5爐磨煤機制粉專家控制系統(tǒng)工作總結.doc

5爐磨煤機制粉專家控制系統(tǒng)工作總結 臺 州 發(fā) 電 廠設 備 部1 概述8 / 8我廠#5機組為國產135MW機組，其制粉系統(tǒng)采用2套中儲式球磨機制粉系統(tǒng)。 該機組于2004年底大修時安裝和利時MACSII集散控制系統(tǒng)。但在DCS系統(tǒng)中沒有成熟的中儲式球磨機制粉控制系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)還是維持人工操作，制粉系統(tǒng)效率得不到提高。而制粉系統(tǒng)如實現(xiàn)智能專家控制將能夠自動尋找制粉系統(tǒng)最佳工況，它能保證制粉系統(tǒng)最大化的迫近最佳工況，它能夠在運行中根據(jù)煤質變化及各種參數(shù)的變化自動尋找制粉系統(tǒng)的最佳差壓，最佳出粉量（與給煤機給煤量對應，煤質等條件變化時此值會相應變化）等，減輕人員勞動強度，并且使煤粉的細度均勻性提高，同時也使制粉效率大大高于人工操作。2005年5月份我們利用機組小修的機會，對制粉系統(tǒng)的控制進行了制粉系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)的改造，將磨煤機的自動控制放在獨立于DCS系統(tǒng)的專門控制站上實現(xiàn)，這樣在修改磨煤機控制方案及調試時絲毫不影響DCS系統(tǒng)的運行，經過近一個月的調試，系統(tǒng)于七月十日投運，經與以前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較，證明#5爐磨煤機系統(tǒng)在投入制粉專家控制系統(tǒng)后各方面指標都有提高，特別是制粉出力大大高于人工操作。2 磨煤機自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀我廠磨煤機制粉系統(tǒng)的控制一直采用人工手動控制，目前國內中儲式制粉系統(tǒng)的制粉系統(tǒng)成功投入自動運行的案例不多，在省內更是沒有。3 磨煤機制粉專家控制系統(tǒng)改造方案A) 制粉系統(tǒng)控制存在的難點圖1：磨負荷與磨出入口差壓關系曲線自上世紀80年代起，國內許多單位即開始了對中儲式制粉系統(tǒng)實施自動控制的研究工作，但進展緩慢。許多控制方案只能在短時間內實現(xiàn)自動控制，無法長期可靠運行。其難點主要表現(xiàn)為：a)多控制變量的強耦合特點：中儲式制粉系統(tǒng)是由球磨機、粗粉分離器、細粉分離器、排粉機、和相應連接管道組成的復雜的氣固二相流系統(tǒng)，其風壓、 風溫、氣流和煤流存在著強烈的耦合關系，對其任意參量的調節(jié)，都會對其它參量產生強烈的影響；b)有限的調節(jié)手段：制粉系統(tǒng)需要對磨煤機入口負壓、出入口差壓、出口溫度、磨煤機負荷進行調節(jié)，一些系統(tǒng)同時還要求對磨煤機電流、排粉機電流等指標進行控制，但控制手段一般只有熱風門、循環(huán)風門（或溫風門、冷風門等）和給煤機轉速等有限的調節(jié)手段，在許多情況下由于風門開到極限，或執(zhí)行機構故障，使某些調節(jié)手段退出調節(jié)，造成較少的調節(jié)手段完成較多的控制目標的局面。在理論上是無法同時滿足所有控制要求的。這就要求對所有被控指標進行權衡，給出可實現(xiàn)的優(yōu)化控制指標，達到各種工況下的最佳控制；c)強烈的非線性特征：在制粉系統(tǒng)中幾乎所有的執(zhí)行機構都存在非線性。由于氣固二相流的湍流效應，使磨煤機出入口差壓與磨煤機實際負荷呈現(xiàn)出強烈的穩(wěn)態(tài)非線性回滯特征（圖1所示）和動態(tài)的大遲延特性。這也是以往用給煤量控制差壓的控制系統(tǒng)無法穩(wěn)定的原因；圖2：磨負荷與磨電流、磨噪聲關系曲線d)不一致、非穩(wěn)定的磨煤機負荷特征表達：由于無法實現(xiàn)對磨煤機內部存煤量（負荷）的在線測量，磨煤機負荷判定只是由負荷特征量間接判斷，運行人員和許多控制方案最常用的負荷特征為：磨煤機出入口差壓、磨煤機電流和磨煤機噪聲負荷（通過磨煤機噪聲或震動強度判斷負荷）。