本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及流化床鍋爐系統(tǒng)的控制與燃燒優(yōu)化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

流化床鍋爐作為一種潔凈的煤燃燒技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，按工藝流程流化床鍋爐主要分為汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)，其中燃燒系統(tǒng)其具有多變量、強(qiáng)耦合和參數(shù)時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)特性，使得其控制工作比較困難，主要表現(xiàn)在床溫與主汽壓力的控制，以及送風(fēng)量與引風(fēng)量之間的控制。

目前國(guó)內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)主要采用的是單回路控制系統(tǒng)，通過(guò)控制一次風(fēng)和二次風(fēng)比例控制料床溫度，用這種方法調(diào)節(jié)床溫時(shí)，可調(diào)范圍有限，當(dāng)床溫大幅度波動(dòng)時(shí)控制效果比較差。而如果采用燃燒率調(diào)節(jié)方式控制床溫，由于其與主蒸汽壓力之間的耦合關(guān)系又會(huì)影響主汽壓力的穩(wěn)定。除上述問(wèn)題外，目前還存在的問(wèn)題為鍋爐效率的利用率、脫硫效率普遍偏低，煤耗電耗偏高，并且排放到空氣中的nox、sox等污染物偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證鍋爐系統(tǒng)連續(xù)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，解決長(zhǎng)期以來(lái)鍋爐系統(tǒng)不易控制難題的流化床鍋爐控制與燃燒優(yōu)化系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)保證流化床鍋爐控制的穩(wěn)定性：采用常規(guī)控制與先進(jìn)控制相結(jié)合的控制策略，實(shí)現(xiàn)鍋爐主蒸汽壓力或流量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、爐膛負(fù)壓、床壓、主蒸汽溫度、汽包水位的自動(dòng)控制；

2)保證變負(fù)荷、變工況下系統(tǒng)穩(wěn)定性：針對(duì)主蒸汽壓力或流量與床溫控制屬于為多變量、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，采用多變量無(wú)模型自適應(yīng)即mimomfa，model-freeadaptive控制；

3)確保系統(tǒng)運(yùn)行在最佳燃燒區(qū)：采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測(cè)量技術(shù)在線計(jì)算鍋爐效率、nox以及sox的預(yù)測(cè)值，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，通過(guò)目標(biāo)自尋優(yōu)算法，對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化；

4)在分布式控制系統(tǒng)監(jiān)控層上增加先進(jìn)控制與優(yōu)化站，實(shí)現(xiàn)鍋爐效率在線計(jì)算、先進(jìn)控制算法、燃燒優(yōu)化算法、以及流化床鍋爐控制與燃燒優(yōu)化過(guò)程故障診斷。

所述的主蒸汽壓力或流量控制過(guò)程中，采用床溫串級(jí)加前饋控制，外環(huán)為主汽壓力控制，內(nèi)環(huán)為床溫控制方式，床溫增加則減小燃料量，床溫降低則增大燃料量，在控制策略中設(shè)置了調(diào)溫的“死區(qū)”，即床溫在該死區(qū)域內(nèi)時(shí)不改變?nèi)剂狭浚捎跈C(jī)組的負(fù)荷變化會(huì)直接體現(xiàn)在主蒸汽流量的變化上，所以在控制策略中把經(jīng)過(guò)函數(shù)運(yùn)算后的鍋爐主汽流量信號(hào)直接加到控制輸出上，通過(guò)前饋形式提高主汽壓力系統(tǒng)的響應(yīng)速度，控制輸出通過(guò)條件切換狀態(tài)選擇mfa算法輸出或者常規(guī)控制輸出，其中切換條件為該回路在常規(guī)自動(dòng)，并且操作人員選擇投入先進(jìn)控制；

