基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)燃燒控制系統(tǒng)

1、題 目：基于mcgs的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)-燃燒控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印

2、刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、

3、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要

4、求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě)2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà)3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按

5、照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它基于mcgs的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)燃燒控制系統(tǒng)摘 要燃料燃燒技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其在能源工程中起著十分重要的作用。人類社會(huì)對(duì)于能源的消耗，一直在穩(wěn)定的增長(zhǎng)，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，更明顯的刺激了能源的消耗。在我國(guó)，能源利用很不合理，能源的利用效率低，浪費(fèi)大，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的單位產(chǎn)值能耗指標(biāo)很高。造成這種情況的原因是多方面的，燃燒設(shè)備的低效率是其中一個(gè)重要的因素。因此發(fā)展新型燃燒技術(shù)，提高用能設(shè)備的運(yùn)行效率具有十分重要的意義。循環(huán)流化床鍋爐（cfbb）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新一代高效、低污染的清潔燃煤技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐在汽溫控制和水位控制方面

6、和煤粉鍋爐基本相同，而其燃燒系統(tǒng)與煤粉爐差別較大，循環(huán)流化床鍋爐在風(fēng)量控制方面既要保證燃料與控制的比例又要保證床溫在一定的范圍內(nèi)，因此床溫控制系統(tǒng)和床壓控制系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐所特有的。本設(shè)計(jì)以循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)燃燒過(guò)程采用交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)，應(yīng)用集散控制系統(tǒng)（dcs）對(duì)燃燒控制進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，對(duì)提高循環(huán)流化床鍋爐自動(dòng)化水平做了有益的嘗試。同時(shí)利用mcgs組態(tài)軟件對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。關(guān)鍵詞：燃燒控制系統(tǒng)；循環(huán)流化床；mcgs；dcscontrol in thermoelectricity power-plant boiler based on mcgs combus

7、tion control systemabstractthe technique of combustion plays a great important role in the development of national economy especially in energy engineering. the consumption of the energy is instability increasing of society and with the development of modern industry, the requirement of the energy b

8、ecome more and more obvious. in our country, the means which the energy utilized is unreasonable to some extent together with low efficiency, high waste, and the energy consume for unit production of the national economy is very high. researches indicate that the reason results in these is various,

9、among which low function efficiency of the burning equipment is the most important factor. therefore it is essential to develop the new burning technique and increase function efficiency of the equipment. cfbb is a new clean coal combustion technology that is of high efficiency and low pollution in

10、the world. compared with the pulverized-coal boilers, they are the same in the steam temperature control and the steam drum level control. but there are obvious differences in the combustion control system, and in the air flow control of the cfbb its to be sure that the bed temperature is in certain

11、 bound as well as the proportion of coal to control. therefore, the bed temperature control system and bed pressure control system are peculiar to cfbb.this design takes the cfbb combustion control system as research object，uses the cross and range limiting control scheme system for the combustion p

12、rocess, and uses the distributed control system (dcs) for the research and design of combustion control, the work provides a good trial on enhancing automation level of the cfbb. the following works are focused. and using mcgs software for automatic control system to monitor and control.key words: c

13、ombustion control system; circulating fluidized bed boiler; mcgs;distributed control system目 錄摘 要iabstractii第一章 引言11.1火力發(fā)電概述11.2火電廠簡(jiǎn)介11.2.1火電廠工藝流程11.2.2火電廠設(shè)備介紹21.2.3火電廠各個(gè)系統(tǒng)概述41.3設(shè)計(jì)思想6第二章 過(guò)程控制技術(shù)72.1常規(guī)控制系統(tǒng)72.1.1單回路控制系統(tǒng)72.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)92.1.3比值控制系統(tǒng)92.1.4前饋控制系統(tǒng)102.1.5時(shí)滯補(bǔ)償控制系統(tǒng)112.1.6選擇性控制系統(tǒng)122.2智能控制系統(tǒng)132.2.1

14、模糊控制132.2.2專家規(guī)則控制142.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制16第三章 循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)183.1循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展概況183.2循環(huán)流化床鍋爐簡(jiǎn)介183.2.1循環(huán)流化床鍋爐定義183.2.2循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)193.2.3循環(huán)流化床鍋爐工作原理193.3燃燒過(guò)程有關(guān)參數(shù)的影響203.3.1循環(huán)流化床風(fēng)速和風(fēng)量203.3.2給煤213.3.3床料高度223.3.4過(guò)?？諝庀禂?shù)223.3.5爐膛負(fù)壓233.3.6床溫233.3.7負(fù)荷243.3.8循環(huán)倍率變化的影響253.3.9其他因素的影響253.4燃燒控制系統(tǒng)263.4.1燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)及系統(tǒng)應(yīng)解決的問(wèn)題263.4.2

15、雙交叉限幅燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)273.4.3煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)303.4.4爐膛負(fù)壓及安全控制系統(tǒng)33第四章 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇354.1控制系統(tǒng)概述354.1.1幾種控制系統(tǒng)的功能比較354.1.2控制系統(tǒng)的性能比較364.1.3控制系統(tǒng)的價(jià)格比較364.1.4 dcs控制系統(tǒng)方案的確定364.2 jx-300x控制系統(tǒng)概述374.2.1系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)374.2.2系統(tǒng)特點(diǎn)384.2.3系統(tǒng)的性能要求394.3 jx-300x控制系統(tǒng)硬軟件組成404.3.1控制站硬件組成404.3.2多功能站和操作站的硬件組成41第五章 設(shè)備選型及監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)425.1 設(shè)備選型425.1.1 傳感器

16、425.1.2 變送器435.2 mcgs組態(tài)軟件簡(jiǎn)介455.2.1 軟件簡(jiǎn)介455.2.2 mcgs腳本程序465.2.3 腳本語(yǔ)言編輯環(huán)境465.3 mcgs監(jiān)控系統(tǒng)圖47全文總結(jié)50參考文獻(xiàn)51附錄儀表選型52致謝53第一章 引言1.1火力發(fā)電概述火力發(fā)電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的動(dòng)力設(shè)施，包括燃料燃燒釋熱和熱能、電能轉(zhuǎn)換以及電能輸出的所有設(shè)備、裝置、儀表器件，以及為此目的設(shè)置在特定場(chǎng)所的建筑物、構(gòu)筑物和所有有關(guān)生產(chǎn)和生活的附屬設(shè)施。最早的火力發(fā)電是1875年在法國(guó)巴黎北火車(chē)站的火電廠實(shí)現(xiàn)的。這座火電廠安裝直流發(fā)電機(jī)，給附近照明供電。隨后，美國(guó)、俄國(guó)、英國(guó)也相繼建成火電廠。18