但這些負荷特征對負荷的表征通常并不是一致的、穩(wěn)定的。差壓由于其非線性只能對負荷的極端情況進行判斷；磨煤機電流與負荷存在非單值對應關系（如圖2所示），并最大磨煤機電流會因磨煤機鋼球量的多少和機械性能的變化隨時改變；磨煤機噪聲也存在著噪聲飽和現(xiàn)象（在磨煤機負荷較高時磨煤機特征噪聲能量不再降低），同時存在著因鋼球添加量和因環(huán)境產生的噪聲漂移。因此根據(jù)任何單一負荷特征，無法長期準確、可靠的判定磨煤機負荷；e)多因素產生的復雜的時變性：制粉系統(tǒng)是一個典型的時變系統(tǒng)，煤質的可磨性、揮發(fā)性、含水量，四季煤溫和風溫的不同，機組負荷造成的風溫和風壓的改變，磨煤鋼球量的改變，機組維修過程中對制粉系統(tǒng)的維護和改造，都會使制粉系統(tǒng)的特征參量和特性發(fā)生變化。固定不變的控制參量無法使系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。由于以上制粉系統(tǒng)控制難點的存在和相互影響，使多數(shù)制粉系統(tǒng)控制方案無法實施，或實施一段時間后，控制品質下降，而無法繼續(xù)使用。2、制粉系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)所采取的措施：基于制粉系統(tǒng)的以上特性，不可能簡單的單回路或幾個單回路耦合就實現(xiàn)對如此復雜系統(tǒng)的可靠控制，因此在實際控制系統(tǒng)中，采用了三層控制方式。如圖3所示。此3層分別為： 圖3：系統(tǒng)總體控制方式圖其中：模糊解耦控制層： 對各個被控變量實施模糊控制并通過解耦器和調節(jié)控制器控制被控系統(tǒng)執(zhí)行機構；解耦系數(shù)控制層：根據(jù)系統(tǒng)工況辨識和專家知識庫，調整模糊耦合器的耦合系數(shù)；系統(tǒng)優(yōu)化控制層：根據(jù)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)控制性能分析評估，計算出對應于當前系統(tǒng)的最佳控制定值。具體實時方法為：a) 利用圖形化模糊控制專用軟件組成全面的模糊控制系統(tǒng)：現(xiàn)代模糊控制理論是將人類控制經驗和思維方式數(shù)學化，并予以實施的控制手段。它控制靈活，對于復雜的系統(tǒng)控制具有特殊的優(yōu)越性。但是由于其理論上的難度和知識庫、推理機編寫的復雜，給系統(tǒng)的設計、調試和維護帶來許多不便。為此本系統(tǒng)采用MECS控制軟件包，將模糊控制方法簡化為圖形化組態(tài)，使其簡單、直觀、形象，將復雜的知識庫和推理機過程圖形化表達，在線直接組成控制組態(tài)。使復雜的模糊控制系統(tǒng)的設計、組態(tài)、調試簡單易行。很好地實現(xiàn)對各種工況的判別和優(yōu)化控制；圖4：模糊控制器的基本結構b) 全方位的變參量解耦控制：通過對制粉系統(tǒng)風門開度和給煤量的調節(jié)，實現(xiàn)對制粉系統(tǒng)風量、風溫、磨煤機負荷的全工況控制。與傳統(tǒng)調節(jié)不同，本系統(tǒng)采用解耦方式完成給煤量、風量、風溫調節(jié)，并根據(jù)制粉系統(tǒng)現(xiàn)實工況調整耦合系數(shù)，保證了在所有工況下系統(tǒng)制粉均勻和風溫平穩(wěn)。圖5：磨煤機給煤量控制原理圖c) 給煤量預估控制：由于各個火電廠所用燃煤煤質波動較大，制粉系統(tǒng)的實時制粉能力起伏較大，影響系統(tǒng)控制穩(wěn)定性。利用預估控制器，給出被控執(zhí)行機構的預估輸出值，模糊調節(jié)器在此基礎上細致調節(jié)。而系統(tǒng)狀態(tài)分析器則根據(jù)實時運行數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)分析計算而得到解耦器的各個調節(jié)回路的當前耦合系數(shù)。系統(tǒng)結構見圖5。