所述的一次風(fēng)控制過(guò)程中，采用總風(fēng)量控制指令、床溫修正信號(hào)相互疊加，并結(jié)合煤質(zhì)修正參數(shù)共同確定一次風(fēng)量設(shè)定值，在確保大于最小風(fēng)量的情況下得到一次風(fēng)量設(shè)定值，再通過(guò)一次風(fēng)量設(shè)定值與過(guò)程值經(jīng)過(guò)單回路控制得到一次風(fēng)指令，控制輸出通過(guò)條件切換狀態(tài)選擇先進(jìn)控制輸出或者常規(guī)控制輸出，其中切換條件為該回路在常規(guī)自動(dòng)，并且操作人員選擇投入先進(jìn)控制；

所述的二次風(fēng)量控制過(guò)程中，根據(jù)主汽流量得到不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的最佳風(fēng)量設(shè)定基礎(chǔ)值，再通過(guò)設(shè)定值偏置與煙氣含氧量修正系數(shù)，最終得到二次風(fēng)量設(shè)定值，通過(guò)二次風(fēng)量過(guò)程值與設(shè)定值的偏差計(jì)算進(jìn)入控制器運(yùn)算，得到二次風(fēng)量指令，由副調(diào)節(jié)器控制一、二次風(fēng)比例，同時(shí)在二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中直接對(duì)燃料量進(jìn)行函數(shù)處理，把函數(shù)處理后的結(jié)果作為前饋信號(hào)加到控制輸出中，完成二次風(fēng)量指令的運(yùn)算；

所述的爐膛負(fù)壓給定值與經(jīng)過(guò)慣性延滯處理后的測(cè)量值一起融入控制器中進(jìn)行偏差運(yùn)算，把其運(yùn)算結(jié)果用于控制引風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，當(dāng)一次風(fēng)量和二次風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，在爐膛壓力控制中直接把總風(fēng)量中的微量變化作為前饋信號(hào)送入控制器中，完成引風(fēng)機(jī)指令的運(yùn)算；

所述的床壓采用單回路控制方式，通過(guò)對(duì)床壓的多個(gè)測(cè)點(diǎn)做平均值計(jì)算，計(jì)算出床壓的平均值作為被控信號(hào)，采用單回路前饋控制器進(jìn)行控制，將給煤速度作為前饋信號(hào)疊加在控制輸出；

所述的主蒸汽溫度控制回路采用帶有前饋的串級(jí)控制方式，前饋量為負(fù)荷、送風(fēng)量，前饋算法作用在外環(huán)控制器的輸出，一級(jí)減溫串級(jí)控制回路的外環(huán)為屏過(guò)出口溫度，內(nèi)環(huán)為一級(jí)減溫水出口溫度；二級(jí)減溫串級(jí)控制回路的外環(huán)為負(fù)荷、送風(fēng)量，內(nèi)環(huán)為二級(jí)減溫水出口溫度；

所述的汽包水位控制回路采用三沖量控制，汽包水位為外環(huán)，給水流量為內(nèi)環(huán)的串級(jí)控制模式，主蒸汽流量作為前饋控制輸出的模式，完成主給水閥的指令運(yùn)算。

所述的先進(jìn)控制與優(yōu)化站不斷采集過(guò)程控制站中各個(gè)控制回路的運(yùn)行參數(shù)，然后經(jīng)過(guò)控制性能的測(cè)評(píng)指標(biāo)判斷是否符合控制性能要求，如果不符合則啟動(dòng)參數(shù)整定功能，進(jìn)行控制回路參數(shù)整定，步驟如下：

1)在控制回路自動(dòng)方式下，當(dāng)控制回路偏差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，即|sv-pv|≥emax，記作t1時(shí)刻，并開(kāi)始控制性能計(jì)算其中，sv為給定值；pv為過(guò)程值；e(t)為t時(shí)刻的偏差值；t2為控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)刻，穩(wěn)態(tài)判定偏差為±5％，若j大于預(yù)設(shè)性能指標(biāo)限值，則判斷控制性能不達(dá)標(biāo)，進(jìn)行回路自動(dòng)整定；

