目前，我國存在著大量的工業(yè)鍋爐，這些鍋爐在使用中普遍存在著效率偏低的問題，主要原因在于：①煤種多變，使得運行工況經(jīng)常偏離最佳工況；②自動調(diào)節(jié)水平低，基本上是手動，不能隨著外界負荷的變化及時地調(diào)整鍋爐的出力，影響鍋爐的效率。
    針對以上情況，我們研究了一套適合于中小煤粉爐使用的先進的計算機監(jiān)測和自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了可對鍋爐系統(tǒng)進行實時監(jiān)測及燃燒控制外，還采用了最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略，維持鍋爐在最佳工況工作。實現(xiàn)了多冗余、多策略控制，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。整體控制系統(tǒng)采用常規(guī)控制與智能控制并存方案。在鍋爐負荷主控制回路中，采用Fuzzy-P I雙�？刂破�，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
    運行表明，本系統(tǒng)在保證滿足外界負荷的同時，可節(jié)煤近4%。
1、130t/h煤粉爐簡介
    型號為B& Bw -130/3.82-M，自然循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐，設(shè)計效率為91.7%，運行比較穩(wěn)定。原有一臺給水調(diào)整器水M M表），一臺蒸汽溫度調(diào)整器qD Z-III型調(diào)節(jié)器），兩臺熱工保護裝置（滅火保護及送引風(fēng)給粉磨煤聯(lián)鎖裝置）。給水調(diào)整器采用三沖量控制算法，蒸汽溫度調(diào)整器采用串級PID控制算法，控制效果尚可。所以我們利用原有模擬
調(diào)節(jié)儀表與新加的燃燒控制來構(gòu)成計算機監(jiān)控系統(tǒng)。2、監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備配置及功能
2.1中央控制機
    In 1586工業(yè)控制機一臺（主頻166M H z，內(nèi)存32M B，硬盤1.2G B，9cm (3.5u)軟驅(qū)，53cm 彩色CRT），附屬設(shè)備還有一臺觸摸屏（美國MicroTouch公司產(chǎn)品），一臺EPSO N 1600打印機。作為整個系統(tǒng)的中心，具有以下功能：
    1)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高級控制策略，包括用模糊控制的方法調(diào)節(jié)鍋爐出口汽壓，以
及送風(fēng)量、爐膛負壓和一次風(fēng)壓的常規(guī)控制；實現(xiàn)最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略；    2)采集各測點數(shù)據(jù)信號，向周邊設(shè)備輸出控制信號；
    3)具有良好的人機界面，包括各種漂亮實用的畫面（系統(tǒng)圖、流程圖、報警畫面、
實時及歷史趨勢圖、棒圖、報表等等）；
    4)定時自動打印，并接受運行人員的指令；
5)可與上級微機通過M odem進行通訊。
2.2周邊設(shè)備
    主要包括有1 0臺IPM PLC（可編程控制器）、數(shù)采板三塊0）C L-81 3B，32路全隔離A/D板）、PC L-725繼電器板一塊、PC L-727 12路D/A板兩塊、PC L-747通訊板一塊、傳感器組、變送器組等，主要實現(xiàn)功能如下。
    1) PLC實現(xiàn)部分數(shù)據(jù)采集和常規(guī)控制策略。采集的信號包括主汽壓力、爐膛負壓、煙氣含氧量、一次風(fēng)壓、給粉機轉(zhuǎn)速等需控制的量；控制功能有：8臺給粉機轉(zhuǎn)速控制、總送風(fēng)門控制、4個二次風(fēng)門的控制、兩個引風(fēng)導(dǎo)葉的控制。這些控制功能只有在中央控制機故障時才投入。
    2)3塊數(shù)采板完成全部的數(shù)據(jù)采集任務(wù)；兩塊D/A板完成控制量輸出任務(wù)；繼電器板完成開關(guān)量的采集任務(wù)；
    3)傳感器組感測溫度、壓力、壓差、流量、煙氣含氧量，并通過變送器組轉(zhuǎn)化為4～20mA的標準電流信號，傳送至數(shù)采板與PLC。