在此結構中給煤指令由預估控制器、系統(tǒng)狀態(tài)分析器、參數(shù)控制回路共同確定，其算法模型如下： F(x)=f(預估)*f(作用量)*f(負荷、差壓、溫度) 此模型中的函數(shù)都是基于矩陣的函數(shù)式，給煤機指令最終受到預估值、系統(tǒng)狀態(tài)系數(shù)、負荷、差壓、溫度等的綜合控制，它們聯(lián)合決定制粉系統(tǒng)的出力，使制粉系統(tǒng)能夠在最大出力下穩(wěn)定運行而不發(fā)生堵磨事故，當系統(tǒng)運行特性變化后給煤機指令能夠及時得到調整使系統(tǒng)始終維持優(yōu)化運行。d) 磨煤機負荷的模糊判別和計算：磨煤機的各種負荷特征都無法單獨穩(wěn)定表達磨煤機的負荷水平，在控制系統(tǒng)中采用模糊識別技術，擬合出綜合磨煤機負荷量，并將磨煤機最大磨電流對應負荷定義為50%，通過磨煤機電流負荷、噪聲負荷和差壓間在線運行過程中的相互校正，克服了單一表征量的非線性和鋼球添加量和煤質的磨負荷測量影響，保證負荷測量的長期穩(wěn)定，準確。e) 采用神經網絡技術增加系統(tǒng)的自學習功能：由于系統(tǒng)存在時變性，因此控制系統(tǒng)需要對控制參量進行在線整定，因此我們將制粉系統(tǒng)與其控制系統(tǒng)，整體看作隨這些控制參量變化的系統(tǒng)。逐步在確定的范圍改變這些參量，并以系統(tǒng)的穩(wěn)定性、長期制粉效率、和偏差大小為標準，采用再激勵學習控制機制對這樣的變化進行取舍，使系統(tǒng)不斷優(yōu)化。f) 系統(tǒng)模糊協(xié)調控制： 中儲式球磨機制粉系統(tǒng)是一個極其復雜的多變量輸入輸出系統(tǒng)，運行中需要維護磨入口風壓、磨出口溫度、磨出入口差壓、磨負荷等參量的穩(wěn)定，需要多個風門和給煤量配合完成。因機組負荷和煤質的不同，系統(tǒng)運行狀態(tài)可分為多種特征工況，不同特征工況對應不同的特征調節(jié)方式，利用模糊邏輯，分析實際系統(tǒng)相對各種調整工況的所屬關系，綜合出實際的調節(jié)方式，可使系統(tǒng)在任何工況下實現(xiàn)平穩(wěn)控制。另一方面，制粉系統(tǒng)的任意執(zhí)行機構的變化，幾乎影響所有被控參量，這就需要計算每個被控參量對個執(zhí)行機構的耦合參數(shù)，在控制中各執(zhí)行機構的諧調動作，保證調節(jié)某一參量時，對其他參量影響最小。制粉系統(tǒng)智能專家控制系統(tǒng)具備以上控制功能，通過在線系統(tǒng)工況分析和耦合系數(shù)計算，可實現(xiàn)穩(wěn)定的多變量輸入輸出系統(tǒng)控制。g) 系統(tǒng)優(yōu)化控制：中儲式制粉系統(tǒng)為多變量控制系統(tǒng)，風量、風溫受鍋爐負荷和環(huán)境的影響，煤質、鋼球量也經常改變，所以該系統(tǒng)是一工況變化系統(tǒng)。對于不同工況，系統(tǒng)的控制目標不盡相同，要根據(jù)不同的工況對系統(tǒng)最佳控制目標進行分析計算。其最佳控制標準為：系統(tǒng)參量控制穩(wěn)定，溫度、風壓在正常范圍、制粉出力最大，制粉系統(tǒng)壓力冷風風量較小，制粉粒度滿足要求。h) 嵌入DCS系統(tǒng)的嵌入式結構：為了解決既方便組態(tài)調試及方案的修改，又在這些修改的過程中不能影響機組的安全運行，同時又能有很高的可靠性以降低現(xiàn)場維護人員工作量，結合制粉系統(tǒng)是一個慢速系統(tǒng)的特性，我們利用DCS系統(tǒng)的硬件件可靠性高和開放性的特點，確定控制指令的輸入輸出執(zhí)行由DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，而設置一臺控制站（一臺通用計算機）通過與DCS系統(tǒng)通訊取得制粉系統(tǒng)各個參數(shù)，在控制站內完成計算后再將控制指令通過通訊返回給DCS系統(tǒng)執(zhí)行。