2)自動(dòng)整定時(shí)首先等待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，而后施加控制輸出擾動(dòng)，擾動(dòng)量取5～10％控制輸出量，并保持輸出不變，獲取對(duì)象的輸出響應(yīng)，分析響應(yīng)曲線的滯后時(shí)間τ、對(duì)象增益k和調(diào)節(jié)時(shí)間ts；

3)整定控制器參數(shù)kp、ti通過(guò)下述公式獲得：

當(dāng)時(shí)，

當(dāng)時(shí)，

式中：k為對(duì)象增益；τ為滯后時(shí)間；t為時(shí)間常數(shù)；

4)通過(guò)先進(jìn)控制與優(yōu)化站和過(guò)程控制站之間的數(shù)據(jù)通信方式，將整定后的控制器參數(shù)傳輸?shù)竭^(guò)程控制站中，刷新控制器參數(shù)提高控制性能。

所述的步驟2)保證變負(fù)荷、變工況下系統(tǒng)穩(wěn)定性過(guò)程如下：

1)mimomfa系統(tǒng)由2×2mfa控制器組成，其中包含兩個(gè)主控制器c11、c22和兩個(gè)補(bǔ)償控制器c21和c12，過(guò)程對(duì)象包括四個(gè)子過(guò)程g11、g21、g12和g22；

2)過(guò)程檢測(cè)變量主蒸汽壓力或流量y1和床溫y2作為兩個(gè)主回路的反饋信號(hào)與主蒸汽壓力或流量設(shè)定值r1和床溫設(shè)定值r2比較產(chǎn)生偏差信號(hào)e1和e2分別輸入兩個(gè)控制器，兩個(gè)控制器的輸出分別與另一方的補(bǔ)償器的輸出相結(jié)合生產(chǎn)控制信號(hào)u1和u2；

3)2×2mfa控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)是產(chǎn)生輸出控制信號(hào)u1(t)和u2(t)迫使過(guò)程變量y1(t)和y2(t)跟蹤他們各自的設(shè)定值r1(t)和r2(t)，實(shí)現(xiàn)偏差信號(hào)e1(t)和e2(t)最小。

所述的步驟3)確保系統(tǒng)運(yùn)行在最佳燃燒區(qū)過(guò)程如下：

1)通過(guò)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，分別獲取不少于50組工況下的燃料量、送風(fēng)量、氧量、煤質(zhì)、排煙溫度、床溫、飛灰含碳量、床壓、環(huán)境溫度、蒸發(fā)量作為預(yù)測(cè)模型輸入，即input，鍋爐效率和nox作為預(yù)測(cè)模型輸出，即output，建立三層bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層采用s型函數(shù)，輸出層個(gè)數(shù)為三個(gè)，采用線性函數(shù)；

2)首先，權(quán)值初始化：ωsq＝random(·)，sq為ij，jk或kl，將權(quán)值隨機(jī)設(shè)置一個(gè)為[-0.1,0.1]的數(shù)；

3)其次，依次輸入p個(gè)學(xué)習(xí)樣本；

4)再次，依次計(jì)算各層的輸出：x'j，x”j，以及yl，j＝0,1,···,n1,k＝0,1,···,n2,l＝0,1,···,nm-1；

5)之后，求各層的反傳誤差，并記錄的值；

6)然后，記錄已學(xué)習(xí)過(guò)的樣本個(gè)數(shù)p，如果p<p，則跳轉(zhuǎn)步驟3)繼續(xù)計(jì)算；如果p＝p，則轉(zhuǎn)到步驟7)；

7)按權(quán)值修正公式修正各層的權(quán)值系數(shù)w；

8)按步驟7)計(jì)算出的新的權(quán)值再計(jì)算，x”k，y1和ea，如果對(duì)每個(gè)p和l都滿足(或ea<ε)，或達(dá)到最大學(xué)習(xí)次數(shù)，則終止學(xué)習(xí)得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出，否則轉(zhuǎn)到步驟(3)繼續(xù)新一輪的學(xué)習(xí)。

