10吨以下燃煤锅炉改造燃气锅炉可行性分析-筑龙博客
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燃气锅炉&燃煤锅炉&循环流化床锅炉
10吨以下燃煤锅炉改造燃气锅炉可行性分析
随着国家相关政策的实施，很多地区都开始进行燃煤锅炉拆迁改造工作，特别是“十三五”会议以后，该项工作又被进一步的推进。10吨以下小锅炉成为重点改造对象。　　之所以要对燃煤锅炉进行改造，zui主要的原因是因为环保政策的强制规定，当然还有很重要的一点，就是成本的考虑。下面，先来了解下燃煤锅炉和燃气锅炉的运行成本，以10吨锅炉为例：　　一、10燃煤锅炉运行成本：　　1、燃料成本：产生每吨蒸汽耗煤量0.2吨，煤的单价400元/吨，总费用80元;　　2、用电成本：消耗量是9.6Kwh，电的价格0.58元/度，总费用5.57元;　　3、灰渣处理费用：3万元/年;　　4、环保费：10万/年;　　5、人力成本：需要6人， 2万元/人。　　二、10吨燃气锅炉运行成本：　　1、燃料成本：产生每吨蒸汽耗气量80立方，气的单价2.9元/立方米，总费用232元;　　2、用电成本：消耗量是2.2Kwh，电的价格0.58元/度，总费用1.28元;　　3、灰渣处理费用：1.5万元/年;　　4、环保费：5万/年;　　5、人力成本：需要1人， 2万元/人。　　可见，使用燃气锅炉减少了一般的环保费，以及节省了80%的人力。所以，燃煤锅炉改造燃气锅炉市场潜力很大。除了在燃料成本方面体现了性价比，另外从以下几个方面也能够看出2吨、4吨、6吨、8吨燃煤锅炉改造燃气锅炉具有很高的可行性和性价比：　　1、在节约锅炉房投资方面。燃气锅炉不需要配置吹灰器、除尘器、出渣设备和燃料烘干器等附属设备。另外不需要额外的空间来粗存燃料。　　2、在节能环保方面。燃气锅炉的热效率高，燃料燃烧充分，产生的污染物少，对环境伤害很小。而且不用花费太多费用来维护环保问题。　　3、在运行、调节及降低供热成本方面。燃气锅炉的供热负荷适应性强，系统启动、停炉迅速，自控程度较高。　　所以，才会有如此多的用户选择这种改造方案，燃煤改造燃气锅炉怎么改造呢?具体方案如下：　　1、拆除煤斗，保留链条炉排，只在料条炉排上铺设两层耐火砖，然后用耐火水泥将砖缝压实，构成燃气锅炉的干炉底。防焦箱用耐火砖和耐火水泥包覆。　　2、燃烧器口开在锅炉的前墙上。制作新的锅炉前墙。将煤斗、煤闸板、前拱面板拆除后，用厚度为16mm以上的钢板在炉座基础平面处以上的锅炉全炉墙平面处进行焊接固定(与钢架相连焊接)根据燃烧器的安装固定尺寸要求，开孔并钻四个固定螺栓孔(攻丝)。　　3、拆除原有的省煤器、空气预热器和除尘器。拆除省煤器后，将原省煤器进口管与出口管用钢管焊接相连。拆除空气预热器和除尘器后，则要用钢制烟道将该段烟道连接起来，形成完整烟道。　　4、燃气以前应该讲对流管束内的烟灰清理干净，将锅炉炉膛内水管表明的煤灰处理干净，同时降水侧的水垢进行清晰，以提高锅炉受热面的传热能力。　　燃煤锅炉改造燃气锅炉成本，欢迎咨询郑锅徐工：.　　煤改气：
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})(jQuery);35吨上（下）山东济南锅炉低氮改造企业名录详清单 - 工业锅炉 - 北京科诺锅炉有限公司ｙ ７７７９８３瞄孓ｂ分类号ＵＤＣ孝中斜技大浮 硕士学位论文链条锅炉控制系统的研究学位申请人：赵阳涛 学科专业：机械工程 指导教师：杜润生教授论文答辩Ｅｔ期２Ｑ坠生！Ｑ目≥Ｑ旦答辩委员会主席学位授予Ｅｌ期生且旦昱昌拄评闻人墨虽盐扬室墨墅盍星华中科技大学硕士学位论文摘要根据北新建材集团有限公司动力分厂的实际情况，为该厂的一台锅炉设计了控制系统，该系统能够进行实时控制锅炉水位和燃烧，提高了该厂的自动化水平。对水位系统采用了ＰＩ调节器，其参数根据Ｂａｎｙａｓｚ法利用最小二乘的辨识结果进行整定，并引入了变速积分和部分智能判断。以蒸汽负荷这个主要的外扰因素与给水流量的差值做为前馈调节，设计出以“水位、给水流量、蒸汽流量”为对象的三冲量 水位控制系统。其控制思想是：假设锅炉系统的进水与出水是平衡的。如此时液面Ｌ 低于给定值，则主回路使调节阀开大，给水量加大，而给水量的增加破坏了水平衡， 前馈回路的趋势是使用调节阀关小，给水量减少，两者共同作用的结果使给水量不会 增加很快，这恰恰起到了一种对付纯滞后有效的方法Ｗａｉｔ 使之不会产生振荡。ａｎｄＳｅｅ（等等瞧）的效果，针对工业锅炉本身具有的时交、大滞后、大延时、干扰多的特点，本文提出采用模糊控制以及部分智能判断对燃烧系统进行控制，当负荷增加需要增加供煤时，采用 空气先行的串级调节；在负荷减少需要减少供煤对，采用燃料先行的串级调节。由于 燃烧系统的机理建模将一个时变的线形系统简化成一个时不变的线形系统，而氧量对 鼓风量的校正也只是基于操作人员的定性经验，因此对燃烧过程的描述存在着许多 “模糊”的地方，对于这种“非完全已知和非传统模型描写的系统”的控制，是目前国际控制界的热点之一。本文选用定性控制规则和定量控制相结合的办法，并采用多种控制器切换，以得到不同状态下的优良品质。 本文对以上控制方法进行了深入研究，并实际应用于北新建材集团有限公司 ３５ｔ／ｈ工业锅炉上，得到了较好的效果，锅炉的安全、环保、节能各方面指标都较以 往仪表控制有了显著的进步。关键字：锅炉模糊控制最小二乘法华中科技大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＡｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍＣａｌｌＢＮＢＭｐｏｗｅｒ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｎｔｒｏｌｏｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｗＲｔｃｒ ｌｅｖｅｌａｎｄ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ｏｆｔｈｅ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＰＩ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ ｐａｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｏｎａｄｊｕｓｔｅｒ，ｉｔｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓａｄｊｕｓｔｅｄｔｈｅ Ｂａｎｙａｓｚ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ―ｊｕｄｇｅａｒｅｉｍｐｏｒｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎａｓｓｔｅａｍ ｌｏａｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ａｎｄ ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｓｃｈｅｍｅｓ ｏｕｔａｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｌ七ｅ―ｉｍｐｕｌｓｃ Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｏｓｅ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｒｅ‘＇ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ，ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ，ｓｔｅａｍ ｂｏｉｌｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓｆｌｏｗ＇’．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ ｉｄｅａ ｉｓ：ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ－ｉｎａｎｄｗａｔｅｒ－ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅｂａｌａｎｃｅａｂｌｅ．Ｉｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔａｒｇｅｔ ｖａｌｕｅＬ，ａｎｄｔｈｅｎ ｔｈｅｍａｉｎ ｌｏｏｐ ｗｉｌｌ ｔｕｒｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｔｈｅａｄｊｕｓｔｖａｌｖｅ ｂｉｇｇｅｒ’ｔｈｅ ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ；ｉｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｈｉｇｌｌｅｒ ｔｈａｎｔａｒｇｅｔ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｄｅｓｔｒｏｙｓ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅ，ｆｏｒｗａｒｄｌｏｏｐｗｉｌｌｔｕｒｎａ由船ｆｖａｌｖｅ ｓｍａｌｌｅｒ，ｔｈｅ ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｏｎｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅｎｏｔｒｅｓｔｄｔ ｏｆ ｂｏｔｈ ｏｆ ｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ ａｃｔｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍｃａｕｓｅｓｔｈｅ ｆｅｅｄｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅ ｆａｓｔ，ａｎｄ ｔｈｉｓ ｒｅａｃｈＳｅｅ＂，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｔｈｅｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｇａｉｎｓｔ ｐｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｓｕｒｇｅ．ｌａｇ ｗｈｉｃｈｉｓｃａｌｌｅｄ‘＇Ｗａｉｔ ａｎｄＡｉｍａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙ ｂｏｉｌｅｒ，ｓｕｃｈａｓｔｉｍｅ－ｖａｒｉａｂｌｅ，ｂｉｇ ｌａｇ，ｂｉｇｄｅｌａｙ ａｎｄ ｍａｎｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓｕｓｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄ ｐａｎｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｔｏ ａｄｄ ｓｏｍｅｊｕｄｇｅｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄ ｎｅｅｄｃｏａｌ，Ｗｅ ａｄｏｐｔ ｓｅｒｉｅｓ－ｗｏｕｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｅｗｉｔｈａｉｒ ｆｉｒｓｔ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｄｅｃｒｅａｓｅａｎｄｎｅｅｄ ｔｏｓｏｍｅ ｃｏａｌ，Ｗｅ ａｄｏｐｔ ｓｅｒｉｅｓ－ｗｏｕｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃｏａｌｆｉｒｓｔ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ―ｖａｒｉａｂｌｅ ｌｉｎｅａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｔｏａｔｉｍｅ‘ｉｎｖａｒｉａｂｌｅ ｌｉｎｅａｒｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｓｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｏｘｙｇｅｎ ｉｓａｒｅｂａｓｅｄｔｈｅ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｏｒ’ＳＯ ｔｈｅｒｅｍａｎｙ‘‘ｆｕｚｚｙ’’ｐｏｉｎｔｓ ｉｎｔｈｅＩＩ华中科技大学顽士学位论文ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ‘＇ｎｏｎ―ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｋｎｏｗｎｎｏｎ－ｔｒａｄｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ＇’ｉｓｏｎｅｏｆ ｔｈｅ ｈｏｔｓｐｏｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｅｌｄｎＯＷ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｈｏｏｓｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｂｏｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｕｓｅｄｏｎ ａｒｅ ｕｓｅｓａｎｄｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ｔｏ ｓｗｉｔｃｈ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｄｅｅｐｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ３５ｔ／ｈ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｂｏｉｌｅｒ ｉｎ ｔｈｅＢＮＢＭ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ ｉｓｇｏｏｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｍｅｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｆｏｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｂｏｉｌｅｒ呦ｃｏｎｔｒｏｌｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄＩＩＩ独创－陛声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文【｝１已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。十?ｉ学位论文作者签名： 日期：忍≯日萄加’年，Ｄ月ｊ。日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并扁国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在――年解密后适用本授权书。本论文属于不保密昭。（请在以上方框内打“Ｖ，）学位论文作者签名：悉即ｊ§Ｅｌ期：１，嘶年，一月，ａ日舯教师签名：押ｆ讲曰埘ｊ：伽ｙ年，。月，。曰华中科技大学硕士学位论文 １绪论１．１课题概述１．１．１过程控制的特点及发展 生产过程中的温度、压力、流量、液位、和成分等状态参数作为被控参数的控制 系统叫作过程控制系统【ｌ】。典型的控制系统如图１．１所示［２１：圈１．１典型控制系统方框图与其他自动控制系统相比，过程控制的主要特点是【３】【４１： （１）系统由过程检测控制仪表组成。过程控制利用气动仪表、电动仪表、组装 式仪表、智能仪表和计算机等，根据生产工艺要求，应用控制理论和控制技术的合理选用，使系统参数运行在最佳状态，实现对生产过程的最佳控制。 （２）被控过程的多样性。过程控制中的被控过程形式很多，如石油化工过程中 的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器、动力核反应堆；机械工业中的热处理炉；冶金过程中的平炉、转炉等，它们的动态特性一般具有 惯性大，滞后大的特点，而且具有非线性特性。 （３）控制方案的多样性。对于多变量、非线性变量、分布参数和时变参数等复杂过程，控制可采用串级、前馈一反馈、分层递阶、智能、仿人等控制方案。：＝＝；ｊ＝＝＝＝；＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝２＝＝＝＝２２２２２２＝＝；。＝（４）过程控制的过程是一个慢过程，大多为参量控制。华中科技大学硕士学位论文过程控制的发展与检测手段、计算机的发展密切相关，大体可分为以下几个阶段【５】：（１）２０世纪４０年代前：手工控制。当时生产过程的操作主要是凭工人的经验去整定参数，劳动条件差，生产效率低。 （２）５０－－６０年代：局部自动化。在生产过程中采用电动式仪表和部分单元组合式仪表。（３）６０～７０年代中期：综合自动化。在这一阶段中，已出现了采用数字计算机以及微处理器为基础的集散控制系统，采用了各种复杂的常规控制系统和计算机控制系统。 （４）８０年代至今：数字化与智能化。过程控制已发展为无人或少人参与操作管理。过程控制发展到多变量控制、最优控制、自适应控制、智能化的计算机分布式控制。计算机的普遍应用使过程控制高度拟人化，自动化，且能用复杂而又先进的算法， 如新型ＰＩＤ算法、参数自整定算法、自适应自学习控制算法、分层递阶控制算法、自 寻最优算法，并已实现了过程控制最优化与现代化的集中调度管理较好的结合。１．１．２工业锅炉的历史、现状及发展工业锅炉是典型的过程控制对象。工业锅炉是利用煤、石油或天然气等能源所储藏的化学能通过燃烧转换成水或蒸汽的热能的重要设型６１。锅炉作为热能动力设备已有２００多年的历史。近年来，随着人类对环境资源的重视，锅炉在两方面的发展突飞 猛进，一是锅炉本体结构不断改进；二是锅炉的控制技术也在发展，由先前的手工操作，半手工操作，到仪表操作和计算机控制等阶段。国外的工业锅炉多以燃用石油和 天然气为主，国内大部分为燃煤锅炉。目前，我国的工业锅炉约有数十万台，设备陈 旧落后，平均吨位低，燃烧的热效率较小，污染严重，所以提高锅炉的热效率，节约 燃料势在必行。而锅炉热效率的高低，取决于诸多方面，如锅炉的结构、炉体的形状、 炉排运行的方式、助燃风量的配置、燃料的配给方式，都是直接或间接影响锅炉热效华中科技大学硕士学位论文：一：：：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝；＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝；＝＝＝＝＝一率的因素。下面仅从炉排结构的发展历史来阐述一下我国工业锅炉的现州７】；（１）链条炉排：目前我国锅炉约有４０万台套采用链条炉排，配套锅炉大多为从 １．１０ｔ／ｈ的工业民用锅炉至３５ｔ／ｈ以上的小型电站锅炉，此种锅炉正以每年８％的速度新增或改造。 （２）往复炉排；这是８０年代初发展起来并大量使用于ｌ～ｌＯｔ／ｈ的工业与民用锅 炉上，目前已有３０万台套在使用，并以每年８％的速度在新增或改造。（３）滚动炉排：这是８０年代末发展起来的新式炉排结构，使燃烧干燥挥发，可有效燃烧直至燃烬。针对我国的工业锅炉设备陈旧老化，平均吨位低，自动化水平较差，热效率小的状况，如何将数量众多的各型锅炉，开展节能工作具有及其重要的战略意义［引。纵观 世界各国在锅炉节能方面所取得的成果，可在以下三方面采取措施： （１）从供热系统结构上研究节能问题。 （２）改进锅炉本体结构，根据不同煤种，不同品质来改善锅炉的燃烧方式与工 艺条件。 （３）采用新型的控制手段与方式，这正是广大控制工程人员所要研究的课题，在～既定目标下如何使锅炉高效率地运行。１．２国内外链条锅炉控制系统的研究综述１．２．１微机在我国工业锅炉控制中的应用 工业锅炉作为典型的过程控制对象，具有大时滞大惯性的特点，是多变量紧耦合 的生产过程。从２０世纪６０年代中期以来，经过国内外许多学者和工程师的努力，提出许多应用于控制工程实践的解耦方法，如相对增益分析法、对角矩阵法、单位矩阵法、前馈补偿法、反馈解耦法、静态解耦法、逆奈奎斯特阵列法。