目前，我國(guó)存在著大量的工業(yè)鍋爐，這些鍋爐在使用中普遍存在著效率偏低的問題，主要原因在于：①煤種多變，使得運(yùn)行工況經(jīng)常偏離最佳工況；②自動(dòng)調(diào)節(jié)水平低，基本上是手動(dòng)，不能隨著外界負(fù)荷的變化及時(shí)地調(diào)整鍋爐的出力，影響鍋爐的效率。
針對(duì)以上情況，我們研究了一套適合于中小煤粉爐使用的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了可對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及燃燒控制外，還采用了最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略，維持鍋爐在最佳工況工作。實(shí)現(xiàn)了多冗余、多策略控制，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。整體控制系統(tǒng)采用常規(guī)控制與智能控制并存方案。在鍋爐負(fù)荷主控制回路中，采用Fuzzy-P I雙�？刂破�，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
運(yùn)行表明，本系統(tǒng)在保證滿足外界負(fù)荷的同時(shí)，可節(jié)煤近4%。
1、130t/h煤粉爐簡(jiǎn)介
型號(hào)為B& Bw -130/3.82-M，自然循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐，設(shè)計(jì)效率為91.7%，運(yùn)行比較穩(wěn)定。原有一臺(tái)給水調(diào)整器水M M表），一臺(tái)蒸汽溫度調(diào)整器qD Z-III型調(diào)節(jié)器），兩臺(tái)熱工保護(hù)裝置（滅火保護(hù)及送引風(fēng)給粉磨煤聯(lián)鎖裝置）。給水調(diào)整器采用三沖量控制算法，蒸汽溫度調(diào)整器采用串級(jí)PID控制算法，控制效果尚可。所以我們利用原有模擬
調(diào)節(jié)儀表與新加的燃燒控制來構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
2、監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備配置及功能
2.1中央控制機(jī)
In 1586工業(yè)控制機(jī)一臺(tái)（主頻166M H z，內(nèi)存32M B，硬盤1.2G B，9cm (3.5u)軟驅(qū)，53cm 彩色CRT），附屬設(shè)備還有一臺(tái)觸摸屏（美國(guó)MicroTouch公司產(chǎn)品），一臺(tái)EPSO N 1600打印機(jī)。作為整個(gè)系統(tǒng)的中心，具有以下功能：
1)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高級(jí)控制策略，包括用模糊控制的方法調(diào)節(jié)鍋爐出口汽壓，以
及送風(fēng)量、爐膛負(fù)壓和一次風(fēng)壓的常規(guī)控制；實(shí)現(xiàn)最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略； 2)采集各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)，向周邊設(shè)備輸出控制信號(hào)；
3)具有良好的人機(jī)界面，包括各種漂亮實(shí)用的畫面（系統(tǒng)圖、流程圖、報(bào)警畫面、
實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)圖、棒圖、報(bào)表等等）；
4)定時(shí)自動(dòng)打印，并接受運(yùn)行人員的指令；
5)可與上級(jí)微機(jī)通過M odem進(jìn)行通訊。
2.2周邊設(shè)備
主要包括有1 0臺(tái)IPM PLC（可編程控制器）、數(shù)采板三塊0）C L-81 3B，32路全隔離A/D板）、PC L-725繼電器板一塊、PC L-727 12路D/A板兩塊、PC L-747通訊板一塊、傳感器組、變送器組等，主要實(shí)現(xiàn)功能如下。
1) PLC實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)采集和常規(guī)控制策略。采集的信號(hào)包括主汽壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量、一次風(fēng)壓、給粉機(jī)轉(zhuǎn)速等需控制的量；控制功能有：8臺(tái)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制、總送風(fēng)門控制、4個(gè)二次風(fēng)門的控制、兩個(gè)引風(fēng)導(dǎo)葉的控制。這些控制功能只有在中央控制機(jī)故障時(shí)才投入。
2)3塊數(shù)采板完成全部的數(shù)據(jù)采集任務(wù)；兩塊D/A板完成控制量輸出任務(wù)；繼電器板完成開關(guān)量的采集任務(wù)；
3)傳感器組感測(cè)溫度、壓力、壓差、流量、煙氣含氧量，并通過變送器組轉(zhuǎn)化為4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，傳送至數(shù)采板與PLC。
4)配電器組負(fù)責(zé)將部分原有測(cè)點(diǎn)信號(hào)引入中央控制機(jī)。
