基于PLC的模糊控制算法在链条炉主汽温系统中的应用.pdf

4 2 余 热 锅 炉2 0 0 6 ． 2 - 3 基于 P L C的模糊控制算法在链条炉 主汽温系统中的应用 杭州杭锅自动化工程有限公司赵 玮 摘要针对链条炉主汽温控制 对象滞后 较大的特 点，提 出了一种基 于 P L C 的模糊控制算法。采用该算法的主汽温 系统具有较好的控制品质和较强的 自适应能 力。 关键词链条炉模糊控制P L C 引言 据资料不完全统计 ，在我国燃煤锅炉中 链条炉约 占 6 5 ％，设置链 条炉的通用控制 手段 ，选用合理定型的控制设备 日益显得重 要。近年来 ，随着可 编程控制器 P I E的发 展 ，在锅炉控 制 中选用 P L C为主体也 日渐 成熟。笔者在某化工厂 3 5 t ／ h 链条炉的控制 系统 以西门子 s 7 3 0 0系统予以实现 。 众所周知 ，对于工业锅炉和电站锅炉而 言，主汽温度是蒸汽产 品的重要品质指标。 在过热器出口处主汽温度是锅炉汽水系统中 的最高工质温度 ，已接近过热器材料所允许 的温度上限。汽温过高容易造成过热器管子 加速变形或过早失效 ，同时也会引起汽机部 件过热损坏；但汽温偏低，将降低全厂热效 率 ，例如进汽温度每降低 5 ℃，汽机效率就 要下降 l ％。因此 ，无论从工厂安全还是经 济效益的指标考虑 ，都必须保持过热蒸汽温 度在规定范 围之 内。 1 工艺过程 主汽温度调节的任务就是维持过热器出 口的汽温在允许范围之内，使过热器管壁温 度不超过允许的工作温度 ，以便给汽机提供 合格的过热蒸 汽，保证 主设 备安全经 济运 行。一般 要求 汽温 波动 不应 超过 5一 l O ℃，最好小于 5 ℃。 由于锅炉汽包送出的是饱和蒸汽， 而汽轮 机或其他用户需要的是过热蒸汽 ， 因此从锅炉 汽包出来的饱和蒸汽还需进入过热器 ， 过热器 的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的 过热蒸汽。饱和蒸汽通过过热器后 ， 其温度往 往超过额定蒸汽温度， 因此在蒸汽过热器系统 上设置有减温装置， 通过调节减温水量 ， 来达 到控制过热器出口温度恒定的目标 。 2 常用算法 主汽温度调节 的主要困难在于引起汽温 变化的扰动因素太多 ，不容易控制。分析结 果表明 主汽流量的影响最为明显，减温水 流量次之 ，烟气传热量的影响最小。 该化工厂的现场工艺设计中，在减温器 出 口无温度检测元件。采用常规 P I D控制算 法很难达到要求。采用改进算法引进过热器 出口汽温的微分，控制效果有所改善 ，但也 不理想。再引进 蒸汽 流量改成 串级 P I D控 制 ，较大提高了控制精度 ，但要达到最优控 制值 ，仍有一定难度。图 1 和图 2分别表示 改进 P I D算法和串级 P I D算法的控制流程。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 6 ． 2 - 3 4 3 过 热 器 出 口 汽 温 山 l 微分 I r △ PI D 设定值 调节器 温水 图 1 改进 PI D算法 副调节器 减温水 图 2 串级P I D算法 3 模糊控制 鉴于常用算法的不足，而联想到有经验 的操作人员根据经验手动控制亦能取得好的 控制效果 ，自然而然想到利用模糊控制。模 糊控制是一种近年发展 起来 的新 型控制方 法 ，其优点是不要求掌握受控对象的精确数 学模型 ，而是根据人工控制规则组织控制决 策表 ，然后由该表决定控制量的大小。 考虑到计 算 的复杂性 、及 时性 和节 省 P L c资源 ，采用二维模糊控制器。其模糊控 制器如图 3所示。 图中，s P 为温度设定值 ，P v为实际温 度 ，E为温度偏差 ，E c为温度偏差变化率。 为实现控制规则的自调整以满足不同阶段的 控制要求 ，以及 节省 P L c内存，采用具 有 、 可调整 因子 、用 解析关 系式描述 的控制 规 塑 即 l J 一 [ a E 1 一a E C ] 主调节器 a 值可在生产运行 中通过上位机监控画 面进行在线调整，提高了控制规则对变化工 况的适应性和灵活性 。 