所述的得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出，分別為鍋爐在線效率、nox以及sox的預(yù)測(cè)值，由此構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：eff——鍋爐理想燃燒效率，一般由鍋爐燃燒優(yōu)化性能試驗(yàn)得到；

effc——實(shí)際燃燒效率，取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出值；

[nox]——氮氧化物排放的最低值，或者理想值，一般由鍋爐燃燒優(yōu)化性能試驗(yàn)得到；

[nox]c——實(shí)際氮氧化物排放量，取自神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出值；

[sox]——硫化物排放的最低值，或者理想值，一般由鍋爐燃燒優(yōu)化性能試驗(yàn)得到；

[sox]c——實(shí)際硫化物排放量，取自神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出值；

a、b、c——三項(xiàng)輸出值的加權(quán)系數(shù)，取決于對(duì)效率和排放物的關(guān)注程度；s.ta(i)≤x(i)≤b(i),i＝1,2,...,n，表示邊界條件，x(i)表示第i個(gè)優(yōu)化變量，a(i)和b(i)表示第i個(gè)優(yōu)化變量的取值范圍，n代表選取的優(yōu)化變量的個(gè)數(shù)。

所述的得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出，分別為鍋爐在線效率、nox以及sox的預(yù)測(cè)值，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，采用目標(biāo)自尋優(yōu)算法，通過(guò)如下步驟進(jìn)行燃燒優(yōu)化：

1)通過(guò)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)獲取不同工況下床溫、煙氣含氧量參數(shù)的最佳運(yùn)行值，并結(jié)合不同煤質(zhì)信息，構(gòu)建優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)值的上下限值與基礎(chǔ)優(yōu)化值；

2)逐一對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以單一優(yōu)化參數(shù)為例，當(dāng)煙氣含氧量作為優(yōu)化參數(shù)時(shí)步驟如下：

首先，進(jìn)行燃燒系統(tǒng)判穩(wěn)，燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)記錄當(dāng)前鍋爐優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，以及煙氣含氧量；

然后，使煙氣含氧量給定增加一個(gè)預(yù)置煙氣含氧量步長(zhǎng)值0.2～0.5，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，分為以下兩種情況：

第一種，如果目標(biāo)函數(shù)值增加，則下步繼續(xù)增加一個(gè)煙氣含氧量步長(zhǎng)值，直至目標(biāo)函數(shù)值減小時(shí)，說(shuō)明此時(shí)的鍋爐系統(tǒng)已經(jīng)在最佳燃燒區(qū)，結(jié)束本次優(yōu)化，等待工況改變進(jìn)行下次優(yōu)化；

第二種，如果目標(biāo)函數(shù)值減小，則進(jìn)行優(yōu)化步長(zhǎng)反向，減小一個(gè)煙氣含氧量步長(zhǎng)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，如果目標(biāo)函數(shù)值增加，則下步繼續(xù)減小一個(gè)煙氣含氧量步長(zhǎng)值；直至目標(biāo)函數(shù)值減小時(shí)，說(shuō)明此時(shí)的鍋爐系統(tǒng)已經(jīng)在最佳燃燒區(qū)，結(jié)束本次優(yōu)化，等待工況改變進(jìn)行下次優(yōu)化；

床溫優(yōu)化步驟同2)，當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)值達(dá)到預(yù)先設(shè)置好的優(yōu)化死區(qū)時(shí)，結(jié)束當(dāng)前優(yōu)化過(guò)程，待優(yōu)化條件滿足后，繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，過(guò)程如步驟1)、2)。

所述的步驟4)包括以下步驟

1)先進(jìn)控制與優(yōu)化站采用單機(jī)或冗余方式構(gòu)建；

2)先進(jìn)控制與優(yōu)化站通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式和過(guò)程控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信方式包括opc、tcp/ip，過(guò)程控制站包括但不局限于plc、pc控制器。