在控制理论上，已经从经典控制理论阶段，发展成以状态空间法为标志的现代控制理论阶段，直至８０ 年代兴起的智能控制理论阶段（９ｌ。新兴的控带４理论与控制方法不断涌现，尤其是智能＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝口＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝≈控制中的专家系统控制、模糊控制、人工神经网络控制、仿人智能控制等，或者上述 两者及两者以上相结合的控制。其中，尤以模糊控制在锅炉这种复杂的系统中应用较为广泛。华中科技大学硕士学位论文由于燃煤工业锅炉的运行参数很多，各式各样参数之间的相互影响也比较大，许多参数之间存在明显或不明显的因果关系，情况比较复杂，所以工业锅炉想要达到较好的控制效果比较困难。多年来，我国的小吨位工业锅炉多以手控为主，虽然在某些工业锅炉上也有仪表控制系统，但受其局限性的影响，一般对各参数的相互作用考虑甚少，控制方案一经确定就难于修改，而且近年来新开发的一些算法也难以实施，控 制效果往往不如人意，同时生产与设备的管理也停留在较低水平。针对这种情况，如何设计研制一种配置灵活、适应性广、价格合理、使用方便的 新型工业锅炉控制系统，已成为工业锅炉自动化的一个重要课题。 微型计算机的广泛应用，为工业锅炉的自动控制展示了广阔的前景。与常规仪表 相比，使用微型计算机进行控制具有以下优点：（１）为提高控制效果，可通过微型计算机及与之相配套的检测仪表和接口设备，在线辨识受控对象的数学模型；（２）微型计算机具有很强的数值运算与逻辑判断能力，便于修改、扩展控制程序，以实现各种高级算法，如最优控制、自适应控制、智能控制等，而不必变更硬件， 这是传统的常规仪表所无法比拟的； （３）微型计算机的屏幕显示与打印机的应用，为工厂的现代化管理提供了强有 力的手段；（４）便于实现集散控制。微型计算机具有很强的通讯能力，从而整个系统可以分享及时、准确、可靠的信息，达到使系统整体最佳的目的； （５）可减轻生产人员的劳动强度，改善工作条件，提高工作效率。 由于以上特点，微型计算机目前在我国工业锅炉控制中得到了越来越广泛的应 用。下面将对几个典型例子进行介绍。４华中科技大学硕士学位论文１．２．２几个工业锅炉控制系统实例介绍及分析北京造纸六厂的工业锅炉微机控制系统该系统是由北京工业大学，北京自动化仪表厂和北京造纸六厂三方共同研制的，其对象是ＳＨＬｌ０／１３型工业锅炉。采用砥Ｌ８０５为主机，对蒸汽压力，水位和炉膛负压进行控制。该系统采用ＰＩＤ调节器进行控制，根据司炉工的经验进行参数调节，改变ＰＩＤ调节器的参数及空燃比，以达到最佳工况。据厂家介绍，其控制效果相当于优秀工人的调节水平。对燃烧系统的控制采用的是燃料（煤）先行的串级调节系统。当 负荷波动较大时，需要由人工进行干预，修改ＰＩＤ参数及空燃比，以满足负荷的变化要求。该厂的蒸汽主要用来烘干，所以对品质的要求不太高，只要有一定的压力即可。对于燃烧系统所具有的纯滞后，采用人为的超调来克服。举例来说，假如现在生产上要求６ｋｇ／ｅｍ２的蒸汽，则实际供给６．５ ｋｇ／ｃｍ２的蒸汽，这样就有０．５ ｋｇ／ｃｍ２的富余量，当负荷增大导至汽压下降时，这０．５ ｋｇ／ｃｍ２可作为一个“缓冲”，使蒸汽压力在未降到实际所能容许的值以前完成调节过程。可以看出，当负荷减小时，汽压会比设定值高 出很多，对调节不利，该厂在实际运行时，各个车间的用汽量遇有大的变化时，须与 动力车间事先联系，进行“超前调节”。 该系统的主要特点是：（１）完全摹仿仪表控制，对ＰＩＤ参数的整定与仪表系统完全相同，工作便于理解；（２）参数由人工根据经验整定．因此依赖于工人的操作水平；（３）纯滞后的克服实际上是靠降低热效率来实现的：（４）根据工厂实际工况进行设计，使该系统比较适合该厂情况； （５）水位调节不够理想，给水调节阀因水位的小范围波动而动作非常频繁，造成设备的磨损严重：（６＞燃烧系统由于采用燃料先行的串级调节，在要求增加给煤量时，容易造成欠氧燃烧，导致冒黑烟； （７）画面显示采用汉字方式，比较直观易懂，而且汉字库是由系统设定的少数一＝：：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝目＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝一几个字，成本低。缺点是修改与维护比较困难；华中科技大学硕士学位论文（８）稳定可靠，长时间运行基本没有出现大的问题；（９）由于增减负荷时须事先联系，因此适用于负荷的变化可预先估计的系统。 天津毛纺厂的工业锅炉微机控制系统 该系统是由天津节能中心负责研制的，主机采用国产的改进型兼容机，文字画面采用汉语拼音，图显画面采用直方图的形式，整个系统由计算机台和控制柜组成。该系统的控制框图。 系统的燃烧控制是以汽包压力为主调信号，自动调节给煤量，并自动配比风量， 通过对烟气残氧量的测量进一步校正鼓风量。该系统的燃烧控制从原理上讲比北京造 纸厂优越，主要原因是控制方案有所改进，采用Ｗ．Ｓ．ＰＩＤ及前馈调节，对纯滞后的处 理要好的多，据称效果比较理想。 该系统存在的问题是： （１）水位在负荷变化较大时，控制精度不理想； （２）画面采用汉语拼音不够直观； （３）煤量先行的串级调节在增煤时会冒黑烟。１．３本文的主要研究工作及内容在前一时期，我参与了北新建材集团有限公司动力分厂的工业锅炉控制系统的设 计与改造项目。该分厂为全厂（包括家属区）提供生活用暖、各车间的动力蒸汽，用 来洗涤、干燥反应剂，合成树脂及为涂料升温、中央空调提供动力。之前，该分厂配 备有三台小型燃煤锅炉，１拌、２拌是使用抛煤机的２０ｆｆｈ工业锅炉，３撑是１０ｔ／ｈ的链条炉， 这三台锅炉比较老式，控制设备落后，运行多年，基本上由司炉工凭经验来操作；４≠ｆ 是新近由大连锅炉厂设计安装的３５吨节能型燃煤工业链条炉，因采用澳大利亚的新 技术，是全国相同吨位中体积最小的新型燃煤锅炉。公司特为４群锅炉配备了变频调 速器ｌｌ圳ⅢＪ，分别用于４撑炉的上水、引风、鼓风、炉排及二次风。该公司决定：对４＃ 锅炉设计，安装一套全新的控制系统。具体要求是：实现系统的商度自动化运行，燃６华中科技大学硕士学位论文烧效率为９０％以Ｉ－，热效率达８０％以上，排烟林格曼黑度达到一级以下，具有水位上下限及气压上限的报警功能，并一次性通过劳动局的安全验收。如何实现上述要求，是我所研究的主要内容。通过前一阶段的工作与调研，确定我的工作重点是：针对运行中的４群锅炉，提出相应的（给水和燃烧的自动调节）数学模型和控制算法，以实现４牟锅炉安全、环 保、经济运行。１．３．１技术方案通过与用户的交流，并根据现场的具体条件，对所设计的控制系统提出如下的技 术性能指标：（Ｉ）１３路模拟数据采集显示系统，可采集如下数据：水位、水流量、汽流量、气压、后风压、炉压、炉温、上水执行反馈、省煤器出口烟温（西）、省煤器出口烟 温（东）、省煤器入口烟温、省煤器出口水温、排烟温度，Ａ／Ｄ转换时间＿＜４０ｕｓ，线性 误差＿＜ａ：ＩＬＳＢ（最低有效位），总误差△Ｓ０．２５％ＦＳＲ（包括通道，采样，Ａ／Ｄ转换误差）。 （２）４路数字开关量输入输出：可采集识别上水执行器、上水变频、鼓风变频、引风变频、炉排变频开关量的输入，由输入的开关量决定各部分的手、自动控制状态，可以输出水位上、下限、汽压上限三种开关量的报警信号。 （３）５路自动控制驱动回路：提供上水执行器、上水变频器、鼓风变频器、引 风变频器、炉排变频器【１１１五路自动控制驱动输出回路，可实现五个回路全自动控制和 手动调节。 （４）接口板全部满足工业设计标准，采用光电隔离器，保证系统具有极强抗干 扰能力，使系统可靠运行。Ａ／Ｄ采样，Ｄ／Ａ输出板，均达到工业级高精度强抗干扰标 准。１．３．２算法研究工业锅炉作为典型的多变量系统，其耦合性是很严重的。多变量系统在稳定性、７华中科技大学硕士学位论文非关联性和精确性三个指标间综合平衡多变量系统的设计原则，基本的原则有：自治原则、解耦原则、协调跟踪原则、采用补偿原理构成复杂控制系统的原则。在工业锅炉这个对象中，各参量间的耦合是存在的，且关联程度很强，若仅仅是简单地将其硬 性分为若干个单变量系统进行分析与设计，将不仅不能得到满意的控制效果，甚至得 不到稳定的控制过程。其作为多变量紧耦合的受控对象如图１－２所示。 分析一下工业锅炉的动态特性，可将其分为热量平衡与物料平衡两个互相关联的 子系统，从工艺特点上看，也即分为燃烧系统和给水系统两部分。为此，我对研究对象错锅炉提出的算法思路是：采用智能控制，并对给水及燃烧系统采用不同的控制算法来优化锅炉的效率。 给水 汽压 送风 引风 炉排 炉温 水位信号 盈１．２多变量紧耦合受控对象 自动控制中的智能控制是比较高层的一种控制系统。对于一些仪表，机器及设备 负压 给水执行器 炉排电机转速 鼓风机执行器 引风机执行器的所骨‘智能”，并不代表智能控制中的“智能”两个字。我们知道，智能是针对人类的大脑而言的。人类有形象思维的能力，有从物质的表面抽象到内部的能力，有接收非完备信息而后进行决策的能力，可以说，人体及人的大脑本身是自动控制领域中所研究的最为复杂、最为精密的系统。智能控制，即是让控制能模仿人的行为，对未知事 物去学习、适应，并进行推理、判断后完成控制功能。由于４撑锅炉的特殊性，故重点阐述有关它的算法。我将其分为最重要的给水及燃烧系统，并分述如下： （１）给水系统将采用智能ＰＩＤ参数自整定算法ｆｂⅡ１６１【翔。对于多变量系统，通常 用如下指标：稳定性、关联性、整体性、瞬态特性和稳态误差来衡量系统的性能，而 多变量ＰＩＤ控制器设计方法很多，归纳起来分为两大类，一类是基于传递函数矩阵模８＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝型的多变量系统频域设计方法，例如：以Ｒｏｓｅｎｂｒｏｃｋ教授为代表的特征轨迹设计方法，英国学者Ｊｏｈｎ Ｅｄｍｕｎｄｓ提出的较适合于计算机实现的多变量参数最优化设计方华中科技大学硕士学位论文法；另一类是基于状态空间模型的时域设计方法，例如：极点配置设计方法，多变量系统的介耦控制以及模型跟踪系统的设计方法等。ＰＩＤ自整定控制器如图１．３所示：Ｕ图１．３多变量自整定ＰＩＤ控制在上图中，Ｕ１、Ｕ２为控制作用，学习器将系统的被控参量及操纵变量的信息进行处理，然后估计控制器Ｃ１和Ｃ２的参数Ｋｐ、Ｋｉ及Ｋｄ，以实现多变量非线性ＰＩＤ控制的在线自整定。（２）燃烧系统中，通常采用控制烟气氧含量来间接控制“空燃比”的方法，可以 保证空气量和燃料量保持一定的比值关系，却不能保证锅炉一直处在热损失最小、热效率最高的最佳燃烧状态下。