＃5炉磨煤机制粉专家控制系统的工作总结831.docx

5炉磨煤煤机制粉专专家控制系系统工作总总结 台 州 发发 电 厂厂设 备 部部1 概述述我厂#5机机组为国产产135MW机机组，其制制粉系统采采用2套中中储式球磨磨机制粉系系统。 该该机组于22004年底大修时安安装和利时时MACSSII集散散控制系统统。但在DDCS系统统中没有成成熟的中储储式球磨机机制粉控制制系统，制制粉系统还还是维持人人工操作，制制粉系统效效率得不到到提高。而而制粉系统统如实现智智能专家控控制将能够自动动寻找制粉粉系统最佳佳工况，它它能保证制制粉系统最最大化的迫迫近最佳工工况，它能能够在运行行中根据煤煤质变化及及各种参数数的变化自自动寻找制制粉系统的的最佳差压压，最佳出出粉量（与与给煤机给给煤量对应应，煤质等等条件变化化时此值会会相应变化化）等，减减轻人员劳劳动强度，并并且使煤粉粉的细度均均匀性提高高，同时也也使制粉效效率大大高高于人工操操作。2005年年5月份我我们利用机机组小修的的机会，对对制粉系统统的控制进进行了制粉粉系统专家家控制系统统的改造，将将磨煤机的的自动控制制放在独立立于DCSS系统的专专门控制站站上实现，这这样在修改改磨煤机控控制方案及及调试时丝丝毫不影响响DCS系系统的运行行，经过近近一个月的的调试，系系统于七月月十日投运运，经与以以前的统计计数据比较较，证明#5炉磨煤煤机系统在在投入制粉粉专家控制制系统后各各方面指标标都有提高高，特别是是制粉出力力大大高于于人工操作作。2 磨煤煤机自动控控制系统现现状我厂磨煤机机制粉系统统的控制一一直采用人人工手动控控制，目前前国内中储储式制粉系系统的制粉粉系统成功功投入自动动运行的案案例不多，在在省内更是是没有。3 磨煤煤机制粉专专家控制系系统改造方方案A) 制粉系统控控制存在的的难点图1：磨负荷与磨出入口差压关系曲线自上世纪880年代起起，国内许许多单位即即开始了对对中储式制制粉系统实实施自动控控制的研究究工作，但但进展缓慢慢。许多控控制方案只只能在短时时间内实现现自动控制制，无法长长期可靠运运行。其难难点主要表表现为：a)多控制制变量的强强耦合特点点：中储式式制粉系统统是由球磨磨机、粗粉粉分离器、细细粉分离器器、排粉机机、和相应应连接管道道组成的复复杂的气固固二相流系系统，其风风压、 风风温、气流流和煤流存存在着强烈烈的耦合关关系，对其其任意参量量的调节，都都会对其它它参量产生生强烈的影影响；b)有限的的调节手段段：制粉系系统需要对对磨煤机入入口负压、出出入口差压压、出口温温度、磨煤煤机负荷进进行调节，一一些系统同同时还要求求对磨煤机机电流、排排粉机电流流等指标进进行控制，但但控制手段段一般只有有热风门、循循环风门（或或温风门、冷冷风门等）和和给煤机转转速等有限限的调节手手段，在许许多情况下下由于风门门开到极限限，或执行行机构故障障，使某些些调节手段段退出调节节，造成较较少的调节节手段完成成较多的控控制目标的的局面。在在理论上是是无法同时时满足所有有控制要求求的。这就就要求对所所有被控指指标进行权权衡，给出出可实现的的优化控制制指标，达达到各种工工况下的最最佳控制；c)强烈的的非线性特特征：在制制粉系统中中几乎所有有的执行机机构都存在在非线性。由由于气固二二相流的湍湍流效应，使使磨煤机出出入口差压压与磨煤机机实际负荷荷呈现出强强烈的稳态态非线性回回滞特征（图图1所示）和和动态的大大迟延特性性。这也是是以往用给给煤量控制制差压的控控制系统无无法稳定的的原因；图2：磨负荷与磨电流、磨噪声关系曲线d)不一致致、非稳定定的磨煤机机负荷特征征表达：由由于无法实实现对磨煤煤机内部存存煤量（负负荷）的在在线测量，磨磨煤机负荷荷判定只是是由负荷特特征量间接接判断，运运行人员和和许多控制制方案最常常用的负荷荷特征为：磨煤机出出入口差压压、磨煤机机电流和磨磨煤机噪声声负荷（通通过磨煤机机噪声或震震动强度判判断负荷）。但但这些负荷荷特征对负负荷的表征征通常并不不是一致的的、稳定的的。