本發(fā)明以流化床鍋爐控制與燃燒優(yōu)化系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，針對(duì)流化床鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，采用先進(jìn)控制算法與常規(guī)控制算法相結(jié)合的控制策略與多變量無(wú)模型自適應(yīng)控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)以及燃燒自尋優(yōu)算法等方法，保證了鍋爐系統(tǒng)連續(xù)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，解決了長(zhǎng)期以來(lái)鍋爐系統(tǒng)不易控制的難題。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有安全穩(wěn)定，操作方便，節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)。一方面能夠保證流化床鍋爐控制系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；另一方面能夠提高鍋爐效率，同時(shí)降低硫化物和氮氧化物的排放；本發(fā)明的應(yīng)用還能減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)投入率，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

●鍋爐控制參數(shù)的在線整定，確保各個(gè)回路的控制性能；

●通過(guò)鍋爐燃燒模型，實(shí)現(xiàn)效率在線、nox、sox在線預(yù)測(cè)；

●鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)化算法，使系統(tǒng)維持在最佳燃燒區(qū)；

●提高鍋爐效率≥0.3％；

●鍋爐運(yùn)行診斷，例如排煙溫度偏高、床壓波動(dòng)大，鍋爐結(jié)焦、水冷壁爆管等判斷。

附圖說(shuō)明

圖1主蒸汽壓力控制算法邏輯；

圖2一次風(fēng)控制算法邏輯；

圖3二次風(fēng)控制算法邏輯；

圖4爐膛負(fù)壓算法邏輯；

圖5床壓控制算法邏輯；

圖6主汽溫度控制算法邏輯；

圖7汽包水位控制算法邏輯；

圖8mimomfa系統(tǒng)邏輯；

圖9神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模算法邏輯圖；

圖10自尋優(yōu)算法邏輯圖；

圖11系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1所示，為主蒸汽壓力控制回路控制邏輯，具體步驟為：

首先，采用床溫串級(jí)加前饋控制，外環(huán)為主汽壓力控制，內(nèi)環(huán)為床溫控制方式，床溫增加則減小燃料量，床溫降低則增大燃料量，在控制策略中設(shè)置了調(diào)溫的“死區(qū)”，即床溫在該死區(qū)域內(nèi)時(shí)不改變?nèi)剂狭俊?/p>

其次，由于機(jī)組的負(fù)荷變化會(huì)直接體現(xiàn)在主蒸汽流量的變化上，所以在控制策略中把經(jīng)過(guò)函數(shù)運(yùn)算后的鍋爐主汽流量信號(hào)直接加到控制輸出上，通過(guò)前饋形式提高主汽壓力系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

最后，控制輸出通過(guò)條件切換狀態(tài)選擇mfa算法輸出或者常規(guī)控制輸出，其中切換條件為該回路在常規(guī)自動(dòng)，并且操作人員選擇投入先進(jìn)控制。

參照?qǐng)D2所示，為一次風(fēng)控制回路控制邏輯，具體步驟為：

首先，采用總風(fēng)量控制指令、床溫修正信號(hào)相互疊加，并結(jié)合煤質(zhì)修正參數(shù)共同確定一次風(fēng)量設(shè)定值，在確保大于最小風(fēng)量的情況下得到一次風(fēng)量設(shè)定值。

再次，通過(guò)一次風(fēng)量設(shè)定值與過(guò)程值經(jīng)過(guò)單回路控制得到一次風(fēng)指令。

最后，控制輸出通過(guò)條件切換狀態(tài)選擇先進(jìn)控制輸出或者常規(guī)控制輸出，其中切換條件為該回路在常規(guī)自動(dòng)，并且操作人員選擇投入先進(jìn)控制。

參照?qǐng)D3所示，為二次風(fēng)控制回路控制邏輯，具體步驟為：

首先，二次風(fēng)(氧氣含氧量)系統(tǒng)控制采用串級(jí)加前饋控制模式，外環(huán)采用氧量控制，內(nèi)環(huán)采用風(fēng)量控制，總風(fēng)量指令、床溫補(bǔ)償作為前饋補(bǔ)償控制的總體結(jié)構(gòu)；