从烟气化学成分分析可知，通过测量烟气中的氧含量就 可以获得空气过剩系数ａ，而锅炉热效率与空气过剩系数ａ有着如图１．４所示的关系，可以将燃烧区域分为空气不足区、空气过剩区与最佳燃烧区，在最佳燃烧区中存在最佳燃烧点。为此，这里将提出自寻最优方法寻找锅炉的节能燃烧，其参数是最佳空气 过剩系数ａ，其与负荷间的关系如图１．５所示：９华中科技大学硕士学位论文ｎ热 效 塞Ｏ‘泳．欠氧燃 烧区 量佳燃 过氧燃ａ空气过剩系数麓烧区圈１．４热效率与ａ的关系Ｄ负 荷ａ空气过剩系数 圈１．５最佳空气过剩系数ａ与负荷的关系针对最佳空气过剩率随负荷变化的情况，国内外对此已有一些研究成果：（１）模型优化。这种方法需根据司炉工的经验，经过长时间的观察，记录积累了不同负荷下 认为是燃烧工况最佳的烟气氧含量数值，然后利用这些数据通过线性回归的方法，确立了最佳氧含量随负荷变化的数学模型，当负荷变化时，根据这一模型自动修正氧含 量的定值，从而达到最佳燃烧的目的。这种方法的优点是，模型是离线计算好的，所 以寻找最优值速度快，而且对工况没有干扰；缺点是所采集的数据量有限，还掺杂人 的经验，模型精度难免受影响。（２）热效率在线自寻优。这种方法在线计算锅炉的热 效率，逐步寻找到热效率最高时对应的ａ。这种做法的优点是不需要对象准确的数学 模型，只需知道它有极值关系存在，就可以在线寻找到最优点。但是，由于燃煤锅炉 的大滞后，会导致寻优周期长，若在寻优过程中，负荷又发生了大的变化，则寻优将重新进行。同时，由于测量仪表的精度等原因，使寻优的灵敏度不高，很难真正找到 最优点，只能找到近似的最优点。故上述两种方法都存在一定的缺陷，尤其是对本文 所研究的链条炉，由于是新建的锅炉，司炉工对其特性还不太熟悉，很难准确建立最佳空燃比与负荷的关系模型；另外由于燃料煤的煤质、颗粒度、含水情况和煤量大小；―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――一难以准确计量等原因，使锅炉的热效率难以准确计算，在线自寻优也难以达到优化的 目的。链条炉的主要特点是煤在炉排上的燃烧是以层燃方式进行的，是分区、分段缓慢进行的，所以燃煤锅炉燃烧系统的燃烧过程长，具有较大滞后。在燃料量一定的情华中科技大学硕士学位论文况下，炉膛温度和锅炉熟效率有一一对应关系，根据燃煤炉的实际情况，本人打算以 锅炉的炉膛温度作为目标函数，在燃煤量一定的前提下，通过改变风量的大小，寻找 炉膛温度的最高点，此时的过剩空气系数即为当前负荷下的最佳值。从以上的理论分 析可知，在燃料量不变的前提下，炉膛温度与锅炉热效率是一一对应的，炉膛温度相对于空气过剩系数有极值点存在。为此，可以编制变步长的自寻优算法，以达到以炉 膛温度为目标函数寻找最佳空燃比的目的。Ｉｌ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝｛＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＃＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝２华中科技大学硕士学位论文ＤＺＬ３５．１．２５．Ａ锅炉控制系统２．１北新集团锅炉简介在前一时期，我参与了北新建材集团有限公司动力分厂的工业锅炉控制系统的设计与改造项目。该分厂为全厂（包括家属区）提供生活用暖，各车间的动力蒸汽，用 来洗涤、干燥反应剂合成，树脂及为涂料升温、中央空调提供动力。之前，该分厂配 备有三台小型燃煤锅炉，ｌ撑、２样是使用抛煤机的２０ｔ／ｈ工业锅炉，３撑是１０ｔ／ｈ的链条炉， 这三台锅炉比较老式，控制设备落后，运行多年，基本上由司炉工凭经验通过手工和 仪表来操作；４撑是新近由大连锅炉厂设计安装的３５吨节能型燃煤工业链条炉，因采 用澳大利亚的新技术，是全国相同吨位中体积最小的新型燃煤锅炉。公司特为４撑锅炉配备了变频调速器【１２１１１３１，分别用于错炉的上水、引风、鼓风、炉排及二次风。该 公司决定：对销锅炉设计，安装一套全新的控制系统。具体要求是：实现锅炉的高 度自动化运行．燃烧效率为９０％以上，热效率达８０％以上，排烟林格曼黑度达到一级以下，具有水位上下限及气压上限的报警功能，并一次性通过劳动局的安全验收。２．１．１锅炉型号及其解释ＤＺＬ３５．１。２５－Ａ型锅炉为：单锅筒纵置式链条炉，额定蒸发量３５吨／，Ｊ、时，额定压力１．２５Ｍｐａ，燃料为烟煤。２．１．２锅炉简图如图２．１所示：华中科技大学硕士学位论文ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７阎筒壁筒箱 烟主上水下 炉 道汽锅冷锅连排图２．１４椭炉筒圈２．２控制系统总体设计工业锅炉控制的对象是北新集团动力厂一台ＤＺＬ３５―１．２５．ＡＩＩ型链条工业锅炉 （４戢户），最大产汽量３５吨／４，时，最大蒸汽压力１．２５ＭＰａ。该厂在不同季节的用汽量相差很大，夏季用汽量只需要８吨／，Ｊ、时左右：而冬季需采暖，用汽量可高达３５吨／小时。 工厂对整个锅炉系统的控制要求是：华中科技大学硕士学位论文（１）实现水位自动调节；（２）保持蒸汽压力稳定，实现经济燃烧；（３）维持炉膛负压； （４）自动、手动的无扰动切换。 根据上述要求及工厂实际情况，将工业锅炉控制系统设计成如下系统：上位机选用ＩＢＭ－－ＰＣ／ＸＴ，配彩色显示器和一台打印机，它具有双重作用，既要对４拌锅炉进行控制，完成多功能画面显示、定时报表打印、超限报警等功能，又要负责协调整个 系统的运行。上位机与系统采集其他数据的下位机之间通过ＲＳ―２３２串行接１：３时行 通讯，因此便于系统进行扩充。在将来实现全厂的计算机联网时，只需将上位机并入 就可以了。 整个系统结构框图如图２．２所示：图２．２系统结构框图为实现上述控制功能，首先将现场信号采集进计算机内，其次还必须能执行计算 机输出的命令动作。根据对整个锅炉系统的研究，考虑到本项目的资金情况，并参考现有的一些锅炉计算机控制系统的配置，决定采用ＤＤＺ―ＩＩ型电动单元组合仪表执行 具体的信号采集与现场动作。对４＃锅炉，其配置如图２．３所示。 对上位机来讲，其采集信号还包括生产用汽量、生活用汽量、除氧用汽量和总管汽压。１４ｌ＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝―＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝华中科技大学硕士学位论文ＤＢｃ．３３０Ｂ图２．３卅锅炉系统配置管理系统是另外一项复杂的研究工作，本文只讨论如何对４撑炉进行控制的研究 工作。２．３４捍工业锅炉的系统划分工业锅炉是由许多相互关联的部分所组成，各部分的协调配合才能使工业锅炉的工作处在最佳状态。为便于分析、研究和进行控制，一般按照各部分的功能，将工业锅炉划分成如下几个相对独立的系统： １）水位控制系统 水位控制系统在工业锅炉控制系统中占有重要地位。为保证锅炉能连续、安全地 运行，必须保证锅炉的给水正常，通常这项指标是由锅炉的上锅简水位来判定的。 在锅炉正常运行时，应保证锅炉水位（即上锅筒水位）处在某一位爱上（一般为华中科技大学硕士学位论文中水位处），这是由锅炉的安全运行与所生产的蒸汽品质共同决定的。水位过低，则 锅炉发生缺水事故，这时如处理不当，会造成锅炉设备的严重损坏，如果在锅炉严重 缺水的情况下进水，甚至会导致工业锅炉爆炸，后果不堪设想；水位过高，则锅炉发 生满水事故，从而造成蒸汽的大量带水，导致蒸汽管道发生水冲击，降低蒸汽品质， 影响正常供汽，严重时甚至会造成管道积垢，损坏用汽设备。所以上述两种情况，都是锅炉正常运行所不允许出现的。２）燃烧控制系统 燃烧控制系统的任务有两点，首先要维持蒸汽压力稳定，这就要求供给合适的热 量，一般是通过调节给煤量，即调节炉排转达速来达到这个目的；其次是要求经济燃烧，即要求锅炉燃烧的煤颗粒在炉膛的滞留时间，提高室燃烧效率，减少飞灰。但负压不宜太大，否则，会增加炉膛的漏风，使未经空气预热器加热的冷空气进入炉膛，还会使燃烧的火焰中心后移，加强后墙结焦，增加热损失；炉膛漏风也会影响尾气含氧量的检测，使控制品质变坏。 炉膛负压的控制一般是通过调节鼓风量来实现。１６华中科技大学硕士学位论文＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝一３水位控制３．１水位控制系统特点及机理模型分析水位系统控制效果的好坏，直接影响生产蒸汽的品质及锅炉的安全运行。根据文献［１】，工业锅炉的汽包水位主要与蒸汽流量和给水流量有关，并存在“假水位”现象，在蒸汽流量不变时，给水流量做阶跃变化，水位的响应曲线如图３．１所示，基本上可视为纯滞后与积分影响环节的串联。ｄ一，一Ｇｏ＝＝＿一（３．１）给 水 流 量Ｔ水 位Ｔ图３．１给水扰动对水位的影响产生纯滞后的原困，是由于给水温度低于汽包内汽水混合物的温度，使其中的蒸 汽泡收缩，而使液位短时间内并不升高。 在给水流量不变，蒸汽负荷做阶跃变化，水位的响应曲线如图３＿２所示，呈现出 很明显的“假水位”现象。其产生原困，是由于蒸汽的气体性质，蒸汽量的加大使蒸汽 压力减少，造成汽水混合物中的蒸汽泡膨胀，使液位反而上升，可近似描述为：１７华中科技大学硕士学位论文Ｇ郧卜专＋南蒸汽流量Ｔ（３．２）水位Ｔ圈３．２蒸汽扰动对水位的影响所以水位控制系统可由图３．３的框图近似描述：干扰通道耋主通道水位Ｙ圈３．３水位系统被控对象框图 即ｙ（ｔ）＝ｙｌ（妒ｙ２（ｔ）令采样周期为０，给水流量为ｕ，蒸汽流量为Ｆ，则有其中ｋＩ＝，ｃＩ／０一?－－－－－－－－一Ｙｌ（ｚ）分Ｚ。１。 “（ｚ）正１－Ｚ一１（３．３）豢一高蜊Ｆ１－ｅ－一Ｏ／Ｔ３Ｚ，（ｚ）Ｔ２（１一一‘）～”１／ｒ 一Ｐ一８ｚ，，。＠一‘”’斗’１８华中科技大学硕士学位论文＝詈铷＋ｆ－禹＋ｃ嘲聃ｉ）一善眇 ［ｙ（七＋?）一ｙ（后）】一ｅ一砉Ｄ（ｋ）－ｙ（ｋ－Ｄ】一［一ｅ一昙）一爿扩（ｋ）－ｆ（ｋ－１）ｙ（ｋ 一罢●一罢一?ｐｃ七一－，一－筹ｌ［ｕ（ｋ－ｋＯ－ｕ（ｋ－ｋｘ－１），［ｙ（七＋１）一Ｊ，（后）】一ｅ５Ｄ】一ｆ ｋｏ（１―Ｐｆ（ｋ】Ｊ一导『１－ｅ－８ １／ｄ（．ｉ｝一＆一１）：ｏ 五ｌ Ｊ、‘’。（３．５）…。令口扣ｅ～，ｆｌ＝ｋｏ（１－ｅ－＃尹一罢，＝暑（ｅ号一?，］，Ｊ＝詈一Ｊ（１一妨甜（壹一ｋｌ一１）＝０Ａｙ。（ｋ＋Ｉ）…－蛆ｙ（ｋ）－，ｆｌ、Ａｆ（女）一矿（㈣一泓Ｍ（ｋ－ｋ１）（３．６） …。７司见式（３―６）中参数很多，而且还出现参数的乘积项，使辨识困难。参照图３．２ 可知，如将干扰回路也视为纯滞后与积分环节的串连，其近似程度还是很好的，这样 系统就可简化为：ｍ＋１）叫卅詈“（ｋ－ｋＩ－１卜－。