17、86年，美國(guó)建成第一座交流發(fā)電廠。1891年，英國(guó)電燈公司的火電廠安裝第一臺(tái)帶有凝汽器的發(fā)電機(jī)組，容量100千瓦,熱效率大為提高。1882年，中國(guó)上海建成一座裝有12千瓦直流發(fā)電機(jī)乍浦路火電廠，為電燈供電。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著電照明和電力傳動(dòng)等推廣，社會(huì)對(duì)電能的需要促進(jìn)了火力發(fā)電的迅速發(fā)展，表現(xiàn)為火電機(jī)組的容量不斷增大。1901年，瑞士勃朗鮑威利有限公司制成第一臺(tái)5000千瓦汽輪發(fā)電機(jī)，1902年達(dá)到15000千瓦。1912年，美國(guó)西屋電氣公司制成25000千瓦機(jī)組，到1925年出現(xiàn)了10萬(wàn)千瓦機(jī)組。50年代中期，各國(guó)陸續(xù)投運(yùn)3060萬(wàn)千瓦火電機(jī)組。到80年代后期，世界最大火電廠是日本的鹿兒島電

18、廠,容量為440萬(wàn)千瓦。中國(guó)大陸最大的火電廠是諫壁電廠（162.5萬(wàn)千瓦）。 到80年代末，火力發(fā)電仍是最重要的發(fā)電方式。世界上絕大多數(shù)國(guó)家的電力生產(chǎn)仍以火電為主。全世界火電裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的65.6。中國(guó)的火電成本低，到1990年，火力發(fā)電占總發(fā)電量的72。在今后30年發(fā)展規(guī)劃中，火電比重將長(zhǎng)期保持在70左右，火力發(fā)電對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展仍將發(fā)揮著重要作用。 1.2火電廠簡(jiǎn)介1.2.1火電廠工藝流程火電廠的一般工藝流程是將存在儲(chǔ)煤場(chǎng)中的原煤由輸煤設(shè)備從儲(chǔ)煤場(chǎng)送到鍋爐的原煤斗中,再由給煤機(jī)送到磨煤機(jī)中磨成煤粉。煤粉送至分離器進(jìn)行分離,合格的煤粉送到煤粉倉(cāng)儲(chǔ)存。煤粉倉(cāng)的煤粉由給粉機(jī)送到鍋爐本體

19、的噴燃器,由噴燃器噴到爐膛內(nèi)燃燒。燃燒的煤粉放出大量的熱能將爐膛四周水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物?；旌衔锉诲仩t汽包內(nèi)的汽水分離器進(jìn)行分離,分離出的水經(jīng)下降管送到水冷壁管繼續(xù)加熱,分離出的蒸汽送到過(guò)熱器,加熱成符合規(guī)定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽,經(jīng)管道送到汽輪機(jī)作功。過(guò)熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)作功推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電通過(guò)發(fā)電機(jī)端部的引線經(jīng)變壓器升壓后引出送到電網(wǎng)。在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的過(guò)熱蒸汽被凝汽器冷卻成凝結(jié)水,凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)泵送到低壓加熱器加熱,然后送到除氧器除氧,再經(jīng)給水泵送到高壓加熱器加熱后,送到鍋爐繼續(xù)進(jìn)行熱力循環(huán)。再熱式機(jī)組采用中間再熱過(guò)程,即把在汽輪機(jī)高壓缸做

20、功之后的蒸汽,送到鍋爐的再熱器重新加熱,使蒸汽提高到一定壓力和溫度后,送到汽輪機(jī)中壓缸繼續(xù)做功。圖1.1鍋爐工藝流程圖1.2.2火電廠設(shè)備介紹鍋爐設(shè)備是火力發(fā)電廠中的主要熱力設(shè)備之一。它的任務(wù)是使燃料通過(guò)燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⑶乙源藷崮芗訜崴?，使其成為一定?shù)量和質(zhì)量（壓力和溫度）的蒸汽。由爐膛、煙道、汽水系統(tǒng)（其中包括受熱面、汽包、聯(lián)箱和連接管道）以及爐墻和構(gòu)架等部分組成的整體，稱為“鍋爐本體”。鍋爐按蒸汽壓力可分為低壓鍋爐（壓力小于2.45mpa），中壓鍋爐（壓力2.944. 90mpa），高壓鍋爐（壓力7.8410. 8mpa），超高壓鍋爐（壓力11.814. 7mpa），亞臨界鍋爐（

21、壓力15.719. 6mpa），超臨界鍋爐（壓力22. 1mpa），超超臨界鍋爐（壓力3031mpa）。按鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方式分類：自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐、復(fù)合循環(huán)鍋爐。按鍋爐的整體布置分類：型結(jié)構(gòu)鍋爐、箱型結(jié)構(gòu)鍋爐、塔型結(jié)構(gòu)鍋爐火力發(fā)電廠中的鍋爐按水循環(huán)方式可分為自然循環(huán),強(qiáng)制循環(huán),直流鍋爐三種類型。 一次風(fēng)機(jī)：干燥燃料，將燃料送入爐膛，一般采用離心式風(fēng)機(jī)。送風(fēng)機(jī)：克服空氣預(yù)熱器、風(fēng)道、燃燒器阻力，輸送燃燒風(fēng)，維持燃料充分燃燒。引風(fēng)機(jī)：將煙氣排除，維持爐膛壓力，形成流動(dòng)煙氣，完成煙氣及空氣的熱交換。磨煤機(jī)：將原煤磨成需要細(xì)度的煤粉，完成粗細(xì)粉分離及干燥?？諝忸A(yù)熱器：空

22、氣預(yù)熱器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來(lái)加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置。提高鍋爐效率，提高燃燒空氣溫度，減少燃料不完全燃燒熱損失?？疹A(yù)器分為導(dǎo)熱式和回轉(zhuǎn)式。爐水循環(huán)泵：建立和維持鍋爐內(nèi)部介質(zhì)的循環(huán)，完成介質(zhì)循環(huán)加熱的過(guò)程。燃燒器：將攜帶煤粉的一次風(fēng)和助燃的二次風(fēng)送入爐膛，并組織一定的氣流結(jié)構(gòu)，使煤粉能迅速穩(wěn)定的著火，同時(shí)使煤粉和空氣合理混合，達(dá)到煤粉在爐內(nèi)迅速完全燃燒。煤粉燃燒器可分為直流燃燒器和旋流燃燒器兩大類。汽輪機(jī)本體是完成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的汽輪機(jī)組的基本部分，即汽輪機(jī)本身。它與回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)、調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)、油系統(tǒng)、凝汽系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備共同組成汽輪機(jī)組。汽輪機(jī)本體由固定部分（定子）和轉(zhuǎn)動(dòng)

