赵斌,齐辉 徐州发电厂,江苏徐州221166
徐州电厂4台国产200 MW燃煤机组,是带中间储仓球磨机制粉系统,自投产以来一直采用手动操作。运行人员劳动强度大,并且常常受到系统正压、跑粉、满罐的威胁。当煤种、煤质、钢球量、风量变化时,因操作不及时影响机组的经济性。为此,5号炉增装了华北电力大学研制的球磨机模糊控制系统正式投入运行。2年来,该系统运行稳定、控制可靠。通过控制磨煤机的最佳出力,维持球磨机的出入口差压,保证了球磨机出口温度,避免了跑粉、满罐现象的发生,以及制粉系统的堵管、煤粉爆燃等情况。
1 模糊控制系统的功能 球磨机模糊控制系统,由硬件、软件两部分组成。硬件是以工业控制机为核心的一整套控制系统。软件由监控程序、中断服务程序和实时程序3部分组成。 1.1模糊控制系统的功能 (1)数据采集、存储、管理功能。 (2)控制系统监控包括总的概貌、系统流程、控制器棒图、实时曲线、历史曲线等图形界面。 (3)自动控制投入时,通过模糊控制算法,输出相应的控制量,使球磨机安全运行,保持最佳出力。 (4)窗口报警和非窗口报警两种方式。 (5)手动/自动的无扰切换。
(6)屏幕拷贝功能,可打印控制系统中的任何显示界面及曲线。
1.2模糊控制的特点
1)模糊控制算法能实时地修正控制规则,使球磨机运行在最佳经济负荷状态。
2)人机界面友好,便于操作和管理。实时显示磨煤机负荷、出入口差压、入口负压、出口温度等参数,趋势变化可用来指导手动操作。
3)磨煤机负荷采用拾音式负荷变送器,测量磨内存煤量,准确、灵敏、线性好。
4)系统具有预测功能,能有效地防止球磨机满罐、跑粉等不安全情况。
5)具有参数越限报警及“满煤”、“断煤”报警窗口画面功能,及时提醒运行人员。
6)可追忆24 h各种参数的历史趋势。报警记录画面可追忆24 h内越限参数。
7)CRT触摸屏,操作直观、简便。 2 实时模糊控制原理 模糊控制系统的设计是根据球磨机运行的特征和要求,确保磨的入口负压和出口温度在正常范围内,使其出力达到最大值。
2.1多变量模糊解耦控制 球磨机制粉系统“三输入三输出”耦合程度较强,如图1所示。采用多变量控制策略,考虑到可忽略给煤量对负压的影响,有时需用给煤量来抑制出口温度调节的大迟延,负压回路控制周期很快等。在调试时,根据实际工况、用经验法和试验法,适当调整解耦系数。这样,三变量过程就近似简化为独立的单入、单出过程,可以采用单变量模糊控制了。
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2.2自组织分级模糊控制 当球磨机存煤量在正常范围内时,控制系统采用自组织分级模糊控制。要获得良好的控制效果,必须满足如下的控制规则:U=Uo+ΔU ΔU=[αE+(1-α)EC] 式中U、Uo—模糊控制器的瞬态输出与稳态输出;α—修正因子。 改变α很容易实现不同状态下过程响应对误差E和误差变化EC的加权程序,恰好反映了手操时的特点。模糊控制器原理框图如图2。
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模糊化和精确化两个过程直接影响被控过程动态性能的优劣,主要反映在量化因子Ke、Kec和比例因子Ku的选取上。量化因子Ke、Kec通过调整语言变量的取值来改变控制的输出,通常误差E(或误差变化EC)的语言值越大,相应控制器的输出(控制量变化)所取的语言值也越大。增大Ke、Kec可加快系统的响应速率,减小稳态误差与误差的变化,但可能引起系统超调。比例因子Ku越大,系统上升速率越快。Ku取得较小时,系统的稳态误差较大。通常对3个因子的在线修改,相当于增加了查询表的级数,也就间接地修改了控制规则。 在正常运行中,磨入口负压受下煤量和风量的影响波动较频繁,因此分级控制应首先控制合适的负压。其次,再控制出口温度在给定的范围内。最后,在正常的负压和温度情况下,调节给煤量使磨煤机内存煤量达最佳,从而使磨出力为最大。 3 模糊控制系统的构成 球磨机模糊控制系统采用单台工业控制机对1台机组的所有钢球磨同时进行实时控制,系统构成如图3所示。机柜内是以工控机为核心的计算控制系统,具有数据采集、实时控制、显示操作、报警、管理等功能,还具备工程师站的调试、维护、参数整定等功能。控制台CRT触摸屏和专用键盘,用于监控画面的选择,运行参数的监视与操作。改造中保留了常规仪表,以便运行人员进行参考比较。常规调节球磨机系统的负荷是以出入口差压来表征的。球磨机负荷的变化响应惰性大,迟延长,灵敏度低,且易受风量变化干扰。华北电力大学电科所研制的拾音式负荷变送器,有效地测量球磨机负荷,具有线性好,整定简单,运行稳定、可靠性好等特点。
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4模糊控制系统的投运 球磨机模糊控制系统的正式投运,结束了徐州电厂中储式球磨机制粉系统长期以来手操的历史。该系统投运后,磨入口负压、出入口差压、磨负荷、出口温度各参数运行稳定、可靠,调节品质达到设计要求。模糊控制系统投运后,球磨机电耗一般<14 kW·h/t,电耗率<0.77%。而未投模糊控制的球磨机电耗>15 kW·h/t,电耗率>0.82%。可见球磨机模糊控制节能效果明显,具有良好的应用前景,为使球磨机模糊控制系统更加完善,提出如下建议: 1)将球磨机启动、停止过程中的“倒风”、“暖磨”、“抽粉”、开关风门等顺序控制也纳入工控机程序控制,提高自动水平。
2)为提高通用性,实现与DCS的接口,应将球磨机模糊控制系统作为子系统或软件包纳入DCS系统。
3)应考虑与DDZ-Ⅱ执行机构配套时,磁放的“保位”功能。
参考文献 [1]李遵基,蔡军.中间储仓式制粉系统球磨机模糊控制理论与实践.中国电力,1996(10) [2]李天铎等.钢球、滚筒式磨煤机制粉系统的数学模 型和动态仿真.动力工程,1985(4) [3]李友善.模糊控制理论及其在过程控制中的应用.国防工业出版社,1993
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