暑，２其中毛２罟，如２万，Ｚ，－２１９ｆ（ｋ－ｋ２）华中科技大学硕士学位论文３．２水位系统控制方案水位系统是定值控制系统，工业生产中对这类系统的控制已积累了很多经验，实践证明，使用ＰＩＤ调节器进行控制就能取得满意的效果。长期的实际经验表明，ＰＩＤ调节器具有相当高的可靠性，并具有一定的“鲁棒性”（ＲＯＢＵＳＴ），其缺点是参数整 定困难，对时变系统的适应能力不够好。 从式（３．７）可以看出，输入的第一项为第ｋ拍中流入汽包的水使液位的上升量， 第二项为第Ｋ拍中流入汽包的蒸汽使液位的下降量，其间存在着水平衡，即： 锅炉进行水量＝蒸气量＋损耗 其中损耗包括锅炉的自用汽和“跑冒滴漏”。 现有的水位控制系统有单冲量、双冲量、三冲量等几种方案，严格说来，无论哪 种方案都不能完全消除“假水位”的影响，因为汽包压力受许多因素的影响，总是不断 变化的。 以蒸汽负荷这个主要的外扰因素与给水流量的差值做为前馈调节，设计出如图 ３．４所示的三冲量水位控制系统。 其控制思想是：假设锅炉系统的进水与出水是平衡的。如此时液面Ｌ低于给定值， 则主回路使调节阀开大，给水量加大，而给水量的增加破坏了水平衡，前馈回路的趋势是使用调节阀关小，给水量减少，两者共同作用的结果使给水量不会增加很快，这恰恰起到了一种对付纯滞后有效的方法ｗａｉｔ 生振荡。ａｎｄＳｅｅ（等等瞧）的效果，使之不会产２０华中科技大学硕士学位论文圈３．４三冲量水位控制系统３．３ＰＩ调节器的参数整定在被控对象未知时，ＰＩＤ参数的整定需要一定的技巧和经验；而当过程参数已知时，则可依据已有的经验公式进行ＰＩＤ参数的整定。 设控制系统框图如图３．５所示：Ｙ（ｔ）ｙ（ｔ）图３．５控制系统框图模拟ＰＩＤ调节器的调节规律为：《ｔ）＿ｋｐ［ｅ（ｔ）＋１厂ｒＪｅ∞ｄ什Ｔｄｄｅ（ｔ）／ｄｔ】ｅ（ｔ）；ｒ（ｔ）－ｙ（ｔ）（３．８）其中：ｋｐ是比例系数；Ｔｉ是积分时间常数ｒ（ｔ）是设定值，ｙ（ｔ）是过程的输出值，ｕ（ｔ）是调节器的输出值对式（３．８）离散化，设采样周期为ｈ，得：２ｌＧ（Ｚ）：巧＋等＋华其中：Ｋｊ．ｐ＝Ｋｊ，Ｋｐ。乃＝局亦可写作：‰（ｚ）＝型咎挲叫ｚ）在这里：（３．９），Ｄｏ＝ｘ。＋坻＋髟，办只＝一Ｋｓ，一２Ｋａ／ｈ（３．１０）最＝Ｋｄ／ｈ不论受控对象是线性或非线性系统，在工作点附近均可以用一个两阶段带纯滞后 的线性系统来描述，设为：粤ｚ一：―掣了Ｚ一。Ａ（Ｚ＿１）１＋口ｌＺ叫＋口２Ｚ＿１（３．１１）这里，ｄ表示时滞，护ｏ，ｂｏ≠０，ｒ＝％匈牙利科学院自动化所的ＢａＩｌｙａｓｚ提供了一种经验性的ＰＩ Ｄ参数的ＲｏｂｕＳｔ设计： （１）使得ＰＩＤ调节器脉冲传递函数的分子多项式Ｐ（Ｚ）正比于Ａ（ｚ＿１），即：Ｐ（ｚ）＝（ＰｏＡ（ｆ１）：Ｐｏ（１＋ａｔＺ＋１＋ａ２ｚ＂２） （３．１２）也就是ｐｌ＝ｐｏ＊ａｌ ｐ２＝ｐｏ＋ａ２ （３．１３）（２）令ｐ＝ｐｏ＋ｂｏ，１３的选择使得开环传递函数的范数为Ｉ，故：（３．１４）Ｉ訾华中科技大学硕士学位论文设Ｘ＝ｈｏ），可知∥＝藤ａｒｓ（华等ｅ“）＝；ｘ：―ｚ％３３―－２１ａｒｃ云ｔｇｆ ｌ（，１可＋ｒｅ。－＇“）ｌ ＝?（３．１５）（３）Ｘ的选择使得超前相位角等于６０度，即：＠㈣解得：ｒ一：ｇ（工）（３．１７）采用Ｂａｒｔｙａｓｚ法的设计步骤如下： （１）根据已知的Ｒ，用迭代的方法解出ｚ ｘｉ＋ｌ－Ｉ／２陆＋ｇ列 （２）用公式（３．１５）解出８的值。 （３）用受控对象模型参数求ＰＩＤ参数（式３．１３）（３．１８）对水位系统的主通道，其过程为：ｅｒｌｓ参数离散化形姚警因此可得ＰＩＤ参数为： Ｒ＝１Ｉ『２（１－ｃｏｓ貉％厂――可，Ｐｊ＝一Ｐｏ，Ｐ２＝０由式（３．１０）ｋｐ＝ｐｏ，ｋｉ＝０，ｋｄ＝Ｏ 退化为比例控制器。因为水位系统的模型不很精确，也为提高系统的抗干扰能力，华中科技大学硕士学位论文参考文献的经验公式，选择Ｔｉ＝３．３＊ｕ，由此得到ＰＩ调节器为：吲ｓ咫Ｐ（１＋去）３．４水位系统的仿真研究（３．１９）在文献［４】中给出了一组水位系统主通道和干扰通道的实际参数，以此做为我们 的仿真对象，来验证调节方案和所选择的控制器参数。 仿真框图如图（３．６）所示，采样时间为８秒。其中的前馈补偿采用静态方式：ｙ（ｔ）图３．６水位系统仿真框图根据前面的推导，可计算出ＰＩ调节器的参数为：ＫＰ；１．５１６Ｔｉ＝２４０秒仿真结果分析如下： （１）图３．７为用Ｂａｎｙａｓｚ法设计的纯比例控制器的控制结果其中图３．７ａ为系统 的控制量及干扰量，因控制量的物理意义是给水流量，所以进行了最大、最小值限幅。 图３．７ｂ为系统的响应，可以看出，该控制器的控制效果还是令人满意的。在给定值做阶跃变化时，其输出最大超调量为４２．８％，进入５％稳态区间用时５６０秒左右。在干扰量做１００％的阶跃时，其最大超调量为一８．８２％，恢复时间为１６０秒左右。华中科技大学硕士学位论文静．Ｉｌ。１ｌ，ｌ；．１柚ｔ―ｎ２：ｌｊ埔ｇ髓Ｉｌ＂蕊ｆ花鲁‘图３．７比例控制器仿真结果（２）图３．８为用Ｂａｎｙａｓｚ法设计比例系数，由经验公式求出积分时间常数得到 了控制结果，其中图３．８ａ为系统的控制量及干扰量变化曲线；图３．８ｂ为系数得响应曲线。可以看出引入了积分器械后，系数性能明显恶化，其超调量达９４．５％，进入５％的稳态区域时间为２５２０秒左右，在扰动量产徨１００％阶跃时，其响应基本与比例控制器相同，但速度变慢，进入稳态时间长达８００秒，产生这种现象的原因是由于太误差时的积分积累在误差减小后迟迟没有消除，即发生积分饱和。’２挝０花２ｌ图３．８ＰＩ调节器仿真结果（无变速积分）华中科技大学硕士学位论文（３）上面的仿真结果说明，对没有加积分分离的ＰＩ控制器其控制效果甚至还不如此例控制器，为此我们采用变速积分，将积分时间常数设为一个函数Ｋｉ＝ｆ（ｅ），其取值如下：弘Ｉ鼢。叫ｌｅｌｉＫｊＫｉｏ（３＿２０）０困３．９ａｂｌ‘ｉ的取值如图３．９所示，即在大偏差时取消积分作用，在偏差中等时积分作用逐步加大，再小偏差时取最大值。 图３．１０即是将这种策略应用于上页（２）的结果。图３．１０ａ为系统的输入量和扰动量。图３．１０ｂ为其阶跃响应，此时在给定值的阶跃变化下，其最大超调量为２．１ ｌ％， 进入５％的稳定区域时间为５６０秒，对干扰的阶跃扰动其超调量为．９．１２％，调整时间 为８００秒，各项指标均与纯比例调节器相接近。２６华中科技大学硕士学位论文７２２ｊＯ０图３．１０即将这种策略应用于ＰＩ调节器的仿真结果２７华中科技大学硕士学位论文４燃烧系统控制方案设计４．１特点分析正如在第二章中所分析的那样，燃烧系统比较复杂，并有如下特点：（１）采用链条炉排给煤的锅炉，在燃烧过程中，块揍ｌ进入炉膛后不是立刻燃尽，而是随着炉排的前进逐步烧尽的，其燃煤几乎铺满整个燃烧段平面，因而是一个具有 较大纯延时的时变系统。 （２）由于燃烧和传热是一个复杂的物理化学过程，因此该系统是一个复杂的非 线性系统，无法建立准确的数学模型。 （３）负载不稳定，工厂在不同的时间段用汽量有很大变化，因此对系统具有很 强的干扰。 （４）系统的输入量（给煤量、送风量、引风量）和系统的输出量（汽压、含氧量、炉温、炉膛负压等）之间存在有一定的耦合关系，因而是一个多变量系统。燃烧系统的控制目标有以下几个： （１）维持汽压稳定，这是整个锅炉系统的主要控制目的。 （２）保证燃烧过程的经济性，提高热效率。 （３）使炉膛压力维持在微负压状态。根据上述目标，以给煤量、鼓风量、引风量为输入量，蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压为系统的输出量，用下式（数学模型）来描述锅炉的燃烧过程： ｙ（ｔ＋ｋ）２ｆ（ｙ（Ｏ。ｙ（ｔ－ｎ１），ｕ（ｔ），，，ｕ（ｔ－ｎ２）｝＋ｖ（ｔ） 其中：（４．１）ｒ。’２ｌ冀翟ｊ “ｐ’２ｌ毫翟ｊ七＝‘ｔ＇七２’七３１为三通道延时２８ｍ）］卜）１华中科技大学硕士学位论文ｙｌ（ｔ）：汽压 ｙ２（ｔ）：炉温 ｙ３（ｃ）：负压 上式经线性化可得： ｙ（ｔ―咄）＝Ａ（ｑ‘１）ｙ（ｔ）＋Ｂ（ｑ‘１）ｕ（ｔ） 根据文献【２２】的辨识结果，上式中Ａ、Ｂ如下（４．２）ｕｆｆｔ）：给煤量 ｕ２（ｔ）：鼓风量 ｕ３（ｔ）：引风量 ｖ（ｔ）：系统扰动４ｃｑ。，＝ｒｌ墨。＋ｑ１彳｛１＋ｑ２９－２ ｄ：。＋；：‘。“６１１０＋ｂｕＩｇ一１Ｂ（９叫）＝ ｂｏ＋屯１１９一１Ｏ ｂ１２０十ｂｔ２ｔｑ。１ ｂ口１＋ｂ２２［ｑ。１Ｏ０口３卜０口 ） ｇ一０ Ｏ硝＋ｂ：２１一长Ｏ ３÷６轺 ｇ一可见输出已然解耦，而输入的耦合并不重，因而可将系统分成三路计算，各路均采用前馈一反馈复合控制，从而使问题简化。三条回路中，以汽压控制及经济燃烧较为复杂，做为本节控制方案的设计重点。４．２控制方案的设计模仿仪表控制系统，依靠检测汽压的偏差大小调整给煤量，同时自动配比给风量， 这种方案无疑是最简单的，但效果只能与仪表控制系统相当，没有发挥应用计算机进行控制的优越性。从燃烧机理上讲，在燃用直径为１５－－２０ｒａｍ的煤块时，炉温只要达到 １０００－－－１１００＂Ｃ，就己工作在扩散区，在此区域内，要提高煤的燃烧速度，只有提高气 流扩散速度。对热量传递过程的定性分析如下： 假设风爆比最佳，燃料在单位时间内释放出Ｅ的热量，其中用来加热煤的为Ｅｌ， 用来加热空气的为Ｅ２，用来加热水和水蒸汽的为Ｅ３，其它为ｏｔｈｅｒ（９９Ｆ），则有：Ｅ＝Ｅ １＋Ｅ２＋Ｅ３－，－０ｔｈｅｒ２９：：：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝≈＝＝＝＝＝＝＝一如此时汽压偏低，则要求炉膛温度升高，设这时的燃烧处在扩散区，由燃烧机理华中科技大学硕士学位论文可知，加大鼓风有利于加快煤的燃烧速度，煤的燃速加快使热量的释放相对集中，在某一区段内，由于燃速加快所增加的热量△Ｅ大于加热多余空气所需用的热量△Ｅ２ 时，该区段的温度会有局部升高，这时增加给煤量，就会取得较好的效果。 反之，当汽压偏高时，先行减少给煤，如这时的燃烧处在扩散区，过量的空气会 使燃烧加快，导致炉膛的局部温度上升，但由于给煤量的减少，整个炉膛的平均温度 会下降，这时减少给风量，可取得满意的效果。 基于以上分析，利用计算机的逻辑判断能力，可设计出一个双路系统：在要求增 加供煤时，采用空气先行的串级调节：在要求减少供煤时，采用燃料先行的串级调节。 这样，既符合燃烧机理，也可避免因冒黑烟而污染大气，该双路系统见图４．１。图事１燃烧系统控制框图块煤的成份及燃烧机理比较复杂，目前还没有绘煤量的有效检测仪表，只能依据 煤层厚度和炉排转速来进行估计。经济性燃烧就是选择最佳的风／煤比值，正如前面 所分析的，送风量过多、过少都会引起热效率的下降。 