    4)配電器組負責(zé)將部分原有測點信號引入中央控制機。
2.3監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
    監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
3、系統(tǒng)控制策略
    本系統(tǒng)冗余部分由中央控制機、多個PLC、原操作系統(tǒng)組成。由低到高，可分為4種控制策略。
    鍋爐原有操作系統(tǒng)：此時計算機自動控制系統(tǒng)不投入，數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測系統(tǒng)可選擇投入。所有操作均在原操作臺上完成。
    控制系統(tǒng)下位機手動運行方式：此時各給粉機轉(zhuǎn)速、引風(fēng)導(dǎo)葉、送風(fēng)總門、二次風(fēng)門均可在控制室的CRT上進行手動無級調(diào)節(jié)，PLC處于開環(huán)運行方式。
    控制系統(tǒng)下位機投入自動方式：此時所有PLC投入閉環(huán)運行，通過采用常規(guī)控制或易于實現(xiàn)的智能控制方法實現(xiàn)對給粉機轉(zhuǎn)速、引風(fēng)導(dǎo)葉、送風(fēng)總門、二次風(fēng)門的控制。
    自動控制系統(tǒng)全面投入的運行方式：中央控制機投入閉環(huán)運行方式，高級控制策略投入使用，整個控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行，保持系統(tǒng)運行在最佳工況。
    該多冗余、多策略控制系統(tǒng)既具有較高的性能價格比，又具有很高的可靠性。在中央控制機故障停機時，可以恢復(fù)原有操作系統(tǒng)，切入PLC手動或自動運行方式。在PLC故障停機時，可以把中央控制機輸出的控制信號直接切換到伺服機構(gòu)上，由中央控制機同時實現(xiàn)模糊控制與常規(guī)控制�，F(xiàn)場運行表明，本系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制品質(zhì)，完全可以滿足對鍋爐穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟運行的要求。
4、控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法
    采用常規(guī)控制與智能控制并存設(shè)計方案。具體可分為4個控制回路：鍋爐負荷控制，一次風(fēng)壓控制，送風(fēng)控制和引風(fēng)控制。整體的控制系統(tǒng)如圖2所示。
4.1  最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略
    最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)是指在運行過程中，根據(jù)運行人員的操作數(shù)據(jù)，進行分析整理，學(xué)習(xí)各種常見工況下鍋爐效率最高對應(yīng)的風(fēng)煤比。這樣在動態(tài)過程中，利用以前學(xué)習(xí)得到的較好的風(fēng)煤比來確定送風(fēng)量。另外，這個學(xué)習(xí)過程是不斷地在線進行的。在穩(wěn)定運行時，再利用自尋優(yōu)策略進行微調(diào)。
    風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略，是通過對送風(fēng)攝動信號的響應(yīng)來判別當前的風(fēng)煤比是否合適，搜索最佳風(fēng)煤比。具體說來，就是在穩(wěn)定運行時，施加送風(fēng)攝動信號，若爐膛煙溫升高，說明新的風(fēng)煤比比原來的好；否則再施加反向的攝動信號；若兩個方向都沒有取得更好的指標，則說明當前的風(fēng)煤比是最佳的。該策略對負荷及煤種等條件的變化具有自適應(yīng)性。
4.2負荷控制器
    在鍋爐負荷主控制回路中，采用Fuzzy-P I雙模控制器，主要考慮：
    1)模糊控制具有模糊邏輯的“概念”抽象能力和強大的非線性處理能力，且對過程參數(shù)的變化不敏感，不需對控制對象的物理過程深入了解就可以取得比較滿意的控制效果。由模糊控制特有的優(yōu)點自然聯(lián)想到利用人的經(jīng)驗，用模糊控制的方法對主回路進行控制，對鍋爐負荷進行粗調(diào)。