23、部分（轉(zhuǎn)子）組成。固定部分包括汽缸、隔板、噴嘴、汽封、緊固件和軸承等。轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括主軸、葉輪或輪鼓、葉片和聯(lián)軸器等。固定部分的噴嘴、隔板與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的葉輪、葉片組成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的通流部分。汽缸是約束高壓蒸汽不得外泄的外殼。汽輪機(jī)本體還設(shè)有汽封系統(tǒng)。汽輪機(jī)是一種將蒸汽的熱勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)原動(dòng)機(jī)。分沖動(dòng)式和反動(dòng)式汽輪機(jī)。給水泵：將除氧水箱的凝結(jié)水通過(guò)給水泵提高壓力，經(jīng)過(guò)高壓加熱器加熱后，輸送到鍋爐省煤器入口，作為鍋爐主給水。高低壓加熱器：利用汽輪機(jī)抽汽，對(duì)給水、凝結(jié)水進(jìn)行加熱，其目的是提高整個(gè)熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。除氧器：除去鍋爐給水中的各種氣體，主要是水中的游離氧。凝汽器：使汽輪機(jī)排汽口形

24、成最佳真空，使工質(zhì)膨脹到最低壓力，盡可能多地將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，將乏汽凝結(jié)成水。凝結(jié)泵：將凝汽器的凝結(jié)水通過(guò)各級(jí)低壓加熱器補(bǔ)充到除氧器。油系統(tǒng)設(shè)備：一是為汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)提供工作用油，二是向汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的各軸承供應(yīng)大量的潤(rùn)滑油和冷卻油。主要設(shè)備包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油凈化裝置等。 在發(fā)電廠中，同步發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的唯一電氣設(shè)備。因而將一次能源（水力、煤、 油、風(fēng)力、原子能等）轉(zhuǎn)換為二次能源的發(fā)電機(jī)，現(xiàn)在幾乎都是采用三相交流同步發(fā)電機(jī)。在發(fā)電廠中的交流同步發(fā)電機(jī)，電樞是靜止的，磁極由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)。其勵(lì)磁方式為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈flq（即轉(zhuǎn)子繞組）由同軸的并

25、激直流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)電刷及滑環(huán)來(lái)供電。同步發(fā)電機(jī)由定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）兩部分組成。定子由定子鐵心、定子線圈、機(jī)座、端蓋、風(fēng)道等組成。定子鐵心和線圈是磁和電通過(guò)的部分，其他部分起著固定、支持和冷卻的作用。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子本體、護(hù)環(huán)、心環(huán)、轉(zhuǎn)子線圈、滑環(huán)、同軸激磁機(jī)電樞組成。主變壓器：利用電磁感應(yīng)原理，可以把一種電壓的交流電能轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓等級(jí)的交流電的一種設(shè)備。6kv、380v配電裝置：完成電能分配，控制設(shè)備的裝置。電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電能轉(zhuǎn)換器。蓄電池：指放電后經(jīng)充電能復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池。在供電系統(tǒng)中，過(guò)去多用鉛酸蓄電池，現(xiàn)多采用鎘鎳蓄電池控制盤(pán)：有

26、獨(dú)立的支架，支架上有金屬或絕緣底板或橫梁，各種電子器件和電器元件安裝在底板或橫梁上的一種屏式的電控設(shè)備。1.2.3火電廠各個(gè)系統(tǒng)概述鍋爐主要系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)：主要由鍋爐的燃燒室、送風(fēng)裝置、送煤裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過(guò)程，將燃料所含能量以熱能形式釋放出來(lái)，用于加熱鍋爐里的水。主要流程有煙氣流程、通風(fēng)流程、排灰出渣流程等。對(duì)燃燒系統(tǒng)的基本要求是:（1）保證主蒸汽的壓力恒定，以便滿足“負(fù)荷流量”所需的壓力。（2）保證爐膛內(nèi)氧的含量。一要保證有足夠的氧供燃料充分燃燒，不使煙氣中有過(guò)量的co，避免浪費(fèi)燃料和造成環(huán)境污染；二是要滿足經(jīng)濟(jì)燃燒的要求，保證氧量不能過(guò)多，以避免尾氣帶走

27、過(guò)多熱量形成浪費(fèi)。例如：一般燃?xì)忮仩t需要將含氧量控制在1.6%3%之間比較好。（3）使?fàn)t膛負(fù)壓在一定范圍，保證安全生產(chǎn)。例如：爐膛負(fù)壓一般要求在-20 -60帕之間比較合適，保證爐膛不往外噴火。對(duì)燃燒系統(tǒng)的基本要求是:盡量做到完全燃燒,使鍋爐效率不低于90；排灰符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。汽水系統(tǒng)：鍋爐的汽水系統(tǒng)的主要功用是接受燃料的熱能，提升介質(zhì)的熱勢(shì)能，增壓增溫，完成介質(zhì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。煙風(fēng)系統(tǒng)：提供鍋爐燃燒的氧氣，帶動(dòng)干燥的燃料進(jìn)入爐膛，維持爐膛風(fēng)壓以穩(wěn)定燃燒。制粉系統(tǒng)：完成燃料的磨碎、干燥。使之形成具有一定細(xì)度和干燥度的燃料，并送入爐膛。其它輔助系統(tǒng)：包括燃油系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、火檢系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)等。