为使煤燃烧充分，实际送风量均大于理论需要值，因而烟道的烟气中就含有一定：＝＝＝＝∞＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＿＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝的残氧量，空气过剩系统可由此得到：华中科技大学硕士学位论文口：ｊＬ！塑二亟。ｊＬ２１―０２ １００ ２１―０ｚ口＝一―――――ｏ≈一其中ｑ。为化学不完全燃烧热损失。 对鼓风量的修正如图４．２所示。（４．３）Ｌｑ．ｊ，由于影响旺的因素太多，因而要求在所有工况下旺值为最佳是现实的。从原理上 讲，影响旺值的主要因素就是炉温，而负荷与炉温有一定的对应关系，由此得到氧量――＋巳］――。鼓风量校正０２检测量图４．２氧量信号校正框图即在大负荷下Ｇｔ取小些，在小负荷下ａ取大些。上面曲线的参量与各锅炉本身情 况有关，需现场整定。 要说明的是，这种关系只是操作人员对锅炉效率的一种估计，所提供的只是实现 近似最佳燃烧的可能性，实际的曲线未必如此，然而曲线的趋势是正确的。 另外，氧量的多少还与负压的大小有很大关系：负压大，炉膛的漏风也大。由于 空气中含氧量为２０．６％，故对残氧量的检测影响很大。因此单纯依靠负荷进行校正难 以达到最佳，为此引入如下操作人员的几条经验： （１）如含氧量偏高，而负压偏大，则不降低鼓风。这可理解为负压偏大引起的 漏风使氧量测量不准： （２）如含氧偏高，而负压过大，则减少鼓风量。即由过多的炉膛漏风代替少量 鼓风参与燃烧过程； （３）含氧偏低，而炉膛温度正常，则不提高鼓风。这说明目前燃烧状态良好，旺 可相对低些。 根据上面的分析可以看出，控制方案中有许多不确定的因素存在，而且氧量的校 正也只是基于－－｝ｅｅ操作人员的定性经验，因此，要求控制器具有良好的鲁棒性和一定 的自寻优能力。华中科技大学硕士学位论文４．３用模糊控制器对燃烧系统进行控制如上所述，由于燃烧系统的机理建模将一个时变的非线性系统简化成一个时不变的线性系统，而氧量对鼓风量的校正也只是基于操作人员的定性经验，因此对燃烧过程的描述存在着许多“模糊”的地方。对于这种“非完全己知和非传统模型描写的系统”的控制，是目前国际控制界的热点之一。一般情况下对这类系统多选用定性控制规则和定量控制相结合的办法，并采用多种控制器切换，以得到不同状态下的优良品质。采用模糊控制器可使燃烧系统具有良好的鲁棒性，而且便于实现用自然语言描述的控制。 １）模糊控制器简介 模糊集合论（Ｆｕｚｚｙ ｓｅｔｓ）是美国加利福尼亚大学控制论教授Ｌ?Ａ?Ｚａｄｅｈ于１９６５年 首次提出的，并在七十年代得到重视而迅速发展起来。由此推导出的控制方法特别适 用于比较复杂，难以用数学模型来描述的过程。 （１）模糊集合论的基本概念和运算规则 设ｕ是一个点空间，记作ｕ－｛ｘ），集合Ａ是ｕ中的模糊集合，是指集合Ａ的 性质由Ｕ在区间【Ｏ，ｌ】上取值的函数ｐ（ｊｃ）描述，Ｉａ（ｘ）称作Ａ的隶属度函数，ｕ 称为论域。 模糊集合Ａ的“补”定义为∥ｉ（ｊｃ）＝１一队（Ｚ）模糊集合Ａ与Ｂ的“并”定义为ⅦＥＵ（４．４）Ｄ＝ＡＶＢ§模糊集合Ａ与Ｂ的“交”定义为Ｖｅ∈Ｕ“Ｄ（ｅ）－－ｍａｘ［ＩｘＡ（ｅ），肛Ｂ（ｅ）】（４．５）Ｄ２ＡＡＢ岱模糊集合的高度定义为：ＶＰ∈Ｕ印Ｄ（ｅ）＝ｍｉｎＵ［ｐ．Ａ（ｅ），¨Ｂ（ｅ）】（４．６）ｍｍｆ（Ａ）＝ｍａｘ【队（ｅ）】ｅ∈Ｕ（４．７）设Ａ、Ｂ分别为ＵＡ、ＵＢ的模糊子集Ｃ＝ＡｘＢ§Ｖ（ｅＡ，ｅＢ）ｅＵＡ×ＵＢ（４．８）华中科技大学硕士学位论文Ｉ．１．ｃ（ｅＡ，ｅＢ）－－ｍｉｎ［１．ｔＡ（ｅＡ），帅（ｅＢ）】 Ｃ称为Ａ与Ｂ的笛卡尔积 若常数０５Ｐ５１定义数乘运算为Ｂ＝Ｐ?Ａ营Ｖｅ∈Ｕ（２）模糊控制器的实现∥口０）＝Ｐ－∥Ｊ（Ｐ）（４．９）一个缺乏精确数学模型的对象，很难用经典控制理论来处理，，但有经验的操作人员通过对系统的操作和控制，总可以得到一系列控制规则，凭借这些控制规则取得较好的控制效果，实际上，这些控制规则便构成了一个模糊的模型，我们所要实现的模糊控制，就是希望通过计算机来取代人们用自然语言描述的控制活动。通过模仿人的推理能力，构造出比较理想的控制器。模糊控制论正片在逐步发展阶段，许多问题尚待解决，目前已出现了多种模糊推理方法，以实现人类用自然语言所描述的控制。在文献（９）中，将模糊控制规则概括成一解析表达式：Ｕ－－（ａＥ＋（１－ａ）ＥＣ＞ ａＥ【Ｏ，１】（４．１０）式中的Ｕ，Ｅ，ＥＣ均为量化后的Ｆｕｚｚｙ变量，ａ称为修正因子。这一控制规则基 于这样一个事实：人们一般通过观察误差及误差的变动大小来决定控制量，上式中的 ａ实际上表征了对Ｅ与ＥＣ的不同加权，改变ａ就改变了误差在控制规则中所占比重。据此我们可得到模糊控制器如图４．３所示。图４．３模糊控制器实际上，我们应对ａ在不同情况下取值有所变化。当误差较大时，控制目标主要是消除误差，此时误差应在控制规则中占有更大比重；而误差较小时，为减少超调， 使系统尽快稳定，则主要根据误差的变化来进行控制。由此得到如下控制算法： （Ｉ）算Ｅ与ＥＣ，并将其量化成．７一＋７个等级华中科技大学硕士学位论文（２）ＩＦｌＥｌ＞ＥＭｌ ＴＨＥＮ ＵＯ＝ＫＧｌ＊ＳＧＮ（Ｅ）即当Ｅ很大时使用开关量Ｉ进行控制（３）ＩＦ』Ｅ ｌ＞ＥＭ２ＴＨＥＮ ＵＯ＝ＫＧ２＊ＳＧＮ（Ｅ）即当Ｅ很大时使用开关量２进行控制（４）ＩＦ （５）ＩＦ （６）ＩＦＩＥｌ＞４ ＴＨＥＮ＝０．８＊Ｅ＋０．２＊ＥＣＴＨＥＮ＝０．６＊Ｅ＋０．４＊ＥＣ Ｕ０＝ＵＰ＊Ｕｌ Ｅ』＞２ ｌＥ ｌ＜２ ＴＨＥＮ＝０．２＊Ｅ＋０．６＊ＥＣ上面的控制器采用开关控制与模糊控制器相切换，从而使调节速度、超调量、稳 定过程都比较好。 ２）模糊控制器仿真结果模糊对象是典型的热工过程』！￡，其框图如图４．４ １?ＴＳ。Ｘ２（ｔ）干扰量ＸＩ（ｔ）输入量图４．４仿真对象框图仿真结果如图４．５所示，可以看出其特性令人满意。量 值（ａ）０ｔ（ｂ）ｔ超调量９．１７％，进入５％稳态域时间３００秒 十扰量阶段（１．００―５００）下超调．１６６０／０，稳定时间：２６０秒图４．５模糊控制器仿真结果（ｔ）３４在对象变化为丽０．３ｅ－Ｉ”ｓ时，其控制曲线如幽所示，效果狮可以看出，模糊控制器对控制对象参数的变化不敏感。量 值图４．６模糊控制器仿真结果（２）再次改变对象模型，令其为鲁恭，得响应曲线如图４１７所示：量值圉４．７模糊控制器仿真结果（３）可以看出其控制效果不好，有很大超调量，经简单地调整Ｐｕ及开关输出量，系统响应如图４．８所示：一―――――――――――――――――――――――――一３５华中科技大学硕士学位论文量 值图４．８模糊控制器仿真结果（４）亦即不必调整规则，而只改变输出增益Ｐｕ，就可得到良好的控制结果。 由以上的仿真结果可以看出，模糊控制器的鲁棒性极好，在对象参数大范围变动 的情况下仍能保持良好的控制特性。上面的仿真模型就是文献【６】中对燃烧系统的描述。因此，可用模糊控制器对锅炉燃烧过程进行控制。４．４经济性燃烧的经验引入及小范围自调整模糊控制如前所述，人们在努力实现经济燃烧方面已积累了很多定性经验，如由含氧量与负压决定对鼓风量的调整等，这些定性经验作用到实际系统时要转达化成定量信号， 而且随着过程的变化，如煤种变化等，同样的定性规则所要求的定量信号不同，这就要求系统有一定的自学习能力。 基于控制规则的模糊推理有多种方法，其中文献［２７１中提出的一种单输出模糊控制算法较为简便，且不会产生凹现象，其形式如下：设Ａｌ、Ａ２…ＡＫ和Ａｕ分别是ＧＩ、Ｇ２…ＧＫ、Ｇｕ的模糊子集，Ｅ１、Ｅ２…ＥＫ和Ｅｕ分 别是Ｇｌ、Ｇ２…ＧＫ和Ｇｕ上的语言变量，则一条控制规则即为一个模糊函数。Ｒ：ＧＩｘＧｚｘ…×ＧＫ－÷Ｇｕ Ｅｕ＝Ｒ（Ｅｌ，Ｅｚ…ＥＫ）（４―１Ｉ）华中科技大学硕士学位论文 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；＝＝＝＝；；＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝一＝ｍｍｆｆ（ＥｌＡＡＯｘ（Ｅ２＾Ａ２）ｘ．．．ｘ（Ｅｎ＾ＡＫ）】．Ａｕ 一个控制器即为一组这样的规则，即 Ｅ‘＝Ｒ’（Ｅｌ，Ｅ２，…，Ｅｋ）＝ｍｍｆ［（Ｅ．＾４１１）ｘ（Ｅ２ｉ＝１，２，３，…，ＮＡＡ２ｉ）ｘ???（Ｅｔ ＡＡｋ＊）Ｊ?Ａ‘（４．１２）对一组输入量，每条规则都有相应的输出量，以这些输出量的“重心”做为这一组 输入量的对应值，即为：铲兰％。其中Ｃｉ为第ｉ条规则的输出Ｅ ２Ｃ‘的中心元素ｍｉ－－ｍｍｆ（ｅ‘） 对于一个实际测得的精确值ｅ＝ａ可视为一个模糊集Ａ∽） ∽删；仨蓁ｉ：一个两输入、单输出系统的例子如下： 设控制规则如图４．９所示，其中，∽… ）Ｐ＆一正大，ＰＭ一正小，ＰＳ一正小，Ｏ―零，ＮＢ一负大，Ⅻ小一负中，ＮＳ一负小ＮＮＢＭＢＮＭＮＳｏＰＳＰＭＯ Ｏ ＮＳ ＮＳ ＮＢ ＮＢ ＮＢＰＢＰＢ ＰＢＰＢ ＰＢＰＢ ＰＢＰＢ ＰＢＰＭＯ Ｏ ＮＳ ＮＳ ＮＢ ＮＢ ＮＢＮＭＮＳ Ｏ ＰＳＰＭＯＮＳ ＮＢ ＮＢ ＮＢＰＭ ＰＭＰＳ Ｏ ＯＰＭ ＰＭＰＳ Ｏ ＯＰＭＰＳ ＯＰＭＯＮＭＮＢ ＮＢＰＭＰＢＮＭＮＭ图４．９控制规则表华中科技大学硕士学位论文各量的隶属度函数如图４．１０所示。．６ ＰＢ ．５－４．３．２．１Ｏ１２３４ Ｏ．５５ １．Ｏ Ｏ．５６ １．ＯＰＭＰＳ Ｏ ＮＳ Ｏ．５ ０．５ １．Ｏ １．Ｏ １．０ Ｏ．５ １．０ １．０ ０．５ ０．５ １．０ Ｏ．５ １．０ ０．５ １．Ｏ １．００．５ １．Ｏ Ｏ．５１．Ｏ ０．５１．ＯＮＭＮＢ图４．１０隶属度函数表由于设定的隶属度函数是对称的，且形状相同，因而可用其中心元素征来表片这 些模糊集合，可得图４．１ｌ所示的控制规则表。×ＮＢＮＢＮＭＮＳ０ＰＳＰＭＰＢ５．５ ５．５ ３．５ ３．５５．５ ５．５ ３．５５．５ ５．５ ３，５５．５ ５．５ ３．５ Ｏ３．５ ３．５ ００ Ｏ ?１．５Ｏ ０ ―１．５ －３．５ ．５．５ ．５．５ ．５．ＳＮＭＮＳ Ｏ设现时刻输入值为Ｅ＝５，ＥＣ＝．２由３．３４及上面两个表格可求得：由于在模糊控制器中，隶属度的确定及控制规则的选择均由主观确定，难免带有不Ｕ＝一＝～＝３．５ １．５ ．１．５ ．５．５ －３．５ ―５．５ ．５．５ ＰＳ １．５ １．５ ０ －３．５ ．５．５ ．５．５ＰＭＰＢＯＯ．３．５ ．３．５．５．５Ｏｕ：―Ｅ―Ｃ』．Ｌｍ．：―－１．５ｘ１＋（０．５ｘＯ）＋（０―．５ｘＯ）＋（０．５ｘ（－Ｉ．５） ：－ｏｎ．９圉４．１１甩中心元素表示的控囊ｌ规耍ｌＩ＝轰．ＶＯ－５．５－５．５｛ Ｉ，） （４Ｉ．１５）ｚ竺１＋０‘５＋ｏｊ＋０’５合理的成分洇而必须解决自学习问题．现有的自学习方法一般是按式（３．