2.3監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
3、系統(tǒng)控制策略
本系統(tǒng)冗余部分由中央控制機(jī)、多個(gè)PLC、原操作系統(tǒng)組成。由低到高，可分為4種控制策略。
鍋爐原有操作系統(tǒng)：此時(shí)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)不投入，數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可選擇投入。所有操作均在原操作臺(tái)上完成。
控制系統(tǒng)下位機(jī)手動(dòng)運(yùn)行方式：此時(shí)各給粉機(jī)轉(zhuǎn)速、引風(fēng)導(dǎo)葉、送風(fēng)總門、二次風(fēng)門均可在控制室的CRT上進(jìn)行手動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)，PLC處于開環(huán)運(yùn)行方式。
控制系統(tǒng)下位機(jī)投入自動(dòng)方式：此時(shí)所有PLC投入閉環(huán)運(yùn)行，通過采用常規(guī)控制或易于實(shí)現(xiàn)的智能控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速、引風(fēng)導(dǎo)葉、送風(fēng)總門、二次風(fēng)門的控制。
自動(dòng)控制系統(tǒng)全面投入的運(yùn)行方式：中央控制機(jī)投入閉環(huán)運(yùn)行方式，高級(jí)控制策略投入使用，整個(gè)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，保持系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況。
該多冗余、多策略控制系統(tǒng)既具有較高的性能價(jià)格比，又具有很高的可靠性。在中央控制機(jī)故障停機(jī)時(shí)，可以恢復(fù)原有操作系統(tǒng)，切入PLC手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行方式。在PLC故障停機(jī)時(shí)，可以把中央控制機(jī)輸出的控制信號(hào)直接切換到伺服機(jī)構(gòu)上，由中央控制機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)模糊控制與常規(guī)控制。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，本系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制品質(zhì)，完全可以滿足對(duì)鍋爐穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。
4、控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法
采用常規(guī)控制與智能控制并存設(shè)計(jì)方案。具體可分為4個(gè)控制回路：鍋爐負(fù)荷控制，一次風(fēng)壓控制，送風(fēng)控制和引風(fēng)控制。整體的控制系統(tǒng)如圖2所示。
4.1 最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略
最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)是指在運(yùn)行過程中，根據(jù)運(yùn)行人員的操作數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析整理，學(xué)習(xí)各種常見工況下鍋爐效率最高對(duì)應(yīng)的風(fēng)煤比。這樣在動(dòng)態(tài)過程中，利用以前學(xué)習(xí)得到的較好的風(fēng)煤比來確定送風(fēng)量。另外，這個(gè)學(xué)習(xí)過程是不斷地在線進(jìn)行的。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，再利用自尋優(yōu)策略進(jìn)行微調(diào)。
風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略，是通過對(duì)送風(fēng)攝動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)來判別當(dāng)前的風(fēng)煤比是否合適，搜索最佳風(fēng)煤比。具體說來，就是在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，施加送風(fēng)攝動(dòng)信號(hào)，若爐膛煙溫升高，說明新的風(fēng)煤比比原來的好；否則再施加反向的攝動(dòng)信號(hào)；若兩個(gè)方向都沒有取得更好的指標(biāo)，則說明當(dāng)前的風(fēng)煤比是最佳的。該策略對(duì)負(fù)荷及煤種等條件的變化具有自適應(yīng)性。
4.2負(fù)荷控制器
在鍋爐負(fù)荷主控制回路中，采用Fuzzy-P I雙模控制器，主要考慮：
1)模糊控制具有模糊邏輯的“概念”抽象能力和強(qiáng)大的非線性處理能力，且對(duì)過程參數(shù)的變化不敏感，不需對(duì)控制對(duì)象的物理過程深入了解就可以取得比較滿意的控制效果。由模糊控制特有的優(yōu)點(diǎn)自然聯(lián)想到利用人的經(jīng)驗(yàn)，用模糊控制的方法對(duì)主回路進(jìn)行控制，對(duì)鍋爐負(fù)荷進(jìn)行粗調(diào)。