28、汽機(jī)主要系統(tǒng)：主蒸汽系統(tǒng)：吹動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，是發(fā)電廠主要的做功介質(zhì)通過(guò)的系統(tǒng)。再熱蒸汽系統(tǒng)：輔助主蒸汽系統(tǒng)做功，提高機(jī)組熱效率?；?zé)岢槠到y(tǒng)：盡量減少進(jìn)入凝汽器的無(wú)用能量，提高機(jī)組熱效率。軸封系統(tǒng)：防止汽輪機(jī)內(nèi)部高壓蒸汽向外泄露，保證汽輪機(jī)效率，保持真空系統(tǒng)嚴(yán)密性。真空系統(tǒng)：維持汽輪機(jī)的低背壓和凝汽器真空。凝結(jié)水系統(tǒng)：將凝結(jié)水輸送到除氧器，完成加熱、除氧、化學(xué)處理和剔除雜質(zhì)。給水系統(tǒng)：提高給水壓力，加熱后為鍋爐提供給水。主機(jī)油系統(tǒng)：包括潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)：協(xié)調(diào)各系統(tǒng)同步地按照要求進(jìn)行工作。潤(rùn)滑油系統(tǒng)：為汽輪機(jī)提供潤(rùn)滑、冷卻用油。發(fā)電機(jī)冷卻

29、系統(tǒng)和密封系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)的功能是冷卻發(fā)電機(jī)，帶走發(fā)電機(jī)工作時(shí)的熱量。密封系統(tǒng)的功能是密封冷卻介質(zhì)的外泄。工業(yè)水系統(tǒng)：提供冷卻介質(zhì)，冷卻各種輔助設(shè)備。其它系統(tǒng)：壓縮空氣系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)、精處理系統(tǒng)、膠球系統(tǒng)、保安系統(tǒng)等?；痣姀S其他系統(tǒng)：輸煤系統(tǒng)：運(yùn)輸燃料進(jìn)入廠房，進(jìn)行初步加工和燃料篩選工作，同時(shí)完成外加物質(zhì)的混合工作。所包涵的主要設(shè)備有斗輪機(jī)、碎煤機(jī)、翻車(chē)機(jī)、輸煤皮帶等?；瘜W(xué)水系統(tǒng)：將天然水在進(jìn)入汽水系統(tǒng)前先除去雜質(zhì)。其流程一般為：天然水混凝沉淀過(guò)濾離子交換補(bǔ)給水。混凝沉淀是加入混凝劑，產(chǎn)生絮凝體。過(guò)濾處理是使用石英砂等濾料除去細(xì)小懸浮物。化學(xué)除鹽是使用混床除去金屬離子和酸根，常使用樹(shù)

30、脂除鹽。循環(huán)水系統(tǒng)：為機(jī)組提供冷卻水源。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱，一般要用冷卻水來(lái)導(dǎo)走。從江、河、湖、海等天然水體中吸取一定量的水作為冷卻水，冷卻工藝設(shè)備吸取廢熱使水溫升高，再排入江、河、湖、海，這種冷卻方式稱為直流冷卻。當(dāng)不具備直流冷卻條件時(shí)，則需要用冷卻塔來(lái)冷卻。冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內(nèi)與空氣進(jìn)行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散人大氣。1.3設(shè)計(jì)思想本文在基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝的認(rèn)識(shí)的前提下，提出設(shè)計(jì)設(shè)想，采用dcs（distributed control system）系統(tǒng)構(gòu)建集散控制系統(tǒng)，建立鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)施全面監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)可將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入管理數(shù)據(jù)庫(kù)，以便操作人員快速準(zhǔn)確

31、地了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也便于管理人員能及時(shí)分析運(yùn)行情況，做出生產(chǎn)管理決策，通過(guò)對(duì)一些主要的過(guò)程變量實(shí)施自動(dòng)控制，使整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有效地運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，對(duì)節(jié)能影響很大的鍋爐燃燒系統(tǒng)建立穩(wěn)態(tài)參數(shù)優(yōu)化模型，并求得鍋爐燃燒穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型參數(shù)。在這個(gè)優(yōu)化結(jié)果的指導(dǎo)下，進(jìn)行鍋爐燃燒優(yōu)化控制。第二章 過(guò)程控制技術(shù)過(guò)程控制工程是以過(guò)程控制系統(tǒng)為主體，以控制理論為基礎(chǔ)，并把過(guò)程工藝分析、自動(dòng)化儀表和計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成的一門(mén)綜合性的工程學(xué)科。它是控制理論在過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括理論的移植與改造、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究、控制算法的確定以及控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。其研究任務(wù)是對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行分析 所示系統(tǒng)的

32、方與綜合，解決如圖2.1案設(shè)計(jì)問(wèn)題。控制工程是綜合性的應(yīng)用學(xué)科，本章對(duì)有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。圖2.1過(guò)程控制系統(tǒng)2.1常規(guī)控制系統(tǒng)該類系統(tǒng)是經(jīng)典控制理論的產(chǎn)物，以前是用常規(guī)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在也可以用現(xiàn)代控制理論來(lái)分析，但更多的是用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在dcs中，一般都備有多種常規(guī)控制算法模塊。2.1.1單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)主要指單輸入一單輸出（siso）的線性控制系統(tǒng)，是控制系統(tǒng)的基本形式。即使在高水平的自動(dòng)控制方案中，這類系統(tǒng)仍占控制回路的絕大多數(shù)。對(duì)每一個(gè)控制回路來(lái)說(shuō)，在設(shè)定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量應(yīng)該平穩(wěn)、迅速和準(zhǔn)確地趨近或回復(fù)到設(shè)定值。因此，通常在穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確

33、性三個(gè)方面提出各種單項(xiàng)控制指標(biāo)。把它們適當(dāng)?shù)亟M合起來(lái)，也可提出綜合性指標(biāo)。對(duì)設(shè)定值變動(dòng)的隨動(dòng)系統(tǒng)與設(shè)定值不變的定值系統(tǒng)，控制要求有相同的一面，也有不同的一面。例如，系統(tǒng)都必須穩(wěn)定，但定值系統(tǒng)的衰減比可以低一些，隨動(dòng)系統(tǒng)的衰減比應(yīng)該更高一些。隨動(dòng)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于跟蹤，要跟得穩(wěn)，跟得快，跟得準(zhǔn)；定值系統(tǒng)的關(guān)鍵在于一個(gè)定字，要定得又穩(wěn)又快又準(zhǔn)。整個(gè)控制系統(tǒng)的品質(zhì)取決于各個(gè)環(huán)節(jié)。過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，如從其內(nèi)在規(guī)律來(lái)考慮，往往相當(dāng)復(fù)雜，例如，有非線性、分布參數(shù)和時(shí)變等情況。然而，在輸入的變化量不大時(shí)，過(guò)程特性可以線性化，同時(shí)也可以集總化；對(duì)應(yīng)于一段特定的時(shí)刻，考慮到過(guò)程的時(shí)變一般很緩慢，可以認(rèn)為是定常的。這樣