４）将所有输入状态下的输出求出，列成一张控３８华中科技大学硕士学位论文一＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝＃＝＝＝＝；＝＝＝；＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝；＝＝；制表，按增量模型求出对应输出下的输出增量，对控制表进行修改． 这有两点不妥：其一，在干扰量较大时，由干扰引起的输出变化对控制表破坏很大； 其二，学习结果完全脱离了原来规则，无法还原成控制规则的形式，即脱离了人的推理方法．为此，我们试图从控制规则的角度进行学习：若被控对象的增量模型为ＡＹ（Ｋ）＝Ｍ△Ｕ（Ｋ干１）其中：ｆ为纯时延步数（４．１６）现时刻输出为Ｙ理想输出为ＹＯ，△Ｙ＝ＹＯ－Ｙ由增量式求得△ＵⅨ一ｔ－Ｄ＝Ｍ“△Ｙ（Ｋ）若ｔ步前的输入值为Ｅ１，ＥＣＩ，其控制规则为：ＩＦ Ｅ＝Ｅｌ ＡＮＤ ＥＣ＝ＥＣｌ ＴＨＥＮ Ｕ＝Ｕｌ （４．１７）则应修改为：ＩＦ Ｅ＝Ｅ１ ＡＮＤ ＥＣ＝ＥＣｌ １啊匝Ｎ Ｕ＝ＵＩ＋ＡＵ （４．１８）而实际上，ｔ步前的输入是由整个控制规则决定的，由此我们想到对规则的修改也应如此。 分析式（３．３４）可以看出，输出量是以ｍｉ对ｃｉ的加权结果。 因此对控制量的修改为：Ｕ＊ｉ＝Ｕ １日ｉ＋ｍｉ△Ｕ（ｋ?ｐ１） （４．１９）仍以前面的控制表为例，设现在由过程的输出量求得在Ｅ＝５，ＥＣ＝－２时，输入应为．１．４，则△ｕ―Ｏ．５，按式（４．１９）修改后的控制表如图４．１２所示。 框图内为发生变化×ＮＢＮＢ ５．５ ５．５ ３．５ ３．５ １．５ Ｏ ０ＮＭ５．５ ５．５ ３．５ ３，５ １．５ ０ ０ＮＳ ５．５ ５．５ ３．５ １．５ ０ ．３．５ ．３．５Ｏ ５．５ ５．５ ３。５ Ｏ ．３．５ ―５．５ ―５．５ＰＳ ３．５ ３．５ Ｏ －１．５ ．５．５ ．５．５ ．５．５ＰＭＯ ．０．２５ ．１．２５ ．３．５ ．５．５ ―５．５ ―５．５ＰＢ Ｏ ．０．２５ ．２。Ｏ ．３．５ ―５．５ ．５．５ ．５．５ＮＭＮＳ Ｆ０ ＰＳＰＭＰＢ图４．１２修改后控制表３９华中科技大学硕士学位论文对比修改前后的控制规则可以看出，在一个小范围内控制规则均发生了变化，因 此我们称这种控制器为“小范围调整模糊控制器”（Ｓｍａｌｌ．Ｒａｎｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），简称ＳＲＴＦＣ。Ｔｕｒｎｉｎｇ Ｆｕｚｚｙ这种控制规则修改法与人的学习有某些相似之处，因为人对某一给定量的变动， 不仅对这一输入本身有影响，而且人的推理能力使其对临近的其他输入也有影响，ＳＲＴＦＣ正是反映了这一点，即学习不是“单点式”的，而是“小范围式”的。 使用新的控制规则表，在Ｅ＝５，ＥＣ＝－２时可求出Ｕ三．１．２５，而非所需的一１．４，这是 因为ＳＲＴＦＣ对规则的修改为式（４．１９），以ｍｉ对△Ｕ进行加权，即：ｕ＝挣勉２阶暑姗△］／缸／ｔ，ｌａｍｌ ２） ｉ）ｏｚ－４（这类似于人在控制时进行的试探，其学习是步进式的，需要多次修改才会完善。采用图４．１１的控制规则，对―０．３ｅ―～进行控制的仿真结果如图４．１３所示，其 一…‘～。。’…’’’‘’一… …＋…１上１８０Ｓ特性不能令人满意。加入自学习后，结果如图４．１４所示，其控制效果有了很大改善。 量 值图４．１３图４．１１的规则仿真结果里 值图４．１４ＳＲＴＦＣ的仿真结果４０华中科技大学硕士学位论文以ＳＲＴＦＣ来实现经济燃烧，输入量为负压Ｐ和残氧量０２，输出量为鼓风量校正 信号ｕ，根据炉温变化△Ｔ对ｕ进行修改。根据锅炉经济燃烧的要求，采用了几条人的经验如下：（１）如含氧量偏高，而负压偏大，则下降低鼓风。（２）如含氧偏高，而负压过大，则减少送风量。（３）含氧偏低，而炉膛温度正常，则不提高鼓风。由于在经济燃烧中，所达到的目的是炉温最高，而非定值，因而对Ｕ的修正必 须作试探，其规则如下： （１）根据量化的Ｐ与０２给出一个鼓风量Ｕ．△ｕ记入控制表 （２）经ｔ步后判断△Ｔ的符号： 如△Ｔ＞Ｏ，则按式（４．１９）将．△Ｕ记入控制表 如／ＸＴ＜Ｏ，则按式（４．１９）将＋△Ｕ记入控制表 需用要说明的是：第一，学习的间隔不能太快，以防止产生振荡：第二，炉温的比较应采用平均值。这是因为炉膛内的气流变化较为复杂，对炉温的瞬对值影响很大； 第三，在负荷变化时应停止学习； 第四，过程的增量模型不必很精确，这只会影响收敛速度，而不会影响最后结果。按照如上规则，只要控制器的学习是收敛的，总可以到达最大优点Ｕ邛廿近。如 此时为最优，．△Ｕ后ＡＴ＜Ｏ．则将＋△Ｕ记入规则，下一步为Ｕ’＋△Ｕ，，．ＡＵ后ＡＴ ＞Ｏ，又恢复为ｕ‘。可见，这时ｕ在一个小范围内波动。对燃烧过程来讲，相当于ａ略高于最优值ａ’，这样既保证了经济燃烧，又可防止冒黑烟。华中科技大学硕士学位论文５控制系统运行试验及结果分析５．１运行试验条件及方法５．１．１硬件实现计算机外围设备选用工厂原有设备：ＴＹ，Ｌ１４组合控制机箱，包括：接口箱、３２路Ａ／Ｄ板、８路Ｄ［Ａ板、１６１／１６０开关量输入，输出板、ｖ，Ｉ、ＩⅣ及总线驱动板、总线转换板等。计算机通过该控制箱与现场相连，系统硬件配置图如下： 水 位 信 号 汽 压 信号负 压 信 号氧 量氧 温给 水 流 量 信号蒸 汽 流 量 信号炉 温 信 号多 路 温 度鼓 风 压 力引 风 压 力给 水 阀 反炉 排 转 速馈鼓 风 挡 板 位 置引风 挡 板 位 置毒上０上上上０上上上上上上土上ｗ变换及阻容滤波电路３２路８位Ａ／Ｄ变换ｌ高给水手动／自动判断 给煤手动／自动判断 鼓风手动／自动判断 引风手动／自动判断 氧分析仪／氧温切换 氧分析仪温度控制 报警信号群ｌＰＳ２。２串口ｌ―ｆＢ熹机卜． ０Ｊ ８路８位Ｄ／Ａ转换ｊ路 逻 入 ●ｒ―＋ ∑ｏｆ给 水 执 行 器Ⅶ变换电路炉 排 电 机调ｆ引路 逻 辑 输出板鼓 风 机 调 速风 机 调 速速图ｓ．１系统硬件配置匿４２华中科技大学硕士学位论文在调试过程中发现，向某个通道输出数据时，其他通道输出数据也改变。经过反 复试验及分析，发现引起该现象的原因是线路中存在“竞争干扰”。如附图所示，“竞 争干扰”发生在Ｄ／Ａ板的选片译码电路３―８译码器７４ＬＳｌ３８的信号输入端，该芯片 有两个允许端Ｇ１，Ｇ２和三个信号输入端Ａ，Ｂ，ｃ，当ＧＩ＊Ｇ２＝０１时，３―８译码器 工作；当Ｇ１＊Ｇ２＝０１量，３―８译码器保持不变，其逻辑如图５．２所示。３－ｇ线译码器，分配器 Ｇｚ。Ｇ２ Ｈ Ｘ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ ＬＣ ＢＡ ＸＸＸ ＸＸＸ ＬＬＬ Ｌ ＬＨ ＬＨＬ ＬＨ Ｈ ＨＬＬ ＨＬＨ ＨＨＬ ＨＨＨＹｏＹｌ Ｙ２Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ ＨＹ３Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ ＨＹ４Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ ＨＹ５Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ ＨＹ６ Ｙ７Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ长降”陪Ｘ Ｌ Ｈ。ｘｋＰ＾兰一 ｕ ＨⅥ高忑ｇ二９Ｉ。Ａ、Ｂ、Ｃ选择Ｈ Ｈ Ｈ ＨＧ２吒２＾＋Ｇ拍Ｇｌ、Ｇ２允许端Ｈ Ｈ图５．２７４ＬＳｌ３８逻辑图原转换程序为：１００ １ １０ １２０ＩＮＰＵＴＹＩＯＵＴ ＯＵＴ ＣＨＤＡ，Ｙ＇２５５１４．９９ ＣＨＤＡ＋１．＆Ｈ４０＋Ｉ其中：Ｙ为要输出的电压，Ｉ为所选通道号在Ｄ／Ａ电路中，允许信号与Ａ，Ｂ，Ｃ同时到达，这样３．８译码器开始工作时Ａ，Ｂ，Ｃ信号还未稳定，可能其他芯片也被同对选中，造成各通道之间的相互干扰．英信号关系如 图５＿３所示。４３华中科技大学硕士学位论文允许扩］．ＢＡ三一≥允许。，］――ｖ．／Ｂｃ．／、―――――――――一≈”图５．４改动后的信号关系图／、，―――卜――――――――――――――――一“ｌ”‘ｉ５．１．２控制系统的软件实现为便于维护和移植，工业锅炉系统软件采用了模块化结构，各模块的功能相对独立，模块之问通过接口相互联接，现将其中的控制模块介绍如下：１）ＰＩＤ模块 ＰＩＤ模块可根据人工输入的控制参数进行ＰＩＤ算法的运算，亦可根据输入的两阶对象模型手罟ｚ一＝再糌ｚ。自动采用Ｂａｎｙａｓｚｌ法设计Ｐｍ控制器的参数。模块具有变速积分功能，以避免积分饱和，变速积分中的两个选择限ａ，ｂ需华中科技大学硕士学位论文人工给定。与仿真ＰＩＤ调节器不同的是，本模块中设有一个死区，当ＩｅＩ＜￡时，系统保持原输出不变，而且不予积累。这是由于在锅炉的几个子系统中都具有一定的量 测干扰，如水位系统，其注入面处在沸腾状态，测量出来的量也在小范围内“抖动”，若按此进行控剖，热必造成执行器在小范围内振荡，从而加剧其磨损，（在调研中曾 见过这种现象）死区的大小由人工根据实际情况进行选定。 该模块的程序框图如图５．５所示。 通过调用最小二乘模块，该模块可构成自适应ＰＩＤ控制器。需说明的是，这里的时延必须为已知，这可用离线方法求出。墨图５．５ＰＩＤ模块程序框图华中科技大学硕士学位论文２）模糊控制器模块 本模块实际上是一种“多模”控制块，是开关控制和模糊控制相结合的产物，规则如下： （１）计算Ｅ与ＥＣ，并将其量化成．７一＋７个等级 （２）ＩＦ ＪＥｌ＞ＥＭｌＴＨＥＮＵＯ＝ＫＧｌ＋ＳＧＮ（Ｅ）即将Ｅ很大时使用开关量ｌ进行控制 （３）ＩＦ ＩＥＩ＞ＥＭ２ ＴＨＥＮＵＯ＝ＫＧｌ＋ＳＧＮ（Ｅ）即将Ｅ很大时使用开关量２进行控制 （４）ＩＦ （５）ＩＦ （６）ＩＦ ｌＥｌ＞４ ＩＥｌ＞２ ｌＥｌ＜２ＴＨＥＮ ＴＨＥＮ ＴＨＥＮＵ＝（１１＋Ｅ＋（１－１１１）＋Ｅｃｌ ＪＵ＝．ｃｔ２＋Ｅ＋（１－ａ２）＋Ｅｃ｝Ｕｏ＝ＵＰ＊ＵＵ－＝ｃｔ３＋Ｅ＋（１一ｃｔ３）＋Ｅｃ该模块在调用时需由人工给定ＰＥ，ＰＣ，ＰＵ，ａｌ，ａ２，ａ３．程序框图如图５．６所示。图５．６模糊控制模块程序框图４６华中科技大学硕士学位论文３）经济燃烧模块 该模块是非通用型模块，专用于经济燃烧。 在模块中首先由负荷大小决定对鼓风量的校正初值，再根据负压和残氧量依据控制规则表对该初值进行修正。控制规则表由人工给定，并由人工干预决定是否使用前面推导的ＳＴＲＦＣ法进行 学习，学习规则同前。 该模块框图如图５．７所示。４７华中科技大学硕士学位论文（翌ｏｚ）一名太Ｘ夕 Ｒ：吵。’ｌＮ叁ｌｌ．７ｂ一扛。喝｛‘ｉＩ”：：Ｉ肾：Ｉ④量化负压ＰＩ与氧量如为Ｅ，ｃ，。