一、概述

　　 在工業(yè)鍋爐燃燒過程中，各項技術(shù)指標(biāo)都要求限定在一定范圍內(nèi)。為了確保燃燒過程的穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟運行，設(shè)計采用先進的變頻調(diào)速技術(shù)與計算機應(yīng)用技術(shù)，鍋爐燃燒過程計算機自動控制裝置。該裝置通過檢測水汽壓力、溫度，爐膛負(fù)壓等運行物理量，通過計算機及變頻器控制鼓、引風(fēng)機和爐排轉(zhuǎn)速，改變鼓、引風(fēng)量和給煤量，使?fàn)t膛負(fù)壓、汽包水位及溫度控制在預(yù)定范圍內(nèi)，保證鍋爐燃燒在最佳工況和最節(jié)能條件下運行。

　　 本裝置最突出的特點是解決了鍋爐熱負(fù)荷和出力之間存在著不能及時匹配的問題，即蒸汽需要量和供汽量之間不能很好地配合，供汽量或小或大，不能滿足熱需要量的隨時變化，供汽質(zhì)量較差。目前這個問題主要是依靠人工經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)，而人工控制基本上始終是供汽量偏大，存在著熱量的較大浪費。采用計算機應(yīng)用技術(shù)、專家智能系統(tǒng)以及熱工數(shù)學(xué)偏微分?jǐn)?shù)模轉(zhuǎn)換計算相結(jié)合，成功地解決了最難以解決的供汽量滯后于爐膛溫度變化的傳統(tǒng)難題。該裝置可實時調(diào)節(jié)供汽量，實現(xiàn)了精確供汽。

　　二 控制設(shè)想

　　 蒸汽鍋爐燃燒系統(tǒng)變頻調(diào)速計算機自動控制裝置將變頻調(diào)速技術(shù)、計算機和智能控制技術(shù)相結(jié)合，完成工業(yè)鍋爐對給水、給煤、送風(fēng)、引風(fēng)等參數(shù)的自動控制，使鍋爐汽包水位，蒸汽壓力，蒸汽流量，風(fēng)煤配比在專家系統(tǒng)控制下，實現(xiàn)燃燒工況自尋優(yōu)控制，保持鍋爐的最佳運行狀態(tài)。實現(xiàn)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運行和達到節(jié)能降耗的目的。

　　 鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多變量耦合系統(tǒng)。輸入量有：給煤量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量；輸出量有：蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓。燃料是熱量的唯一來源，給煤量的變化直接影響鍋爐提供的蒸汽量，也影響汽包壓力的變化，是燃燒系統(tǒng)的主控制量。鼓風(fēng)量的變化產(chǎn)生不同的風(fēng)煤比和相應(yīng)的燃燒狀況，表現(xiàn)出不同的爐膛溫度，并決定爐膛損失的大小，直接決定著鍋爐能否經(jīng)濟運行。在送風(fēng)量改變的同進也改變引風(fēng)量，使?fàn)t膛負(fù)壓保持穩(wěn)定，保證鍋爐安全運行。這三個控制子回路組成了一個不可分割的整體，統(tǒng)稱為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，共同保證鍋爐運行的機動性、經(jīng)濟性和安全性。

　　 針對鍋爐的燃燒過程是個復(fù)雜的物理過程，各輸入，輸出的耦合關(guān)系十分復(fù)雜；鍋爐系統(tǒng)具有大的延時，并且參數(shù)是在實時時變化，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型；鍋爐的負(fù)荷變化范圍從零到最大負(fù)荷量，并且是不定時變負(fù)荷。常規(guī)PID是難以實現(xiàn)控制的。解決這些問題的方法是采用比PID更為有效的智能控制技術(shù)－模糊控制方法。

　　 該控制系統(tǒng)將人工智能引入控制方案，主汽壓控制采用模糊控制的思想，以克服汽壓被控對象時變、大延時的特性，以燃料量維持汽包壓力恒定的主汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)；為了保證鍋爐的經(jīng)濟燃燒，送風(fēng)量的控制采用自尋優(yōu)控制，以送風(fēng)量維持經(jīng)濟燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；爐膛負(fù)壓的控制采用PID控制，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

　　 主汽壓基本模糊控制缺乏對具有較大純時間滯后對象的控制能力，因此，在模糊控制系統(tǒng)中此入SMITH預(yù)估控制，以提高模糊控制器對趴有純時間滯后對象的控制能力。常用的模糊控制器環(huán)節(jié)有比例輸出和積分輸出兩種形式，前者階躍響應(yīng)快，但為有差控制，后者可接近無差控制，但響應(yīng)慢，且超調(diào)較大。本系統(tǒng)采用二者相結(jié)合的比例積分輸出結(jié)構(gòu)，具有超調(diào)小、暫態(tài)時間短的優(yōu)點。

　　 模糊控制算法具有階躍響應(yīng)速度快、精確度較高、對參數(shù)變化不敏感以及整定更為容易等特點，充分體現(xiàn)了智能控制方法對于被對象的良好適應(yīng)性。將SMITH預(yù)估引入模糊控制 器，提高了控制系統(tǒng)對具有純時間滯后對象的控制能力，模糊SMITH控制無論從控制的快速性還是對參數(shù)變化的適應(yīng)性常規(guī)SMITH控制優(yōu)越的多。

　　 影響鍋爐燃燒系統(tǒng)的工況參數(shù)很多，又存在純時滯，很難建立起準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，因此，采用理論上屬于自適應(yīng)控制范疇，但又不需要建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的自尋優(yōu)控制。目前鍋爐燃燒采用靜態(tài)搜索法進行分析，由于靜態(tài)尋優(yōu)沒有考慮鍋爐的動態(tài)特性，致使搜索時間較長，易產(chǎn)生振蕩，因此采用動態(tài)尋優(yōu)算法。

　　 最優(yōu)控制方法有兩種基本實現(xiàn)方式，一種是直接在對象上尋優(yōu)狀態(tài)，另一種是在建立好的數(shù)學(xué)模型上進行搜索。工業(yè)鍋爐燃燒系統(tǒng)變頻調(diào)速計算機自動控制裝置采用前者，它的優(yōu)點所在是不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型（對鍋爐燃燒系統(tǒng)控制而言，建立精確的數(shù)學(xué)極為困難的）。最優(yōu)化實現(xiàn)如何使系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地穩(wěn)定在最佳工作點附近，它必然涉及到尋優(yōu)參量的選擇及算法優(yōu)化的問題。

　　三 結(jié)束語

　　 隨著可編程控制器超大型的出現(xiàn)和高速計算元件的發(fā)展以及智能控制器的應(yīng)用，鍋爐控制系統(tǒng)將實現(xiàn)完全無人職守自動控制。