根据机组 的实际工作情况和操作经验 ， 经线性尺度变换和离散化选取误差 E 、 误 差 变化率 E c 、 控制量 u的模糊集分别为 { N I 3 ， N M， N S ， N O， P O， P S ， P M， P I3 } ； { N I 3 ， N M， N S ， Z O， P S ， P M， P I 3 } ；{ N I 3 ， N M， N S ， Z O， P S ， P M， P B } 。论域分另 0 为 { 一6 ， 一5 ， 一4 ， 一3 ， 一2 ， 一 1 ， 一0 ， 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 } ； { 一6 ， 一5 ， 一 4 ， 一3 ， 一 2 ， 一1 ， 0 ， 1 ， 2 ，3 ， 4 ， 5 ， 6 } ； { 一6 ， 一5 ， 一4 ， 干 一 二 罱 悯 一 囤 l L匦 一 固 一 一 I 蕊丽 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 o 6 ． 2 3 4 5 PO． O MD O MW 4 l MW 8 O e n d MW 8 MD O P2 ． O MD O MW 8 DB l D B W[ M D 0 ] MW l 0 o 图5 模糊控制表查询算法 L c y c le c o u n t L l I L c y c l e - c o u n t l i m I J c c OO B EU c OO L 0 T c y c l e c o u n t 图 6 采样周期控制算法 5 结束语 采用基于 P L C的模 糊控制算 法，既具 有 P L C配置灵活 、 控制可靠 、编程和调试方 便的优点 ，又具有模糊控制超调量小 ，系统 稳定鲁棒性强的特点。且算法简洁 ，采用查 表法简化 了 P L C程序设计 。投入实用效 果 良好 ，满足工艺技术指标。在锅炉安装 中没 有减温器出 口温度检测元件的情况下，该方 案具有很强的实用性 。 参 考文 献 e 1 ]王立新 ． 模糊系统和模糊控制 [ M ]． 北京 清华大学出版社 ，2 0 0 3 ． 清华大学开发出生物质颗粒燃料冷成型技术 在 “ 中日生物质论坛”上 ，中国工程院院士倪维斗说 生物能能量具有密度极低、高度分散和腐 蚀性强等特点，所 以要通过生物质颗粒燃料冷成型技术的发展，把生物转化成生物质颗粒等，在我国 农村和小城镇推广 利用 。不能盲 目照搬国外经验 ，进行大规模的工业气化 、液化或发 电。石化能源和 可再生能源应根据各 自特点 ，因地制宜地进行利用。煤 、石油和天然气等常规石化能源，能量密度高， 同时电网、天然气输送管道和石油运送网络等基础设施都非常完善 ，因此，这些集中能源要重点研究 高效开采 、低污染转移 、提高发电效率等技术 ，应用于大工业生产。 倪维斗说，在 国家发改委 、科技部和农业部等的支持下，清华大学已开发 出了生物质颗粒燃料冷 成型技术和设备 ，并在北京怀柔区组织了示范项 目。通过颗粒成型机直接压制，把秸杆、木料残渣等 转化成大小一致的生物颗粒 ，其燃烧效率达 8 0 ％以上 ，超过普通煤燃烧约 6 0 ％的效率。由于燃烧效率 高 ，产生的二氧化硫 、氮氧化合物和灰尘少 ，可以替代农村每年上亿吨煤炭的低效率燃烧 ，减少空气 污染和二氧化碳排放。 据专家介绍 ，我国虽在大力探索生物 能等再生能源利用，但 因技术水平和资金投入等条件制约， 利用效益还不尽人意。所以必须加快相关新技术和新设备的研发 ，实现各种能源合理 利用，提高使用 效益。 摘 自 能源信息2 0 0 5 ． 8 6 ， L T L L 0 L*LL J T L P m三主 彤 邮 一 T 圳m L L T _墓 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m