34、，輸入輸出關(guān)系往往可用傳遞函數(shù)來(lái)描述。多數(shù)工業(yè)過(guò)程的特性分屬下列四種類型：（1）自衡的非振蕩過(guò)程。在過(guò)程控制中，這類過(guò)程是最常見(jiàn)的。在階躍作用下，被控變量c（t）不經(jīng)振蕩，逐步地向新的穩(wěn)態(tài)值c（）靠攏。過(guò)程能夠自發(fā)地趨于新的穩(wěn)態(tài)值的性質(zhì)稱為自衡性。（2）無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程。這類過(guò)程在階躍作用下，c（t）會(huì)一直上升或下降，直到極限值。這類過(guò)程比前一類過(guò)程難控制一些，它們?nèi)狈ψ园l(fā)趨向平衡的能力。（3）有自衡的振蕩過(guò)程。在階躍作用下，c（t）會(huì)上下振蕩。有自衡的振蕩過(guò)程，指的是衰減振蕩，最后能趨近新的穩(wěn)態(tài)。這類過(guò)程不多見(jiàn)，它們的控制也比第一類過(guò)程困難一些。（4）具有反向特性的過(guò)程。在階躍作用下，c（

35、t） 先降后升，或是先升后降。具有反向特性的過(guò)程鍋爐液位在負(fù)荷變化時(shí)的響應(yīng)是最典型的例子。在方案和工程設(shè)計(jì)中，在被控變量與操作變量的選擇上，一方面要考慮工藝，如被控變量要能反映工藝指標(biāo)，操作變量要在工藝上合理，包括符合節(jié)能原則等，另一方面必須考慮控制通道的特性參數(shù)，要有較好的受控性能。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上是否能采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，取決于控制的精度要求、對(duì)象的易控程度、擾動(dòng)的大小和頻繁程度等因素。對(duì)于具有反向特性等的過(guò)程，往往需要用較復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或采用特殊控制規(guī)律。對(duì)于該類控制系統(tǒng)，最常用的控制算法是采用pid控制算法或其變形算法。在用dcs或其他計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行直接數(shù)字控制時(shí)，為數(shù)字控制或采樣控制方式，

36、采用離散pid控制算法。在工程應(yīng)用中要注意針對(duì)過(guò)程特性，采用不同的改進(jìn)pid算法及其相關(guān)的算法, 如多維pid控制、時(shí)間比例控制dahlin控制算法等。實(shí)際應(yīng)用中必須掌握和合理應(yīng)用算法參數(shù)的多種工程整定方法。另外，自整定pid控制器的研究多年來(lái)受到關(guān)注?，F(xiàn)有方法本質(zhì)上是設(shè)法辨識(shí)過(guò)程特性，主要有適應(yīng)控制系統(tǒng)方法、極限環(huán)方法、波形識(shí)別法、反應(yīng)曲線法等幾類。2.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)采用不止一個(gè)控制器，而且控制器之間相串聯(lián)，一個(gè)控制器的輸出作為下一個(gè)控制器的設(shè)定值的系統(tǒng)，稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。在鍋爐汽溫調(diào)節(jié)中，常采用這種系統(tǒng)。其典型系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。圖2.2串級(jí)控制系統(tǒng)基本框圖其中，為主被控量，使其保

37、持平穩(wěn)是控制的主要目標(biāo)；為副被控變量，副控制器的設(shè)定值為主控制器的輸出。在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)副回路的構(gòu)成應(yīng)考慮：包含主要擾動(dòng)；包含整個(gè)對(duì)象內(nèi)次大的時(shí)間常數(shù)（有自衡對(duì)象）或包含最大時(shí)間常數(shù)（非自衡對(duì)象）。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)復(fù)雜程度有所增加，但有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）迅速克服進(jìn)入副回路的擾動(dòng)。串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用中，大多屬于該目的。副回路起迅速的“粗調(diào)”作用，主回路起進(jìn)一步的“細(xì)調(diào)”作用。（2）改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。副回路把整個(gè)廣義對(duì)象的一部分分割開(kāi)來(lái)，構(gòu)成一個(gè)隨動(dòng)的反饋控制系統(tǒng)，其調(diào)整后的特性影響廣義對(duì)象的特性。（3）容許副回路各環(huán)節(jié)的特性在一定范圍內(nèi)變動(dòng)而不影響整個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。也可減少

38、控制閥流量特性不合適帶來(lái)的影響。（4）可以實(shí)現(xiàn)更靈活的控制方式，主控制器在必要時(shí)可以切除。2.1.3比值控制系統(tǒng)在比值控制系統(tǒng)中，要控制的是兩個(gè)變量的比值，通常指的是兩個(gè)流量的比值。例如在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，空氣與燃料的流量間應(yīng)保持一定的比值，當(dāng)燃料流量增加或減少時(shí)，空氣流量應(yīng)隨之增加或減少。前一變量稱為主動(dòng)量，后一變量稱為從動(dòng)量。比值控制系統(tǒng)是按功能命名的系統(tǒng)。在比較簡(jiǎn)單的情況下，它在結(jié)構(gòu)上與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)一樣。常用的控制方案有兩種形式：一種是把主動(dòng)量的測(cè)量值乘以某一系數(shù)后作為從動(dòng)量控制器的設(shè)定值，這是一種典型的隨動(dòng)系統(tǒng)，如圖2.3(a)所示；另一種是把流量的比值作為被控變量，這是一種典型的定值系

39、統(tǒng)，只不過(guò)從動(dòng)量控制器的測(cè)量值是由兩個(gè)流量值相除得出的，如圖2.3(b)所示。兩者都屬基本形式，這一大類的系統(tǒng)都只有一個(gè)控制回路，故通常稱為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。圖2.3比值控制系統(tǒng)基本框圖第二大類是主動(dòng)量也同時(shí)設(shè)有流量控制回路的系統(tǒng)，通常稱為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。如果分隔開(kāi)來(lái)看，結(jié)構(gòu)上仍是兩個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。第三大類是比值的設(shè)定值由另一個(gè)控制器給出的系統(tǒng)。例如在燃燒控制中，最終的（也就是真正的）被控變量是煙道氣的氧含量，而空氣與燃料的流量比值實(shí)質(zhì)上是控制手段，因此，比值的設(shè)定值由氧含量控制器給出。這一大類的系統(tǒng)稱為變比值控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上是以比值控制系統(tǒng)為副回路的串級(jí)控制系統(tǒng)。2.1.4前饋控制系統(tǒng)