其次，通過(guò)負(fù)荷指令、給煤量、一次風(fēng)量前饋實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程中先加風(fēng)，后加煤；先減煤，后減風(fēng)的控制策略；

最后，引入床溫對(duì)二次風(fēng)量的影響，在達(dá)到氧量控制范圍內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整二次風(fēng)量輔助控制床溫。

參照?qǐng)D4所示，為爐膛負(fù)壓控制回路控制邏輯，具體步驟為：

爐膛負(fù)壓系統(tǒng)控制采用單回路加前饋控制模式，將送風(fēng)開(kāi)度作為前饋信號(hào)送入控制器，以提高一次風(fēng)量、二次風(fēng)量變化時(shí)控制系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性。

參照?qǐng)D5所示，為床壓控制回路控制邏輯，具體步驟為：

床壓系統(tǒng)控制采用單回路加前饋控制模式，將給煤速度作為前饋信號(hào)送入控制器，使在定期排渣時(shí)能按照設(shè)定床壓值控制排渣量。

參照?qǐng)D6所示，為主汽溫度控制回路控制邏輯，具體步驟為：

首先，主蒸汽溫度控制回路采用帶有前饋的串級(jí)控制方式，二級(jí)減溫串級(jí)控制回路的外環(huán)為主蒸汽溫度，內(nèi)環(huán)為二級(jí)減溫水出口溫度，不僅能快速消除系統(tǒng)內(nèi)環(huán)擾動(dòng)，而且能使主汽溫度通過(guò)外環(huán)細(xì)調(diào)作用，使其穩(wěn)定在設(shè)定值；

再次，二級(jí)減溫水控制回路的前饋量為負(fù)荷、送風(fēng)量，前饋算法作用在外環(huán)控制器的輸出，能快速響應(yīng)變負(fù)荷下的主汽溫度變化。

參照?qǐng)D7所示，為汽包水位控制回路控制邏輯，具體步驟為：

首先，該系統(tǒng)采用串級(jí)加前饋的三沖量控制模式，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制；

再次，在汽包水位超過(guò)預(yù)定的限值時(shí)，旁路給水閥門切入自動(dòng)調(diào)節(jié)模式，當(dāng)水位恢復(fù)到正常偏差值范圍內(nèi)時(shí)，旁路給水閥門恢復(fù)手動(dòng)調(diào)節(jié)模式。

參照?qǐng)D8所示，為mimomfa(多變量無(wú)模型自適應(yīng))控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，具體步驟為：

首先，構(gòu)成mimomfa系統(tǒng)，其中包含兩個(gè)主控制器c11、c22和兩個(gè)補(bǔ)償控制器c21和c12，過(guò)程對(duì)象包括四個(gè)子過(guò)程g11、g21、g12和g22；

其次，過(guò)程檢測(cè)變量主蒸汽壓力(或流量)y1和床溫y2作為兩個(gè)主回路的反饋信號(hào)與主蒸汽壓力(或流量)設(shè)定值r1和床溫設(shè)定值r2比較產(chǎn)生偏差信號(hào)e1和e2分別輸入兩個(gè)控制器，兩個(gè)控制器的輸出分別與另一方的補(bǔ)償器的輸出相結(jié)合生產(chǎn)控制信號(hào)u1和u2，由2×2過(guò)程的本質(zhì)可以看出，過(guò)程的輸入u1和u2相互影響著輸出y1和y2，一個(gè)輸入發(fā)生變化會(huì)同時(shí)改變兩個(gè)輸出。

再次，2×2mfa控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)是產(chǎn)生輸出控制信號(hào)u1(t)和u2(t)迫使過(guò)程變量y1(t)和y2(t)跟蹤他們各自的設(shè)定值r1(t)和r2(t)，實(shí)現(xiàn)偏差信號(hào)e1(t)和e2(t)最?。?/p>