    2)基本模糊控制器固有的缺點是，在系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)點時，由于輸入量在模糊集合上的投影就已經(jīng)為零，控制器不再發(fā)生作用。系統(tǒng)在此區(qū)域的動態(tài)特性完全依賴于系統(tǒng)自身的動態(tài)特性，使得調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞，集中表現(xiàn)為在穩(wěn)態(tài)點附近發(fā)生小幅度振蕩。而此時系統(tǒng)已接近穩(wěn)態(tài)，動態(tài)特性也接近線性，已適于常規(guī)控制器進行調(diào)節(jié)。又因負荷控制是一個慢過程，因此在穩(wěn)定點附近選用Pl調(diào)節(jié)器進行微調(diào)。
    3)模糊控制在中央控制機中實現(xiàn)，PI控制在PLC中實現(xiàn)，這種雙�？刂破骺梢员ＷC在中央控制機不投入控制的情況下，也能對鍋爐進行基本控制，便于實現(xiàn)冗余功能。
    本控制器輸入信號為鍋爐出口汽壓與給定值偏差及其變化率，包含基本模糊控制器模塊和Pl調(diào)節(jié)器模塊，由一個選通開關(guān)控制。結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。
    圖中EK，CEK，UK分別是誤差e，誤差變化率垂和控制量u的量化因子。u是煤量。而煤量控制器是一簡單的比例控制器。
4.3一次風(fēng)壓控制器
    由于鍋爐爐膛燃燒區(qū)各處的燃燒情況各不相同，總風(fēng)煤比最佳并不能保證爐膛燃燒區(qū)各處的布風(fēng)合理。如何在采用最佳風(fēng)煤比的同時，合理分配各段風(fēng)量（_、二次風(fēng)的比例，一、二次風(fēng)在各個角的分配），對實現(xiàn)鍋爐高效燃燒有著重要的意義。一次風(fēng)壓控制器有兩個任務(wù)，即保證一次風(fēng)箱風(fēng)壓在一定范圍內(nèi)（該范圍與鍋爐負荷成線性關(guān)系），并保證燃燒區(qū)4個角二次風(fēng)量均勻。
4.4送風(fēng)控制器
    要維持鍋爐的經(jīng)濟燃燒，提高鍋爐的效率，必須使空氣和燃料維持適當?shù)谋壤�，即采用最佳風(fēng)煤比。在送風(fēng)量的控制中，最佳風(fēng)煤比p根據(jù)鍋爐熱負荷的變化情況利用最佳風(fēng)煤比自學(xué)習(xí)系統(tǒng)和風(fēng)煤比在線自尋優(yōu)策略給出，送風(fēng)控制器采用簡單的P l調(diào)節(jié)器控制送風(fēng)閥的開度。
4.5負壓控制器
    由于引風(fēng)系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，它的時間常數(shù)較小，采用Pl調(diào)節(jié)器控制爐膛負壓就可以很好地把爐膛負壓控制在要求范圍內(nèi)。
5、軟件編寫
    為了使用戶在不需要編寫代碼程序的基礎(chǔ)上就可以生成所需要的應(yīng)用軟件，我們提供了一個功能很強的組態(tài)軟件。組態(tài)軟件和運行軟件兩部分之間用組態(tài)數(shù)據(jù)文件傳遞組態(tài)信息。組態(tài)功能主要包括：實時數(shù)據(jù)庫生成（記錄編輯、記錄打印、記錄轉(zhuǎn)換、記錄連接），歷史數(shù)據(jù)庫生成（歷史記錄的編輯、歷史庫與實時點連接功能），圖形生成G充程畫面底圖編輯、動態(tài)顯示點的編輯、動態(tài)點與實時點或歷史點的連接、趨勢曲線配置、棒圖配置），報表生成（底表的編輯、數(shù)據(jù)庫點記錄值生成、連接），連續(xù)調(diào)節(jié)功能（回路生成、回路與點記錄連接）。
6、結(jié)束語
經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，本系統(tǒng)在鍋爐負荷、一次風(fēng)壓、送風(fēng)和引風(fēng)4個控制回路及原有的給水、汽溫控制回路協(xié)同作用下，明顯改善了鍋爐的燃燒條件，汽壓的波動大為減小可節(jié)煤近4%。提高了鍋爐的整體運行效率。本系統(tǒng)經(jīng)過運行考驗，性能穩(wěn)定可靠，大大減少了運行人員的勞動強度。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時我們還大量銷售木屑顆粒機壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。