40、一般控制系統(tǒng)是基于反饋原理，采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，按偏差而調(diào)節(jié)的，屬于被動(dòng)性控制，對(duì)于大擾動(dòng)或時(shí)滯大的過(guò)程，控制品質(zhì)往往不能令人滿意。前饋控制系統(tǒng)基于補(bǔ)償原理，采用開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，控制作用則是外作用（設(shè)定值或擾動(dòng)量）的函數(shù)。考慮到過(guò)程特性和擾動(dòng)的復(fù)雜性，要實(shí)現(xiàn)完全的前饋和補(bǔ)償，是難以做到的。為保證更大的適應(yīng)性，在很多場(chǎng)合下把前饋控制與反饋控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)如圖2.4。這種系統(tǒng)即使在大而頻繁的擾動(dòng)下，依舊可以獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。依據(jù)反饋、前饋控制相結(jié)合的方式，常用的前饋控制系統(tǒng)可分為兩類：前饋控制作用與反饋控制作用相乘；前饋控制作用與反饋控制作用相加，這是前饋反饋控制系統(tǒng)中最典型的結(jié)構(gòu)。當(dāng)負(fù)荷

41、（處理量）是主要擾動(dòng)，且設(shè)定值又恒定不變時(shí)，這兩種類型的功能和適用場(chǎng)合是相近的；從設(shè)計(jì)的靈活性和方便性看，相加型似稍勝一籌。 圖2.4前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖前饋控制是按擾動(dòng)而控制的，要使這種控制方式得以實(shí)現(xiàn)并發(fā)揮作用，一是擾動(dòng)必須直接或間接可測(cè)，否則無(wú)法實(shí)施；二是必須經(jīng)常有比較顯著和比較頻繁的擾動(dòng)，否則無(wú)此必要。過(guò)程的擾動(dòng)往往不止一個(gè)。在有些場(chǎng)合，主次關(guān)系很清楚，只要抓住最主要的擾動(dòng)，就解決了問(wèn)題。但在另一些場(chǎng)合，重要的擾動(dòng)不止一個(gè)，此時(shí)可采用多變量前饋。另外，在控制過(guò)程中，我們還利用前饋控制過(guò)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償過(guò)程的曲線如圖2.5所示。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償，則可大大提高系統(tǒng)的性能。圖

42、2.5 前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線2.1.5時(shí)滯補(bǔ)償控制系統(tǒng)廣義對(duì)象的時(shí)滯與時(shí)間常數(shù)之比越大，系統(tǒng)越不易控制。當(dāng)超過(guò)0.5，甚至超過(guò)1時(shí)，可稱為具有大時(shí)滯的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中，為使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，控制器增益必須減小?？偟暮蠊亲畲笃詈艽?，調(diào)節(jié)過(guò)程變慢。對(duì)這類對(duì)象用pid控制規(guī)律，如果控制要求不高，還可以勉強(qiáng)應(yīng)用，如果希望有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，就難以滿足要求。一條更多采用的可行途徑是引入適當(dāng)?shù)姆答伃h(huán)節(jié)，設(shè)法使系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的分母項(xiàng)中（亦即特征方程中）不含時(shí)滯項(xiàng)。這種形式的補(bǔ)償器稱為smith 預(yù)估器。現(xiàn)在用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)施時(shí)滯算法已變得十分方便，這樣就擺脫了技術(shù)工具的制約，大大方便了該種補(bǔ)償器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)

43、用。這種補(bǔ)償器不僅可用于單輸入單輸出情況，也可用于多輸入多輸出系統(tǒng)。smith預(yù)估控制有一個(gè)問(wèn)題，就是對(duì)象的模型必須準(zhǔn)確。為了解決模型失配時(shí)smith預(yù)估控制效果不夠滿意的問(wèn)題，現(xiàn)在已了多種改進(jìn)方案，但仍然無(wú)統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，且效果不理想。2.1.6選擇性控制系統(tǒng)一般地說(shuō)，凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)都稱為選擇性控制系統(tǒng)。常用的選擇器是低選器和高選器，它們各有兩個(gè)（或更多個(gè)）輸入，低選器把低信號(hào)作為輸出，高選器把高信號(hào)作為輸出，即選擇器實(shí)現(xiàn)的是邏輯運(yùn)算。把邏輯規(guī)律引入控制算法，豐富了自動(dòng)化的內(nèi)容和范圍，使更多生產(chǎn)中的實(shí)際控制問(wèn)題得以很好解決。選擇性控制系統(tǒng)在單元組合儀表時(shí)代即已發(fā)展，到采用

44、數(shù)字計(jì)算機(jī)控制時(shí)得到了推廣應(yīng)用，成為控制系統(tǒng)中的一類基本結(jié)構(gòu)。選擇性控制系統(tǒng)依據(jù)選擇器所在的位置不同，可分為三種基本類型：（1）選擇器裝在幾個(gè)檢測(cè)元件（或變送器）與控制器之間。這主要實(shí)現(xiàn)被控變量的選點(diǎn)。當(dāng)被控變量的測(cè)量值應(yīng)該是幾個(gè)點(diǎn)之間的最高或最低值時(shí)，可通過(guò)選擇器來(lái)自動(dòng)進(jìn)行選點(diǎn)，當(dāng)有高可靠性要求時(shí)，有時(shí)采用冗余技術(shù)。（2）選擇器位于兩個(gè)控制器與一個(gè)執(zhí)行器之間。超馳（over-ride）控制系統(tǒng)是選擇性控制系統(tǒng)中很常用的類型。由正?？刂破鳌⒊Y控制器與選擇器代替單一的控制器，以保證某些工藝變量不超過(guò)安全極限，保證生產(chǎn)安全，是超馳控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與主要職能。類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也可用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)、停車(chē)，

45、或?qū)崿F(xiàn)其他需要引入邏輯規(guī)律的控制方式。在超馳控制系統(tǒng)中，選擇器位于兩個(gè)控制器的輸出端與控制閥之間，一般宜選用低選器，原因是安全方面的考慮。即使在失電或其他故障情況下，輸出值為零也能滿足安全需要。超馳控制系統(tǒng)中有兩個(gè)控制器，它們應(yīng)選正作用或反作用，應(yīng)分別按工藝規(guī)律和閥門(mén)的氣開(kāi)、氣關(guān)情況而定。正?？刂破鞯倪x型與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)完全一樣。超馳控制器則需考慮其一達(dá)到安全極限即能迅速切換的能力，為此應(yīng)選擇狹比例度的p或pi控制器。在超馳控制系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)入或超出安全極限時(shí)，控制器應(yīng)立即進(jìn)行切換。這就是說(shuō)，當(dāng)偏差為零時(shí)，兩個(gè)控制器應(yīng)該同步，即應(yīng)該有相同的輸出，這樣才能保證及時(shí)切換。2.2智能控制系統(tǒng)智能控制（i