參照?qǐng)D9所示，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法邏輯，具體步驟為：

1)通過(guò)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，分別獲取不少于50組工況下的燃料量、送風(fēng)量、氧量、煤質(zhì)(低位發(fā)熱量、氧基、氮基、氫基、硫基、碳基)、排煙溫度、床溫、飛灰含碳量、床壓、環(huán)境溫度、蒸發(fā)量作為預(yù)測(cè)模型輸入，即input，鍋爐效率和nox作為預(yù)測(cè)模型輸出，即output，建立三層bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層采用s型函數(shù)，輸出層個(gè)數(shù)為三個(gè)，采用線性函數(shù)；

2)首先，權(quán)值初始化：ωsq＝random(·)，sq為ij，jk或kl，將權(quán)值隨機(jī)設(shè)置一個(gè)為[-0.1,0.1]的數(shù)；

3)其次，依次輸入p個(gè)學(xué)習(xí)樣本；

4)再次，依次計(jì)算各層的輸出：x'j，x'j'，以及yl，j＝0,1,···,n1,k＝0,1,···,n2,l＝0,1,···,nm-1；

5)之后，求各層的反傳誤差，并記錄的值；

6)然后，記錄已學(xué)習(xí)過(guò)的樣本個(gè)數(shù)p，如果p<p，則跳轉(zhuǎn)步驟3)繼續(xù)計(jì)算；如果p＝p，則轉(zhuǎn)到步驟7)；

7)按權(quán)值修正公式修正各層的權(quán)值系數(shù)w和閾值；

8)按步驟7)計(jì)算出的新的權(quán)值再計(jì)算，x”k，y1和ea，如果對(duì)每個(gè)p和l都滿足(或ea<ε)，或達(dá)到最大學(xué)習(xí)次數(shù)，則終止學(xué)習(xí)得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)輸出，否則轉(zhuǎn)到步驟(3)繼續(xù)新一輪的學(xué)習(xí)。

參照?qǐng)D10所示，為自尋優(yōu)燃燒優(yōu)化算法邏輯，優(yōu)化參數(shù)以氧量設(shè)定值為例，具體步驟為：

(1)參數(shù)初始化，獲取優(yōu)化參數(shù)基礎(chǔ)值與邊界值；

(2)計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值j，并對(duì)其進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)的均值濾波處理；

(3)判斷是否在優(yōu)化死區(qū)范圍內(nèi)，如果在d范圍內(nèi)，則不進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，否則繼續(xù)進(jìn)行下一步；

(4)判斷燃燒系統(tǒng)是否穩(wěn)定，并且運(yùn)行人員是否允許燃燒優(yōu)化，條件滿足則進(jìn)行下一步，否則不運(yùn)算；

(5)判斷是否為首次進(jìn)入優(yōu)化程序，如果是則進(jìn)行第(6)步，否則跳轉(zhuǎn)(11)步

(6)增加氧量設(shè)定值增量(正向)；

(7)調(diào)用優(yōu)化算法，計(jì)算邊界條件下的j以及最佳氧量設(shè)定，并對(duì)j本、j上進(jìn)行比較運(yùn)算；

(8)判斷是否j本<j上，如果不是則跳轉(zhuǎn)(9)，如果是則跳轉(zhuǎn)(10)；

(9)復(fù)位優(yōu)化正方向標(biāo)志位，并繼續(xù)判穩(wěn)；

(10)置位優(yōu)化正方向標(biāo)志位(反向優(yōu)化)，并繼續(xù)判穩(wěn)；

(11)判斷是否為正向運(yùn)算過(guò)程，如果是則跳轉(zhuǎn)(13)，如果否則跳轉(zhuǎn)(12)；

(12)減小氧量設(shè)定值步長(zhǎng)；

(13)增加氧量設(shè)定值步長(zhǎng)；

(14)調(diào)用優(yōu)化算法，計(jì)算邊界條件下的j以及最佳氧量設(shè)定；

(15)對(duì)j本、j上進(jìn)行比較運(yùn)算；

(16)單次優(yōu)化結(jié)束，置位結(jié)束狀態(tài)，復(fù)位首次優(yōu)化等相關(guān)狀態(tài)；

(17)結(jié)束本次運(yùn)算。

參照?qǐng)D11所示，系統(tǒng)需要新增先進(jìn)控制與優(yōu)化站(冗余)，以雙網(wǎng)絡(luò)方式為例，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示，其特征在于：