Ｎ◇Ｙ按式（３－３４０ 求控制量“７／俞，． ＼ ＞／Ｉ￥之 ，夕ＹＪ鼻ｉ＼／』ＩＹ。彳氏渝Ｎｆｆ：ｆ一１１ｒＪ△口＝血?“１ Ｉ口＝口一△口ｆｒ占ｒ１按式（３―４０）按式（３～４０） 一△ｕ记入控制表Ｉ一△Ⅳ记入控制表ｌＩ校正量＝Ｂ（ａ＋，Ｉ△ａ）｝ｆ＝ｒｏｆ１ ｒ’Ｏ图５．７经济燃烧模块程序框图４８华中科技大学硕士学位论文４）最小二乘辨识模块 该模块采用准递推最／ｊ、－－乘法，不适宜辨识含有色噪声的过程，为节省内存，也 为清楚起见，本系统规定系统参数的辨识只能单个回路顺次进行，而不能同时交叉辨 识两个过程。其标准形式为：ｙⅨ）＝－ａｌｙ（ｋ－１）一ａ２ｙ（ｋ－２）＋ｂｏｕ（Ｋ）＋ｂｌＵ（ｋ―１）如系统存在纯延时，其格式应在调用前按上面形式重排。 ５）控制模块 本模块通过对其他模块的合理调用，实现对水位、燃烧、负压等系统的控制或辩 识。该模块的框图及解释如下。４９华中科技大学硕士学位论文５０华中科技大学硕士学位论文５ｌ华中科技大学硕士学位论文图５．８控制模块框图及说明５，２结果分析与结论１）结果分析将此方法应用于北新建材（集团）有限公司３５ｆｉｂ工业锅炉上，得到了较好的验证，锅炉的安全、环保、节能各方面指标都较以往仪表控制有了显著的进步。其具体 数据如下：（１）安全性：实现了水位高低限报警、水位极低报警联锬保护；实现了蒸汽压力高报警（一次报警）、蒸汽压力极高报警连锁保护（－－次报警）。经过现场实际调试， 若将设备安全阀起跳值设定在０．８０Ｍｐａ，第一次报警值设定在０．７５ Ｍｐａ，第二次报警 值设定在０．８０ Ｍｐａ，在实际运行中，员工都将锅炉设备压力值调到Ｏ，７０ Ｍｐａ以下，华中科技大学硕士学位论文只有在调试安全阀时或技术监督部门检验锅炉报警时，才能够对该报警及联锁装置进行实验，因此必须保证该装置的可靠性。经多次测试，上述报警程序灵敏可靠，可靠 性达１００％。 详见《锅炉外部检验报告》，见附录ｌ。 （ｂ）环保指标：糊黻 姻度湖拗瑚啪∞ ∞如如∞ｏ改逢前 改造后同期１１月 １２月 １月 ２月 ３月环保局给出的检测报告，详见《炉窑大气污染物测试报告表》，见附录２。（２）节能指标煤气比由ｌ：７升至１：９，也就是说原来烧１吨标煤可产生７吨蒸汽，现在烧１吨标煤可产生９吨蒸汽，蒸汽的成本大为降低，降幅为２８％。３５３０２５北京市节能办给出的节能监测报告详见附录３。 ２）结论 根据以上数据可以看出，应用该控制系统后，４＃锅炉的各项指标均达标，且达到 了同行业的优秀标准，这不仅节省了生产成本，更给岗位员工减轻了繁重的体力劳作，―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――～５］华中科技大学硕士学位论文为工厂的现代化管理提升了一个新的台阶。 首先，由于控制稳定，蒸汽的品质有所提高，减少了由于负荷突变（增大、减小） 而使锅炉设备频繁动作，转动机械长期处于不稳定的运行状态，减少了不必要的磨损， 以炉排为例，原来每年都要进行一次大修，采用新的控制方法后，运行３年才检修了一次炉排，而且更换新件比例只有原来的１／２，极大的降低了维修成本。其次，由于以往控制方法不当，烟风系统、汽水系统设备频繁出现问题，经常需 要停炉检修，工人需要在密闭的烟道内抢修，稍有不慎就会有危险（曾经出现过煤气 中毒事件），对于锅炉这种热力设备而言，因为它具有大延时、大滞后干扰多的特点， 频繁起、停，对之来讲是十分不利的，因此它需要一个相对稳定的运行环境，采用新 的ＰＩ调节和智能控制后，从未因控制系统出问题而导致设备频繁检修。这样不仅延长了设备的使用寿命，而且保护了职工的身心健康和生命安全。再次，由于原来设备频繁起、停，造成锅炉引风机及其辅机冷凝水带水非常严重， 众所周知，烟气自锅炉空气预热器流出后，烟温在１４０。Ｃ附近，在此温度区间不会产 生冷凝水，但是在停机的时候，烟温急剧降低至室温，大量冷凝水析出，附着在设备 上，尤其是在叶片上，由于烟气含硫及未燃尽的碳粒灰尘等，随同水份附着在设备上， 致使叶轮产生不平衡，造成风机振动，电机电流增大，轴承磨损，烟道及蜗壳腐蚀， 密封性能破坏，烟气含氧增大，锅炉排放超标，曾因排放超标，环保局曾罚过款。在 采用了模糊控制以及部分智能判断对燃烧系统进行控制后，当负荷增加需要增加供煤时，采用空气先行的串级调节；在负荷减少需要减少供煤时，采用燃料先行的串级调 节。由于燃烧系统的机理建模将一个时变的线形系统简化成一个时不变的线形系统，燃烧相当稳定，从未发生过排放超标的现象，由于没有频繁停炉，上述问题也得到了 相应的解决。 该系统的最大特点是利用原有的主要设备不变，只是在控制算法上提出了一整套 独特理论，直观且可操作性强，普通员工易于掌握，只要懂得基本的计算机知识，就 可操作；而且投资不大，并具有实用价值，深得用户的好评。华中科技大学硕士学位论文６结论与展望６．１结论工业锅炉运行采用微机控制，是随着科学技术的进步和工业生产现代化的发展而 产生的。本论文以工业锅炉作为研究对象，主要取得了如下研究成果。第一，研究了水位控制系统的特点，进行了机理模型的分析，并通过实验进行了验证，实现了工业锅炉自动上水系统的控制，该系统不论是在负荷变化较小的情况下，还是在负荷频繁频繁剧烈变化的运行工况下，都可以实现水位的平稳调节，水位始终 保持在５％的波动范围之内。 第二，针对工业锅炉具有的时变、大滞后、大延时、干扰多的特点，采用模糊控 制与智能判断的方法，对工业锅炉燃烧系统进行控制，取得了较好的效果。安全、环保、节能等各项指标都较以往仪表控制有了显著的进步。在以锅炉的炉膛温度作为目 标函数，在燃煤量一定的前提下，通过改变风量的大小，寻找炉膛温度的最高点，此 时的过剩空气系数即为当前负荷下的最加值，在燃料量不变的前提下，炉膛温度与锅炉的热效率是一一对应的，编制的变步长的自寻优算法，达到了以炉膛温度为目标函数寻找最佳空燃比的目的。 第三，维持炉膛负压值一定。由于实现了最加风煤配比的自动控制，对于工业上应用的负压型锅炉，能够较稳定地维持在．２―４ｎ皿水柱之间，这样不仅起到保护环境的作甩还对现场操作人员的劳动保护起到了积极的作用。改变了以往正压燃烧到处冒黑烟和火星的恶劣状况。６．２晨望虽然，本论文在工业锅炉的自动控制方面取得了一定的研究成果，但是，仍然存 在着一定的问题。燃烧控制是一项比较复杂的系统工程，由于煤种和炉型的不同，通 常在锅炉冷念启动的时问段内，热工仪表和控制软件不灵敏，它们需要在热态运行中华中科技大学硕士学位论文进行调试，这时就需要进行人工干预，虽然从冷态到热态的时间段不会很长，但是仍 然没有起到全过程自动控制燃烧的作用。由于本人在资金和经验方面还比较欠缺，因 此，需要在日后的工作中加强学习、不断探索，相信在不远的将来，一定能够研究出解决上述问题的方法。华中科技大学硕士学位论文致谢本文研究工作是在导师杜润生教授的悉心指导下完成的。导师渊博的知识、敏锐的学术洞察力、活跃的学术思维、严谨的学术风格和深邃独到的见解都给作者以极大的教益，使学生受益匪浅；导师献身祖国科学教育事业的无私精神、对科技前沿的远见卓识、严谨治学的工作作风、诲人不倦的高尚品德，将使学生受益终生，并将永远激励作者以导师为榜样奋发向上、不断进取。值此成文之际，向敬爱的导师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢！ 在工作过程中，得到了华中科技大学机械学院的导师和北新集团有关同志的大力 协助。同时赵英俊教授也给予我极大帮助，他们那严谨治学、严格要求的工作态度给 我留下深刻印象，激励了我研究的热情。另外，还得到北新集团王际春高工的指导，他们是我顺利完成论文的航标。在此，对所有关心和帮助我的同志表示深深的感谢。由于水平和经验不足，文中 难免有错误，望大家批评指正。赵阳涛２００４．１０华中科技大学硕士学位论文参考文献【１］严伯钧，严俊熙，张仁忠，杨公源编．过程控制系统分析与设计．中国纺织出版社。１９９４【２】 ［３】 【４］ 【５］ ［６】 【７】 ［８１ 【９］９邵裕森，巴筱云主编．过程控制系统及仪表．机械工业出版社，１９９３ 严绍清主编．过程计算机控制系统。西北工业大学出版社，１９８９徐春山主编．过程控制仪表．冶金工业出版社，１９９３ 金以慧主编．过程控制．清华大学出版社，１９９３辽宁省工人技术培训教材编委会主编．锅炉工．辽宁科学技术出版社，１９８２赵翔，任有中合编．锅炉课程设计．水利电力出版社，１９９１梁道君，郑金吾．燃煤热水锅炉节能优化控制研究．节能，１９９９王俊普主编．智能控制．中国科学技术大学出版社，１９９６【１０】吴麒主编．自动控制原理．清华大学出版社，１９９０［１ ｌ】满永奎，韩安荣，吴成东编著．通用交频器及其应用．机械工业，１９９５ 【１２］ＶＡＲＩＳＰＥＥＤ一６１６ＰＣ５／６１６Ｐ５使用说明书．株式会社安』｜｛电机，ＹＡＳＫＡＷＡ［１３１日本安川变频器使用说明书（ＶＡＲＩＳＰＥＥＤ．６１６Ｇ５）．日本安川电机，ＹＡＳＫＡＷＡｆ１４】Ｇ【Ｏｏｔｔｌｏｂ ｗ．Ｎｅｊｃｕ∞ｄｓ．）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｘｐｅｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＷｏｒｋｓｈｏｐ Ｖｉｅｎｎａ，Ａｕｓｔｒｉａ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２４－２６，１９９０【１５】卢翔，旌仁．经济型智能调节器的ＰＩＤ参数自整定．工业仪表与自动化装置，１９９９［１６］聂建华，陶永华．新型ＰＩＤ控制及其应用．工业仪表与自动化装置，１９９８（２）［１７】吴剐，薛美盛，张志刚，孙德敏．ＰＩＤ自动整定软件包及其应用．工业仪表与自 动化装置，Ｉ ９９８（５） ［１８】ＢａｒｔＫｏｓｋｏ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ｆｕｚｚｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ：ａ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ １９９２ ｂｙ Ｐｒｅｍｉｃｅ―Ｈａｌｌ．Ｉｎｃ．Ａ Ｓｉｍｏｎ＆Ｓｃｈｕｓｔｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ华中科技大学顽士学位论丈【１ ９】马宏杰，张思东，张树增，贾卓生编著．微机通信原理与实用技术．清华大学出 版社，１９９４【２０］张子栋，王怀彬，李炳熙编．锅炉自动调节．哈尔滨工业大学出版社 【２１】胡寿松主编．自动控制原理．科学出版社 ［２２】陈哲编著．现代控制理论基础，冶金工业出版社，１９