46、ntelligent control ,ic）是20世紀(jì)80年代以來(lái)極受人們關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域，是繼經(jīng)典控制理論方法和現(xiàn)代控制理論方法之后的新一代控制理論方法。智能控制最直觀的定義顯然是引入人工智能（artificial intelligent,ai）的控制，也就是人工智能與自動(dòng)控制的結(jié)合。人工智能的內(nèi)容很廣泛，如知識(shí)表示、問(wèn)題求解、語(yǔ)言理解、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、定理證明、機(jī)器視覺(jué)、邏輯推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、智能控制、智能調(diào)度和決策、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人學(xué)等都是人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。人工智能中有不少內(nèi)容可用于控制，當(dāng)前最主要的是三種形式：（1）模糊控制；（2）專家規(guī)則控制與專家系統(tǒng)控制

47、；（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。它們可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以與其他形式結(jié)合起來(lái)；可以用于基層控制，也可以用于過(guò)程建模、操作優(yōu)化、故障檢測(cè)、計(jì)劃調(diào)度和經(jīng)營(yíng)決策等不同層次。2.2.1 模糊控制模糊控制是將模糊集合理論應(yīng)用于控制的結(jié)果。模糊集合理論是美國(guó)的l.a.zadeh教授于1965年提出的，三十多年來(lái)，模糊集合理論已在自然科學(xué)技術(shù)和社會(huì)科學(xué)的很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，模糊邏輯控制（flc）即為其中之一。模糊邏輯控制的核心是控制器輸出與輸入間的模糊關(guān)系準(zhǔn)則，也就是說(shuō)，由輸入的模糊變量，按照某種模糊推理合成規(guī)則，求取作為輸出的模糊變量。輸出反饋控制器總是以偏差及其導(dǎo)數(shù)作為輸入的，這是手工操作時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，也是各種經(jīng)典控

48、制規(guī)律的做法。從物理概念看，就是既要依據(jù)偏差的量（正負(fù)及大?。?，又要依據(jù)偏差的變化速度（趨勢(shì)）來(lái)確定應(yīng)該采取的控制作用。當(dāng)然，也可考慮參照二階或更高階次的導(dǎo)數(shù)，但由于噪聲的存在，引入高階導(dǎo)數(shù)并不相宜。模糊邏輯控制器獲得的測(cè)量值一般不是模糊量，要求送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)一般也不是模糊量，所以從控制器的輸入到輸出，要經(jīng)過(guò)輸入信號(hào)的模糊化、在模糊控制規(guī)則下的決策，以及對(duì)模糊信號(hào)的精確化等步驟。模糊決策給出的實(shí)質(zhì)上是規(guī)則控制，可用ifthen的產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)表述，但更常用的是模糊決策表。模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性已有不少研究。模糊控制律往往具有飽和特性，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。在模糊控制中，余差往往很難完全消除，此時(shí)可

49、將flc與積分器相并聯(lián)，組成模糊積分復(fù)合控制器。現(xiàn)在還出現(xiàn)了自組織（自適應(yīng)）模糊控制器，它能在控制系統(tǒng)運(yùn)行中不斷衡量系統(tǒng)的性能，并通過(guò)修改控制規(guī)則、改變量化算法來(lái)修正論域或修改模糊子集的定義域，使得到的模糊控制規(guī)則更加適合對(duì)象的特性。模糊集和模糊控制的概念，不僅可以用在基層控制級(jí)，也可用在先進(jìn)和優(yōu)化控制以及調(diào)度、計(jì)劃和決策等層次。美國(guó)的salldis教授曾指出，在遞階控制的結(jié)構(gòu)上，越往上的層次越需要智能。2.2.2專家規(guī)則控制依據(jù)不同的情況，按規(guī)則選擇合適的控制策略或算法，稱為專家規(guī)則控制。這里所說(shuō)的情況，包括偏差及其導(dǎo)數(shù)的變化、生產(chǎn)要求或負(fù)荷的變化、設(shè)備情況的變化、環(huán)境條件的變化。這里所說(shuō)的

50、規(guī)則，則來(lái)自知識(shí)，一般以ifthen形式的產(chǎn)生式規(guī)則表示，至于邏輯推理的復(fù)雜程度，則可能相距甚遠(yuǎn)。專家規(guī)則控制可在三個(gè)層次進(jìn)行，一是直接用在基本控制層，用一組控制規(guī)則作為控制律，人們依據(jù)工況的不同，選用不同的規(guī)則；二是用在特性監(jiān)測(cè)控制層，例如依據(jù)控制過(guò)程情況，選用不同的控制器參數(shù)，這時(shí)候仍采用傳統(tǒng)的控制器；三是用在監(jiān)督層，用以進(jìn)行有效的決策或選擇適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)等。專家規(guī)則控制是基于知識(shí)的控制，知識(shí)工程是它的方法基礎(chǔ)，專家系統(tǒng)是處理復(fù)雜規(guī)則時(shí)的主體工具。從專家系統(tǒng)本身解決問(wèn)題的特點(diǎn)來(lái)看，可分為診斷型、設(shè)計(jì)型和控制型三大類。（一）簡(jiǎn)單的專家規(guī)則控制 有些專家規(guī)則控制的邏輯關(guān)系很簡(jiǎn)單。在國(guó)內(nèi)，有

51、些人稱之為“仿人”智能控制。簡(jiǎn)單規(guī)則算法早年在常規(guī)儀表中往往也可以實(shí)施，現(xiàn)在用微機(jī)控制時(shí)更為方便。但也要指出，這里所用的規(guī)則是簡(jiǎn)單的，很多是經(jīng)驗(yàn)性的，有些甚至不夠可靠；同時(shí)，由于規(guī)則簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的智能水平不高，推理能力較弱，因而難以處理復(fù)雜的命題。（二）專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)完整的問(wèn)題求解計(jì)算機(jī)程序，設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的基本思想是使計(jì)算機(jī)的工作模擬人類專家運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)解決具體問(wèn)題的方法與步驟，用以實(shí)現(xiàn)專家規(guī)則控制，具有很強(qiáng)的能力。人們開(kāi)發(fā)成功了一批專家系統(tǒng)以后，接著從中總結(jié)出一般原理和技術(shù)，開(kāi)發(fā)了通用的專家系統(tǒng)，用戶只要把具體的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)輸入，就可以成為該專業(yè)的專家系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)稱為建造專家系統(tǒng)