差压由由于其非线线性只能对对负荷的极极端情况进进行判断；磨煤机电电流与负荷荷存在非单单值对应关关系（如图图2所示），并并最大磨煤煤机电流会会因磨煤机机钢球量的的多少和机机械性能的的变化随时时改变；磨磨煤机噪声声也存在着着噪声饱和和现象（在在磨煤机负负荷较高时时磨煤机特特征噪声能能量不再降降低），同同时存在着着因钢球添添加量和因因环境产生生的噪声漂漂移。因此此根据任何何单一负荷荷特征，无无法长期准准确、可靠靠的判定磨磨煤机负荷荷；e)多因素素产生的复复杂的时变变性：制粉系系统是一个个典型的时时变系统，煤煤质的可磨磨性、挥发发性、含水水量，四季季煤温和风风温的不同同，机组负负荷造成的的风温和风风压的改变变，磨煤钢钢球量的改改变，机组组维修过程程中对制粉粉系统的维维护和改造造，都会使使制粉系统统的特征参参量和特性性发生变化化。固定不不变的控制制参量无法法使系统长长期稳定的的运行。由于以上制制粉系统控控制难点的的存在和相相互影响，使使多数制粉粉系统控制制方案无法法实施，或或实施一段段时间后，控控制品质下下降，而无无法继续使使用。2、制粉系系统专家控控制系统所所采取的措措施：基于制粉系系统的以上上特性，不不可能简单单的单回路路或几个单单回路耦合合就实现对对如此复杂杂系统的可可靠控制，因因此在实际际控制系统统中，采用用了三层控控制方式。如如图3所示示。此3层层分别为： 图3：系统统总体控制制方式图其中：模糊糊解耦控制制层： 对对各个被控控变量实施施模糊控制制并通过解解耦器和调调节控制器器控制被控控系统执行行机构；解解耦系数控控制层：根根据系统工工况辨识和和专家知识识库，调整整模糊耦合合器的耦合合系数；系系统优化控控制层：根根据系统实实时数据和和历史数据据，对系统统控制性能能分析评估估，计算出出对应于当当前系统的的最佳控制制定值。具体实时方方法为：a) 利用图形化化模糊控制制专用软件件组成全面面的模糊控控制系统：现代模糊糊控制理论论是将人类类控制经验验和思维方方式数学化化，并予以以实施的控控制手段。它它控制灵活活，对于复复杂的系统统控制具有有特殊的优优越性。但但是由于其其理论上的的难度和知知识库、推推理机编写写的复杂，给给系统的设设计、调试试和维护带带来许多不不便。为此此本系统采采用MECSS控制软件件包，将模模糊控制方方法简化为为图形化组组态，使其其简单、直直观、形象象，将复杂杂的知识库库和推理机机过程图形形化表达，在在线直接组组成控制组组态。使复复杂的模糊糊控制系统统的设计、组组态、调试试简单易行行。很好地地实现对各各种工况的的判别和优优化控制；图4：模糊控制器的基本结构b) 全方位的变变参量解耦耦控制：通过对制制粉系统风风门开度和和给煤量的的调节，实实现对制粉粉系统风量量、风温、磨磨煤机负荷荷的全工况况控制。与与传统调节节不同，本本系统采用用解耦方式式完成给煤煤量、风量、风风温调节，并并根据制粉粉系统现实实工况调整整耦合系数数，保证了了在所有工工况下系统统制粉均匀匀和风温平平稳。图5：磨煤机给煤量控制原理图c) 给煤量预估估控制：由于各个个火电厂所所用燃煤煤煤质波动较较大，制粉粉系统的实实时制粉能能力起伏较较大，影响响系统控制制稳定性。利利用预估控控制器，给给出被控执执行机构的的预估输出出值，模糊糊调节器在在此基础上上细致调节节。而系统统状态分析析器则根据据实时运行行数据及历历史数据分分析计算而而得到解耦耦器的各个个调节回路路的当前耦耦合系数。系系统结构见见图5。在此结构中中给煤指令令由预估控控制器、系系统状态分分析器、参参数控制回回路共同确确定，其算算法模型如如下： F(x)=f(预预估)*ff(作用量量)*f(负荷、差差压、温度度) 此此模型中的的函数都是是基于矩阵阵的函数式式，给煤机机指令最终终受到预估估值、系统统状态系数数、负荷、差差压、温度度等的综合合控制，它它们联合决决定制粉系系统的出力力，使制粉粉系统能够够在最大出出力下稳定定运行而不不发生堵磨磨事故，当当系统运行行特性变化化后给煤机机指令能够够及时得到到调整使系系统始终维维持优化运运行。