(1)先進(jìn)控制與優(yōu)化站可以采用單機(jī)或冗余方式構(gòu)建；

(2)先進(jìn)控制與優(yōu)化站通過(guò)數(shù)據(jù)通訊方式和過(guò)程控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通信方式包括但不局限于opc、tcp/ip等，過(guò)程控制站包括但不局限于plc、pc控制器等；

(3)先進(jìn)控制與優(yōu)化站中的程序可以采用vc、vb等高級(jí)語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，也可以采用具有腳本語(yǔ)言(例如vba)以及具有模塊化編程功能的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)；

實(shí)施例1：

某電廠#3鍋爐，現(xiàn)有設(shè)備狀況：鍋爐型號(hào)為dg483/13.7-ii1，是由東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的483t/h循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐主要由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，兩臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器和一個(gè)由汽冷包墻包覆的尾部豎井(hra)三部分組成。

高壓硫化風(fēng)機(jī)的型號(hào)為l925wdb，數(shù)量2臺(tái)，介質(zhì)流量282m³/min，工質(zhì)最大壓差58.8kpa，主軸轉(zhuǎn)速780r/min，配用電機(jī)型號(hào)為ykk-5001-8，電動(dòng)機(jī)電壓6000v，電動(dòng)機(jī)電流51.3a，電動(dòng)機(jī)功率400kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速745r/min；引風(fēng)機(jī)的型號(hào)為vz41-2950f/s1，數(shù)量2臺(tái)，介質(zhì)流量488604nm³/h，全壓11252pa，轉(zhuǎn)速985r/min，配用電機(jī)型號(hào)為yspkk710-6，電動(dòng)機(jī)電壓6000v，電動(dòng)機(jī)電流237a，電動(dòng)機(jī)功率2000kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速993r/min；二次風(fēng)機(jī)的型號(hào)為vr58iii-2240f/s01，數(shù)量2臺(tái)，介質(zhì)流量177120m³/h，風(fēng)壓17451pa，轉(zhuǎn)速1485r/min，配用電機(jī)型號(hào)為yspkk500-4，電動(dòng)機(jī)電壓6000v，電動(dòng)機(jī)電流130.3a，電動(dòng)機(jī)功率1120kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1489r/min；一次次風(fēng)機(jī)的型號(hào)為vr48iv-2500f/s01，數(shù)量2臺(tái)，介質(zhì)流量181584m³/h，風(fēng)壓24126pa，轉(zhuǎn)速1485r/min，配用電機(jī)型號(hào)為yfkk630-4，電動(dòng)機(jī)電壓6000v，電動(dòng)機(jī)電流183.4a，電動(dòng)機(jī)功率1600kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1492r/min。

目前系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：主蒸汽壓力為13.7mpa，主蒸汽溫度為540℃，給水溫度253.8℃，再熱蒸汽流量399.4t/h，再熱蒸汽進(jìn)/出口壓力2.786/2.636mpa，再熱蒸汽進(jìn)/出口溫度331/540℃，設(shè)計(jì)燃煤量118.4t/h，主蒸汽流量為483t/h，汽包工作壓力為15.07mpa。

實(shí)施前系統(tǒng)狀況：項(xiàng)目實(shí)施前，鍋爐控制系統(tǒng)處于人工操作，操作員工作強(qiáng)度大，而且由于操作員的操作水平不同，系統(tǒng)不穩(wěn)定經(jīng)常出現(xiàn)參數(shù)的高、低報(bào)警信號(hào)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)燃燒優(yōu)化，長(zhǎng)期運(yùn)行以來(lái)鍋爐實(shí)際效率難以達(dá)到設(shè)計(jì)爐效。