于春輝
(內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司,呼和浩特 010216)
現(xiàn)階段電廠空壓機(jī)的自動(dòng)啟??刂拼嬖诳刂菩Ч患训葐栴},提出基于PLC 技術(shù)電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂品椒ㄑ芯縖1-2]。
文獻(xiàn)[3]基于DCS 控制方法完成設(shè)備一鍵啟??刂疲晃墨I(xiàn)[4]分析基于VCU 控制器完成設(shè)備的啟??刂?;文獻(xiàn)[5]基于增量式PID 控制器完成設(shè)備啟??刂?。
以上述研究為基礎(chǔ),本文提出基于PLC 技術(shù)的電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂品椒āMㄟ^本文方法的研究,可以提升電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂菩Ч?/p>
設(shè)計(jì)電廠空壓機(jī)運(yùn)行的啟停規(guī)則。電廠空壓機(jī)聯(lián)控結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。
圖1 電廠空壓機(jī)聯(lián)控結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Structural model of power plant air compressor joint control
以多臺(tái)聯(lián)控的電廠空壓機(jī)為例,完成電廠空壓機(jī)運(yùn)行啟停設(shè)計(jì)如下:①啟動(dòng)順序規(guī)則;②停電恢復(fù)啟動(dòng)規(guī)則;③故障空壓機(jī)繞開規(guī)則;④加載、卸載規(guī)則;⑤停機(jī)規(guī)則;⑥輪換規(guī)則。
將空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)變化量和空壓機(jī)停止時(shí)長(zhǎng)序列作為輸入變量,輸入至空壓機(jī)自動(dòng)啟停模糊控制器中完成電廠空壓機(jī)的機(jī)械化自動(dòng)啟??刂芠6]。
2.1.1 啟停模糊控制器結(jié)構(gòu)
基于PLC 技術(shù)電廠空壓機(jī)機(jī)械化啟停結(jié)構(gòu),如圖2 所示。
圖2 電廠空壓機(jī)自動(dòng)啟??刂平Y(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of automatic start stop control for air compressors in power plants
在PLC 控制器使用模糊邏輯控制算法完成電廠空壓機(jī)自動(dòng)啟??刂?,模糊邏輯控制器流程如圖3 所示。完成模糊控制器設(shè)計(jì),控制原理如圖4 所示。
圖3 模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)流程Fig.3 Flow chart of fuzzy logic controller design
圖4 模糊邏輯控制器控制原理圖Fig.4 Control principle of fuzzy logic controller
2.1.2 控制變量的選擇
模糊控制器尋優(yōu)啟動(dòng)2 個(gè)輸入量為空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量變化量c∈{0,1,2,3,4,5}和空壓機(jī)停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)序列Y′∈{1,2,3,4,5},尋優(yōu)啟動(dòng)輸出量為待啟動(dòng)空壓機(jī)編號(hào)QQ(n)∈{1,2,3,4,5}。
模糊控制器尋優(yōu)停止的2 個(gè)輸入量為空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量變化量c1∈{0,1,2,3,4,5}和空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)序列Y1′∈{1,2,3,4,5},尋優(yōu)啟動(dòng)的輸出量為待停止空壓機(jī)編號(hào)QT(n)∈{1,2,3,4,5}。
2.1.3 控制變量的模糊子集和隸屬度函數(shù)