d) 磨煤机负荷荷的模糊判判别和计算算：磨煤机机的各种负负荷特征都都无法单独独稳定表达达磨煤机的的负荷水平平，在控制制系统中采采用模糊识识别技术，拟拟合出综合合磨煤机负负荷量，并并将磨煤机机最大磨电电流对应负负荷定义为为50%，通通过磨煤机机电流负荷荷、噪声负负荷和差压压间在线运运行过程中中的相互校校正，克服服了单一表表征量的非非线性和钢钢球添加量量和煤质的的磨负荷测测量影响，保保证负荷测测量的长期期稳定，准准确。e) 采用神经网网络技术增增加系统的的自学习功功能：由于系统统存在时变变性，因此此控制系统统需要对控控制参量进进行在线整整定，因此此我们将制制粉系统与与其控制系系统，整体体看作随这这些控制参参量变化的的系统。逐逐步在确定定的范围改改变这些参参量，并以以系统的稳稳定性、长长期制粉效效率、和偏偏差大小为为标准，采采用再激励励学习控制制机制对这这样的变化化进行取舍舍，使系统统不断优化化。f) 系统模糊协协调控制： 中中储式球磨磨机制粉系系统是一个个极其复杂杂的多变量量输入输出出系统，运运行中需要要维护磨入入口风压、磨磨出口温度度、磨出入入口差压、磨磨负荷等参参量的稳定定，需要多多个风门和和给煤量配配合完成。因因机组负荷荷和煤质的的不同，系系统运行状状态可分为为多种特征征工况，不不同特征工工况对应不不同的特征征调节方式式，利用模模糊逻辑，分分析实际系系统相对各各种调整工工况的所属属关系，综综合出实际际的调节方方式，可使使系统在任任何工况下下实现平稳稳控制。另一方面，制制粉系统的的任意执行行机构的变变化，几乎乎影响所有有被控参量量，这就需需要计算每每个被控参参量对个执执行机构的的耦合参数数，在控制制中各执行行机构的谐谐调动作，保保证调节某某一参量时时，对其他他参量影响响最小。制粉系统智智能专家控控制系统具具备以上控控制功能，通通过在线系系统工况分分析和耦合合系数计算算，可实现现稳定的多多变量输入入输出系统统控制。g) 系统优化控控制：中储式制粉粉系统为多多变量控制制系统，风风量、风温温受锅炉负负荷和环境境的影响，煤煤质、钢球球量也经常常改变，所所以该系统统是一工况况变化系统统。对于不不同工况，系系统的控制制目标不尽尽相同，要要根据不同同的工况对对系统最佳佳控制目标标进行分析析计算。其其最佳控制制标准为：系统参量量控制稳定定，温度、风风压在正常常范围、制制粉出力最最大，制粉粉系统压力力冷风风量量较小，制制粉粒度满满足要求。h) 嵌入DCSS系统的嵌嵌入式结构构：为了解决既既方便组态态调试及方方案的修改改，又在这这些修改的的过程中不不能影响机机组的安全全运行，同同时又能有有很高的可可靠性以降降低现场维维护人员工工作量，结结合制粉系系统是一个个慢速系统统的特性，我我们利用DDCS系统统的硬件件件可靠性高高和开放性性的特点，确确定控制指指令的输入入输出执行行由DCSS系统实现现，而设置置一台控制制站（一台台通用计算算机）通过过与DCSS系统通讯讯取得制粉粉系统各个个参数，在在控制站内内完成计算算后再将控控制指令通通过通讯返返回给DCCS系统执执行。这样样的系统结结构带来如如下好处：1）不占占用DCSS系统运算算资源，由由于算法都都是在控制制站内完成成后送给DDCS系统统的，DCCS系统内内不需作任任何运算，对对DCS系系统来说很很安全；22）操作界界面统一，因因控制站只只完成控制制运算，最最终的输入入输出还是是由DCSS实现，操操作也是设设置在DCCS系统的的操作员站站上，这样样可以保持持操作风格格的统一；3）现场场维护工作作量很小，由由于增加的的硬件只有有两个噪声声探头和一一台控制站站，硬件数数量少同时时又是通用用的设备，可可靠性高几几乎不需要要维护；44）修改控控制组态算算法方便，由由于此控制制站独立于于DCS系系统存在，所所以在修改改算法及参参数时不会会影响其它它设备的正正常运行，同同时可以随随时在控制制站内增加加新的算法法功能；55）便于实实现高级功功能，现代代的控制技技术发展日日新月异，而而DCS系系统提供的的算法都是是一些经典典的算法模模块，用于于实现智能能寻优、神神经网络、模模糊控制等等新的控制制算法时非非常困难甚甚至做不到到，即使实实现了也非非常复杂占占用系统资资源严重，而而使用此结结构则可以以随心所欲欲的增加各各种控制算算法，系统统资源占用用不会有明明显变化。