這樣的系統(tǒng)結構帶來如下好處：1）不占用DCS系統(tǒng)運算資源，由于算法都是在控制站內完成后送給DCS系統(tǒng)的，DCS系統(tǒng)內不需作任何運算，對DCS系統(tǒng)來說很安全；2）操作界面統(tǒng)一，因控制站只完成控制運算，最終的輸入輸出還是由DCS實現(xiàn)，操作也是設置在DCS系統(tǒng)的操作員站上，這樣可以保持操作風格的統(tǒng)一；3）現(xiàn)場維護工作量很小，由于增加的硬件只有兩個噪聲探頭和一臺控制站，硬件數(shù)量少同時又是通用的設備，可靠性高幾乎不需要維護；4）修改控制組態(tài)算法方便，由于此控制站獨立于DCS系統(tǒng)存在，所以在修改算法及參數(shù)時不會影響其它設備的正常運行，同時可以隨時在控制站內增加新的算法功能；5）便于實現(xiàn)高級功能，現(xiàn)代的控制技術發(fā)展日新月異，而DCS系統(tǒng)提供的算法都是一些經典的算法模塊，用于實現(xiàn)智能尋優(yōu)、神經網絡、模糊控制等新的控制算法時非常困難甚至做不到，即使實現(xiàn)了也非常復雜占用系統(tǒng)資源嚴重，而使用此結構則可以隨心所欲的增加各種控制算法，系統(tǒng)資源占用不會有明顯變化。4 改造后系統(tǒng)的技術特點a) 實施全工況優(yōu)化控制方案，在任何工況下均可實現(xiàn)自動控制。根據(jù)系統(tǒng)運行工況，實現(xiàn)該工況下的最優(yōu)控制。利用系統(tǒng)自學習功能，監(jiān)視系統(tǒng)特性的變化，保證在系統(tǒng)因煤質、鋼球量、磨煤機本體發(fā)生變化時，保持對系統(tǒng)最優(yōu)的控制品質，自動投入率達100。b) 節(jié)能效果顯著：由于該系統(tǒng)可使球磨機長期穩(wěn)定地運行在最佳工況和最佳煤負荷狀態(tài)，因此明顯降低了制粉耗電量。依據(jù)原有操作水平和球磨機類型，制粉效率可提高1030，節(jié)電10%以上。c) 通過對制粉系統(tǒng)風門開度和給煤量的調節(jié)，實現(xiàn)對制粉系統(tǒng)風量、風溫、磨煤機負荷的全工況控制。與傳統(tǒng)給煤量調節(jié)不同，本系統(tǒng)的給煤量調節(jié)參與對磨煤機風量、風溫的控制，保證了系統(tǒng)制粉的均勻性和風溫的平穩(wěn)。d) 制粉系統(tǒng)風壓、風溫、風量控制平穩(wěn)，提高制粉粒度的均勻度，有助于改善鍋爐燃燒，減少鍋爐管道磨損。e) 徹底杜絕空磨運行和跑粉等事故發(fā)生，減少球磨機的磨損。f) 采用MECS組態(tài)編輯器組態(tài)系統(tǒng)控制。組態(tài)編輯器利用圖形組態(tài)方式，進行在線組態(tài)，將運行人員對系統(tǒng)的控制經驗轉化為控制組態(tài)圖。在線調試過程中，控制過程的各個參量，實時顯示在組態(tài)圖上，便于系統(tǒng)調試。g) 通過磨煤機電流負荷（以磨煤機電流為基礎計算出的負荷值）和磨煤機噪聲負荷（以磨煤機噪聲傳感器提供的負荷值）的相互修正，給出實時負荷值，消除了磨煤機噪聲負荷的漂移、誤差和負荷飽和等問題，可使磨煤機的負荷計算保持長期穩(wěn)定、準確，免維護。h) 具有遠程維護功能，在制粉系統(tǒng)本體改造使制粉系統(tǒng)工作規(guī)程和性能發(fā)生較大變化時，提供及時遠方控制方案修訂，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定，和節(jié)能效率。i) 人機界面友好，畫面直觀、生動，功能齊全，具有手動操作、定值設定、實時數(shù)據(jù)圖表和曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、報警數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)報表打印等多種功能，便于操作和管理。5 項目實施過程總結a) 我廠的六臺135MW機組配置有十二臺中儲式制粉系統(tǒng)，對制粉系統(tǒng)運行效率的提高各相關部門都很重視，運行效率已經比較高，全年的制粉單耗平均都已經控制在23kWh/t左右，但始終是人工手動調節(jié)，我們認為系統(tǒng)運行效率還是有潛力可挖的。隨著我廠DCS改造的逐步完成，機組的自動化水平也有了很大的提高，但制粉系統(tǒng)始終沒能投入自動運行，運行人員的勞動強度下降也不理想。b) 2004年，我們通過調查研究，收集資料，認為實現(xiàn)制粉系統(tǒng)的自動控制和優(yōu)化控制是可行的，決定進行這一控制的開發(fā)研究，成立了攻關小組，準備在2005年實現(xiàn)5號機組的制粉系