控制變量難以用語言描述,通過大(N)、中(Q)、小(D)、正(A)、負(fù)(M)、零(O)描述控制變量。選用3個(gè)模糊子集(O)零、(AD)正小、(AN)正大為空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量變化量,選4 個(gè)模糊子集(O)零、(PD)小、(PQ)中、(PN)大為空壓機(jī)停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)序列,選5個(gè)模糊子集XP、GO、DR、YJ、GP 為待啟動(dòng)空壓機(jī)編號(hào),對(duì)應(yīng)空壓機(jī)編號(hào)為1~5,表達(dá)如下:
式中:MQ(n)為待啟動(dòng)空壓機(jī)模糊子集。
使用二維Mamdani 模糊控制器,設(shè)置尋優(yōu)停止和尋優(yōu)啟動(dòng)的輸入輸出變量模糊子集和隸屬度函數(shù)。
以尋優(yōu)啟動(dòng)的空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量輸入變量為例,其他輸入量同理。
用c 為多個(gè)分量輸入變量,ck為輸入變量c 的第k 個(gè)分量,取值范圍為cj∈[-c,c],輸入變量第k個(gè)分量模糊域論可為mk,變化量c 的量化因子lk為變量c 到模糊論域變化為量化因子,公式如下:
設(shè)置某時(shí)刻空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量輸入變量為c,映射到模糊論域,取值m,公式如下:
當(dāng)設(shè)定實(shí)際取值小于尋優(yōu)啟動(dòng)的空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量輸入變量時(shí),仍保證模糊化后的變量值屬于輸入控制變量分量,且m≤mk。
模糊論域取值m 為非整數(shù)和整數(shù)2 種,當(dāng)模糊論域取值為非整數(shù)時(shí),取值范圍m 公式如下:
式中:sgn 為正負(fù)號(hào);int 為整數(shù)部分。
當(dāng)模糊論域取值為整數(shù)時(shí),取值范圍m 可表達(dá)為[-mk,mk]。
當(dāng)尋優(yōu)啟動(dòng)的空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量第k 個(gè)輸入變量ck的取值范圍為非對(duì)稱性時(shí),即ck=[s,n],且s≠n,量化因子公式如下:
公式(5)算出變量模糊論域值為N3,取值范圍值為[-i,i],計(jì)算尋優(yōu)啟動(dòng)的空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量輸入變量c 比例因子,轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際值,獲取尋優(yōu)啟動(dòng)的空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)量輸入變量c 比例因子公式如下:
根據(jù)模糊規(guī)則獲取每臺(tái)電廠空壓機(jī)對(duì)應(yīng)模糊關(guān)系矩陣,公式如下:
機(jī)制建設(shè)滯后。近年來,在“落實(shí)三轉(zhuǎn)、聚焦主業(yè)”的大背景下,許多農(nóng)商行進(jìn)一步強(qiáng)化了各級(jí)紀(jì)委的監(jiān)督職能,制度安排和流程配置越來越多,要求越來越高,責(zé)任越來越大。但在強(qiáng)調(diào)監(jiān)督的同時(shí),配套的監(jiān)督機(jī)制或流程卻出現(xiàn)滯后,主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。
式中:TQ為尋優(yōu)啟動(dòng)模糊關(guān)系矩陣;TT為尋優(yōu)停止模糊關(guān)系矩陣;Iok為模糊矩陣;c、Y′為模糊關(guān)系;c1、Y1′為模糊關(guān)系;QQ(n)、QT(n)為啟動(dòng)和停止的輸出矩陣。
尋優(yōu)啟動(dòng)空壓機(jī)模糊子集MQ(n)和尋優(yōu)停止空壓機(jī)模糊子集MT(n)公式如下:
式中:c(n)、c1(n)為激活n 條規(guī)則的停運(yùn)空壓機(jī)數(shù)量和運(yùn)行空壓機(jī)數(shù)量;Y′(n)、Y1′(n)為激活n 條規(guī)則矩陣輸入。
通過加權(quán)平均法獲取待啟動(dòng)空壓機(jī)模糊子集中位數(shù)MQ(z)和待停止空壓機(jī)模糊子集中位數(shù)MT(z),公式如下:
式中:νQ(n)、νT(n)為第n 條規(guī)則在尋優(yōu)啟動(dòng)和尋優(yōu)停止輸出結(jié)果占得權(quán)重;νQ(Y′)、νT(Y1′)為第n 條規(guī)則在空壓機(jī)停止運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)序列和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)序列占得權(quán)重。
將待啟動(dòng)空壓機(jī)模糊子集中位數(shù)MQ(z)和待停止的空壓機(jī)模糊子集中位數(shù)MT(z)乘于比例因子,獲取最終待啟動(dòng)空壓機(jī)編號(hào)QQ(n)或停止的空壓機(jī)編號(hào)QT(n)公式如下:
式中:lQ、lT為根據(jù)公式(6)獲取空壓機(jī)尋優(yōu)啟動(dòng)比例因子和尋優(yōu)停止比例因子。完成電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂?。
在Windows 7、Intel core i7-4210H、8 GB 操作系統(tǒng),編程環(huán)境為python3.7 計(jì)算機(jī)使用MATLAB軟件,以某地電廠5 個(gè)空壓機(jī)為對(duì)象,型號(hào)為BLT-375A 永磁變頻空壓機(jī),參數(shù)如表1 所示。
表1 永磁變頻空壓機(jī)參數(shù)Tab.1 Parameters of permanent magnet variable frequency air compressor
以此為基礎(chǔ),采用基于PLC 技術(shù)的電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂崎_展實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
(2)能耗量驗(yàn)證
采用所提方法對(duì)某地電廠空壓機(jī)實(shí)行自動(dòng)啟??刂?,記錄能耗情況如圖5 所示。
圖5 能耗量Fig.5 Energy consumption
由圖5 可知,所提方法的能耗量較低,表明該方法電廠空壓機(jī)自動(dòng)啟??刂菩Ч?,其主要是由于所提方法采用了基于PLC 技術(shù)的機(jī)械化自動(dòng)啟??刂品绞?。相比傳統(tǒng)的人工啟??刂品椒?,這種自動(dòng)化控制方式可以更精確地根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求進(jìn)行控制,避免了空壓機(jī)運(yùn)行過程中的能源浪費(fèi)。
(3)啟??刂?/p>
采用所提方法對(duì)某地電廠空壓機(jī)實(shí)行自動(dòng)啟??刂?,記錄所提方法啟??刂茰?zhǔn)確度如圖6 所示。
圖6 啟??刂茰?zhǔn)確度Fig.6 Accuracy of start stop control
分析圖6 可知,應(yīng)用所提方法的電廠空壓機(jī)啟??刂茰?zhǔn)確度在80%~98%之間,表明所提方法的啟??刂茰?zhǔn)確度更高、控制效果更好,其主要是由于所提方法根據(jù)電廠多臺(tái)空壓機(jī)聯(lián)控模型進(jìn)行設(shè)計(jì),能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求和空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),自動(dòng)調(diào)整啟停規(guī)則和模糊控制器的參數(shù),以適應(yīng)不同工況的要求,從而導(dǎo)致其啟停控制準(zhǔn)確度得到提高。
(4)啟??刂茣r(shí)間對(duì)比
采用所提方法對(duì)某地電廠空壓機(jī)實(shí)行自動(dòng)啟??刂?,記錄啟??刂茣r(shí)間如表2 所示。
表2 啟??刂茣r(shí)間Tab.2 Start and stop control time
由表2 可知,所提方法對(duì)電廠空壓機(jī)的啟??刂茣r(shí)間均小于125.8 s,空壓機(jī)啟停控制時(shí)間更短,其主要是由于所提方法設(shè)計(jì)了合理的啟停規(guī)則和模糊控制器,能夠更精確地判斷空壓機(jī)的啟停時(shí)機(jī),進(jìn)一步縮短了啟停控制時(shí)間。
本文基于PLC 技術(shù)的電廠空壓機(jī)機(jī)械化自動(dòng)啟??刂品椒ǎO(shè)計(jì)電廠空壓機(jī)啟停規(guī)則,建立電廠空壓機(jī)自動(dòng)啟停控制器,模糊化處理輸入變量后,輸入變量,完成電廠空壓機(jī)啟??刂啤T摲椒ㄑ芯拷鉀Q傳統(tǒng)方法存在的問題有重要意義。