4 改造后后系统的技技术特点a) 实施全工况况优化控制制方案，在在任何工况况下均可实实现自动控控制。根据据系统运行行工况，实实现该工况况下的最优优控制。利利用系统自自学习功能能，监视系系统特性的的变化，保保证在系统统因煤质、钢钢球量、磨磨煤机本体体发生变化化时，保持持对系统最最优的控制制品质，自自动投入率率达1000。b) 节能效果显显著：由于于该系统可可使球磨机机长期稳定定地运行在在最佳工况况和最佳煤煤负荷状态态，因此明明显降低了了制粉耗电电量。依据据原有操作作水平和球球磨机类型型，制粉效效率可提高高1030，节节电10%以上。c) 通过对制粉粉系统风门门开度和给给煤量的调调节，实现现对制粉系系统风量、风风温、磨煤煤机负荷的的全工况控控制。与传传统给煤量量调节不同同，本系统统的给煤量量调节参与与对磨煤机机风量、风风温的控制制，保证了系系统制粉的的均匀性和和风温的平平稳。d) 制粉系统风风压、风温、风风量控制平平稳，提高高制粉粒度度的均匀度度，有助于于改善锅炉炉燃烧，减减少锅炉管管道磨损。e) 彻底杜绝空空磨运行和和跑粉等事事故发生，减减少球磨机机的磨损。f) 采用MECCS组态编编辑器组态态系统控制制。组态编编辑器利用用图形组态方方式，进行行在线组态态，将运行行人员对系系统的控制制经验转化化为控制组组态图。在在线调试过过程中，控控制过程的的各个参量量，实时显示示在组态图图上，便于于系统调试试。g) 通过磨煤机机电流负荷荷（以磨煤煤机电流为为基础计算算出的负荷荷值）和磨磨煤机噪声声负荷（以以磨煤机噪噪声传感器器提供的负负荷值）的的相互修正正，给出实实时负荷值值，消除了了磨煤机噪噪声负荷的的漂移、误误差和负荷荷饱和等问问题，可使使磨煤机的的负荷计算算保持长期期稳定、准准确，免维维护。h) 具有远程维维护功能，在在制粉系统统本体改造造使制粉系系统工作规规程和性能能发生较大大变化时，提提供及时远远方控制方方案修订，保保证系统长长期稳定，和和节能效率率。i) 人机界面友友好，画面面直观、生生动，功能能齐全，具具有手动操操作、定值设定定、实时数据据图表和曲曲线显示、历史数据据显示、报警数据据显示、数据报表表打印等多多种功能，便便于操作和和管理。5 项目实实施过程总总结a) 我厂的六台台135MMW机组配配置有十二二台中储式式制粉系统统，对制粉粉系统运行行效率的提提高各相关关部门都很很重视，运运行效率已已经比较高高，全年的的制粉单耗耗平均都已已经控制在在23kWWh/t左左右，但始始终是人工工手动调节节，我们认认为系统运运行效率还还是有潜力力可挖的。随随着我厂DDCS改造造的逐步完完成，机组组的自动化化水平也有有了很大的的提高，但但制粉系统统始终没能能投入自动动运行，运运行人员的的劳动强度度下降也不不理想。b) 2004年年，我们通通过调查研研究，收集集资料，认认为实现制制粉系统的的自动控制制和优化控控制是可行行的，决定定进行这一一控制的开开发研究，成成立了攻关关小组，准准备在20005年实实现5号机机组的制粉粉系统智能能优化控制制。c) 通过仔细的的研究分析析，20005年5月月我们与软软件开发商商签定了委委托开发合合同，于22005年年6月机组组小修期间间完成了系系统的通讯讯联接，经经过近一个个月的调试试，于20005年77月15日日完成整套套系统的调调试及开发发，投入运运行，实际际使用证明明控制效果果非常好，我我厂的5号号机制粉系系统出力原原来就是很很好，但投投入优化控控制后其出出力有了超超过10%的提高，得到了运行人员的肯定。d) 通过近三个个月的运行行，于20005年110月初进进行了系统统性能的测测试，测试试数据表明明系统投运运大幅度的的提高了制制粉系统的的运行效率率，自动投投入率完全全达到1000%，运运行中运行行人员再也也不用专门门去关注这这个老大难难系统了。