2)基本模糊控制器固有的缺點(diǎn)是，在系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)點(diǎn)時(shí)，由于輸入量在模糊集合上的投影就已經(jīng)為零，控制器不再發(fā)生作用。系統(tǒng)在此區(qū)域的動(dòng)態(tài)特性完全依賴于系統(tǒng)自身的動(dòng)態(tài)特性，使得調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞，集中表現(xiàn)為在穩(wěn)態(tài)點(diǎn)附近發(fā)生小幅度振蕩。而此時(shí)系統(tǒng)已接近穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)特性也接近線性，已適于常規(guī)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。又因負(fù)荷控制是一個(gè)慢過程，因此在穩(wěn)定點(diǎn)附近選用Pl調(diào)節(jié)器進(jìn)行微調(diào)。
3)模糊控制在中央控制機(jī)中實(shí)現(xiàn)，PI控制在PLC中實(shí)現(xiàn)，這種雙模控制器可以保證在中央控制機(jī)不投入控制的情況下，也能對(duì)鍋爐進(jìn)行基本控制，便于實(shí)現(xiàn)冗余功能。
本控制器輸入信號(hào)為鍋爐出口汽壓與給定值偏差及其變化率，包含基本模糊控制器模塊和Pl調(diào)節(jié)器模塊，由一個(gè)選通開關(guān)控制。結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。
圖中EK，CEK，UK分別是誤差e，誤差變化率垂和控制量u的量化因子。u是煤量。而煤量控制器是一簡(jiǎn)單的比例控制器。
4.3一次風(fēng)壓控制器
由于鍋爐爐膛燃燒區(qū)各處的燃燒情況各不相同，總風(fēng)煤比最佳并不能保證爐膛燃燒區(qū)各處的布風(fēng)合理。如何在采用最佳風(fēng)煤比的同時(shí)，合理分配各段風(fēng)量（_、二次風(fēng)的比例，一、二次風(fēng)在各個(gè)角的分配），對(duì)實(shí)現(xiàn)鍋爐高效燃燒有著重要的意義。一次風(fēng)壓控制器有兩個(gè)任務(wù)，即保證一次風(fēng)箱風(fēng)壓在一定范圍內(nèi)（該范圍與鍋爐負(fù)荷成線性關(guān)系），并保證燃燒區(qū)4個(gè)角二次風(fēng)量均勻。
4.4送風(fēng)控制器
要維持鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒，提高鍋爐的效率，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤�，即采用最佳風(fēng)煤比。在送風(fēng)量的控制中，最佳風(fēng)煤比p根據(jù)鍋爐熱負(fù)荷的變化情況利用最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略給出，送風(fēng)控制器采用簡(jiǎn)單的P l調(diào)節(jié)器控制送風(fēng)閥的開度。
4.5負(fù)壓控制器
由于引風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它的時(shí)間常數(shù)較小，采用Pl調(diào)節(jié)器控制爐膛負(fù)壓就可以很好地把爐膛負(fù)壓控制在要求范圍內(nèi)。
5、軟件編寫
為了使用戶在不需要編寫代碼程序的基礎(chǔ)上就可以生成所需要的應(yīng)用軟件，我們提供了一個(gè)功能很強(qiáng)的組態(tài)軟件。組態(tài)軟件和運(yùn)行軟件兩部分之間用組態(tài)數(shù)據(jù)文件傳遞組態(tài)信息。組態(tài)功能主要包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)生成（記錄編輯、記錄打印、記錄轉(zhuǎn)換、記錄連接），歷史數(shù)據(jù)庫(kù)生成（歷史記錄的編輯、歷史庫(kù)與實(shí)時(shí)點(diǎn)連接功能），圖形生成G充程畫面底圖編輯、動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)的編輯、動(dòng)態(tài)點(diǎn)與實(shí)時(shí)點(diǎn)或歷史點(diǎn)的連接、趨勢(shì)曲線配置、棒圖配置），報(bào)表生成（底表的編輯、數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)記錄值生成、連接），連續(xù)調(diào)節(jié)功能（回路生成、回路與點(diǎn)記錄連接）。
6、結(jié)束語
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，本系統(tǒng)在鍋爐負(fù)荷、一次風(fēng)壓、送風(fēng)和引風(fēng)4個(gè)控制回路及原有的給水、汽溫控制回路協(xié)同作用下，明顯改善了鍋爐的燃燒條件，汽壓的波動(dòng)大為減小可節(jié)煤近4%。提高了鍋爐的整體運(yùn)行效率。本系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行考驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠，大大減少了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