52、的工具，或稱為專家系統(tǒng)外殼。一個(gè)專家系統(tǒng)由下列六個(gè)部分組成：（1）人機(jī)接口：利用人機(jī)接口，專家可以將自己的新知識(shí)、新經(jīng)驗(yàn)加入到知識(shí)庫(kù)中，也可以方便地對(duì)知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行修改；操作員可以在操作過(guò)程中隨時(shí)得到專家系統(tǒng)的幫助，了解系統(tǒng)，并應(yīng)用系統(tǒng)像領(lǐng)域?qū)＜乙粯咏鉀Q問(wèn)題。（2）知識(shí)庫(kù)：用以存貯某個(gè)具體領(lǐng)域的專門(mén)知識(shí)，包括理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。專家系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的完備性和知識(shí)表示的正確性、一致性和獨(dú)立性。常用的知識(shí)表示方法有邏輯因果圖、產(chǎn)生式規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架理論、概念從屬等，尤以產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成的產(chǎn)生式知識(shí)庫(kù)使用最多。產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式是if（前提）then（動(dòng)作）。將規(guī)則與

53、數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)相匹配，一旦匹配成功，就執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作或得出某個(gè)結(jié)論。（3）知識(shí)獲取：要保證知識(shí)庫(kù)能對(duì)應(yīng)用對(duì)象所有狀態(tài)的描述具有完備性和正確性，往往需要新知識(shí)的獲取。一方面是將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行描述并寫(xiě)入；另一方面是進(jìn)行機(jī)器自學(xué)習(xí)，增添新知識(shí)。（4）數(shù)據(jù)庫(kù)：用以存貯表征應(yīng)用對(duì)象的特性數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)等，供推理機(jī)和解釋機(jī)構(gòu)使用。（5）解釋機(jī)構(gòu)：用以檢驗(yàn)和解釋知識(shí)庫(kù)中相應(yīng)規(guī)則的條件部分，即用推理得到的中間結(jié)果對(duì)規(guī)則的條件部分中的變量加以約束，并將該規(guī)則所預(yù)言的變化（由動(dòng)作引起）返回推理機(jī)。（6）推理機(jī)：承擔(dān)控制并執(zhí)行專家推理的過(guò)程。從數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一定的推理和計(jì)算形成事實(shí)，

54、然后與知識(shí)庫(kù)中的相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行匹配，找出可用的規(guī)則集，根據(jù)一定的優(yōu)先級(jí)別應(yīng)用各條規(guī)則，同時(shí)執(zhí)行各規(guī)則的動(dòng)作（或結(jié)論）部分，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)。在整個(gè)推理過(guò)程中，如何快速查找并正確應(yīng)用可用規(guī)則，是決定推理速度和正確性的關(guān)鍵。推理方法又與知識(shí)描述方式密切相關(guān)，如對(duì)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)用匹配和繼承推理方法，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)用模式識(shí)別推理方法，對(duì)產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)用鏈?zhǔn)竭壿嬐评矸椒?。鏈?zhǔn)竭壿嬐评砭唧w又分正向推理（數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略）、逆向正反向混合推理三類方式。（三）專家系統(tǒng)在自動(dòng)化中的應(yīng)用在過(guò)程控制中，專家系統(tǒng)能夠做的事情很多。但必須注意，過(guò)程控制是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)行的，因此對(duì)專家系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性有很高的要求，并希望有良好的

55、開(kāi)放性。在過(guò)程控制中，在一套計(jì)算機(jī)控制裝置處理的范圍內(nèi)，往往有成百上千個(gè)變量，系統(tǒng)很大，好在這些變量并非都是息息相關(guān)的，劃分為若干個(gè)子專家系統(tǒng)將方便得多。專家系統(tǒng)在自動(dòng)化中的應(yīng)用至少有三大方面：（1）用于控制依據(jù)負(fù)荷、進(jìn)料情況、環(huán)境條件和系統(tǒng)工作情況等因素，決定控制作用u、控制器參數(shù)、控制系統(tǒng)類型或結(jié)構(gòu)等。（2）用于工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和區(qū)域優(yōu)化，這是診斷型任務(wù)，與控制型任務(wù)不同。依據(jù)系統(tǒng)工作情況和環(huán)境條件等因素，判定工況是否正常，判定工況不正常的根源，并判定如何使工作情況進(jìn)入優(yōu)良區(qū)域。（3）用于計(jì)劃和調(diào)度。2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制人們一開(kāi)始進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，是想通過(guò)微電子技術(shù)來(lái)模擬人腦。盡管已有

56、多年歷史，但人腦仿真依然是一個(gè)難題。從研究神經(jīng)元所得到的一些特性，導(dǎo)致了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural netwoth, ann）的誕生。到今天已有幾十種類型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程上的應(yīng)用，似乎已與人腦的設(shè)想模擬逐漸遠(yuǎn)離，而是作為強(qiáng)有力的非線性函數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)使用。（一）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型若干個(gè)神經(jīng)元連接起來(lái)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、層次性和并行處理能力。在對(duì)其功能和特性抽象的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有反向傳播網(wǎng)絡(luò)（bp）、徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)（rbf）、具有rc環(huán)節(jié)的hopfield反饋網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài) 速歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（fnn）等。（二）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化中的應(yīng)用 由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性函數(shù)逼近能力并具有并行處理工作方式等特點(diǎn)，已在很多應(yīng)用領(lǐng)域受到了關(guān)注，在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有下列諸方面： （1）軟測(cè)量：應(yīng)用數(shù)學(xué)模型來(lái)間接測(cè)量一些成分和物性變量，為解決許多測(cè)量難題提供了可能性，近年來(lái)很受注意。除了采用非線性回歸模型外，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為軟測(cè)量模型有不少優(yōu)點(diǎn)，同樣或類似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用來(lái)描述變量完全不同、函數(shù)關(guān)系迥異的特性。（2）故障檢測(cè)和診斷：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可被用作故障檢測(cè)和診斷