒng)相結(jié)合，不僅避免了上述問(wèn)題，而且借助可靠性和魯棒性優(yōu)勢(shì)特征，實(shí)現(xiàn)了控制對(duì)象的有效切換。

7 智能控制技術(shù)在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用

7.1 對(duì)中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的控制

影響存儲(chǔ)介質(zhì)控制系統(tǒng)主要有三方面原因：一是磨削載荷信號(hào)難以測(cè)量；二是數(shù)學(xué)模型復(fù)雜；三是控制參數(shù)耦合。所以，為了解決時(shí)滯和非線性問(wèn)題，可以選擇克服模糊規(guī)則，也就是由工作人員將經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和信息輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，使用預(yù)測(cè)模糊邏輯和分層邏輯模糊控制，并將智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于電廠負(fù)荷自動(dòng)控制裝置中，以便提升和提高機(jī)組的自動(dòng)化精度和抗干擾能力，加載智能測(cè)試控制單元，從而提升系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

7.2 對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程的控制

在鍋爐燃燒工程中，易受煤質(zhì)、變量耦合、時(shí)滯等因素的影響。將專家控制技術(shù)與鍋爐燃燒過(guò)程的有效控制相結(jié)合，建立了基于逐次判斷、分析和推理的前向控制系統(tǒng)，可以有效地判斷鍋爐判斷子系統(tǒng)、送風(fēng)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)診斷子系統(tǒng)、煤厚調(diào)節(jié)子系統(tǒng)等的緊急工況。

7.3 對(duì)單元機(jī)組負(fù)荷的控制

影響單元機(jī)組負(fù)荷的重要因素為非線性、不確定、時(shí)變、耦合。因此，可建立神經(jīng)元模擬負(fù)荷控制系統(tǒng)，增大機(jī)跟爐和爐跟機(jī)的自適應(yīng)性。并經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)控制下，不僅使各權(quán)系數(shù)學(xué)習(xí)收斂大幅提速，還會(huì)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、理想的自適應(yīng)性和控制性。

7.4 對(duì)熱蒸汽氣溫的控制

在控制鍋爐過(guò)熱氣溫時(shí)，改變減溫水量是較為常用的方法。同時(shí)，該系統(tǒng)也存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：一是大慣性；二是時(shí)滯性；三是動(dòng)態(tài)特性的隨便。針對(duì)以上問(wèn)題可在過(guò)熱氣溫系統(tǒng)中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，隨著智能技術(shù)的提升，不僅能有效提升系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，還能優(yōu)化其適應(yīng)性能，也能進(jìn)一步強(qiáng)化其控制質(zhì)量。

7.5 給水加藥方面的應(yīng)用

給水加藥工作是將氨與聯(lián)氨融入其中，氨能夠提高給水高凝析油堿度，盡可能避免高低壓給水設(shè)備被酸性水腐蝕破壞。不僅如此，在給水加藥系統(tǒng)中應(yīng)用模糊控制系統(tǒng)能夠從根本上提升控制系統(tǒng)質(zhì)量[5]。在此基礎(chǔ)上，借助模糊控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)給藥泵轉(zhuǎn)速，還能夠減少手動(dòng)操作出現(xiàn)誤差，減少人力資源支出成本，提高給藥和配料的工作質(zhì)量，也從根本上提升了電廠經(jīng)濟(jì)效益。不僅如此，智能控制技術(shù)的使用可以使電廠變頻器自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)模糊控制，以此來(lái)提高電廠輸出功率容量。

7.6 鍋爐溫度控制方面的使用

電廠自動(dòng)化對(duì)電廠鍋爐溫度監(jiān)測(cè)質(zhì)量工作順利進(jìn)行來(lái)講至關(guān)重要，應(yīng)用智能控制可合理把控溫度，還可有效調(diào)控鍋爐運(yùn)行中慣性和滯后時(shí)間，以此實(shí)現(xiàn)溫度和系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境二者之間較好契合。另外，若想強(qiáng)化過(guò)熱溫度和熱負(fù)荷的控制能力，可選擇使用模糊控制的自動(dòng)化控制，其可將熱溫度維持在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，提升發(fā)單元系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，并進(jìn)一步強(qiáng)化整體的溫度控制力，預(yù)防了因不穩(wěn)定的鍋爐過(guò)熱溫度而產(chǎn)生的問(wèn)題，也有效減少了相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，以往的電廠鍋爐在實(shí)際工作時(shí)，需安排相關(guān)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅浪費(fèi)人力，還易發(fā)生意外事故。因此，在電廠鍋爐燃燒過(guò)程中實(shí)施智能控制，不僅能節(jié)省人力，還能使鍋爐內(nèi)的能源得到充分燃燒，較大增加了能源的利用率。

7.7 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的使用

電廠若想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，就應(yīng)將智能控制系統(tǒng)科學(xué)、合理地應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這不僅有利于電廠的可持續(xù)發(fā)展，還迎合了電子信息技術(shù)發(fā)展的需求。此外，計(jì)算機(jī)硬軟件的飛速進(jìn)步，也能促進(jìn)智能控制技術(shù)的發(fā)展，也提升了電廠生產(chǎn)的穩(wěn)定程度，為其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，智能控制技術(shù)的使用，不僅解放了工人的雙手，還有效強(qiáng)化了電廠的管理水平。最后，智能控制還能定期對(duì)電廠相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題和安全隱患。可見(jiàn)，智能控制在一定程度上提升了電廠的自動(dòng)化水平，為其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了有利條件。

7.8 pH 值控制

pH 值控制可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的處理。其主要原理是根據(jù)廢水中的pH 值來(lái)添加酸或堿，以此確保廢水的pH 值達(dá)標(biāo)，達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)。這不僅能大大減少?gòu)U水對(duì)周邊環(huán)境的污染，還在一定程度上保護(hù)了人們的健康。智能控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)廢水pH 值時(shí)，應(yīng)先針對(duì)廢水進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果錄入智能控制系統(tǒng)，隨后系統(tǒng)會(huì)整合相關(guān)數(shù)據(jù)，并依照數(shù)據(jù)提供的信息，科學(xué)調(diào)整廢水的pH 值。若在E＞Ep 時(shí)，需進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)，并核算加入酸或堿的總量。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能控制技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展在電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用具有十分重要的意義，其不僅確保了電廠運(yùn)行的安全和穩(wěn)定，還能有效提升了電廠各環(huán)節(jié)工作的質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)效益。因此，各電廠應(yīng)明確智能控制的概念、特點(diǎn)和發(fā)展，清晰掌握典型的智能控制技術(shù)，使智能控制技術(shù)能夠高效應(yīng)用于中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)、鍋爐燃燒過(guò)程、單元機(jī)組負(fù)荷、熱蒸汽氣溫、給水加藥、鍋爐溫度控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)等多個(gè)方面，這不僅順應(yīng)了高新技術(shù)的發(fā)展的必然趨勢(shì)，也為實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。