專利名稱：用于燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體用于燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí) 滯控制。
技術(shù)背景目前我國(guó)大部分燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐采用DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，取 得較好控制效果，提高自動(dòng)化水平。但存在如下問(wèn)題① 機(jī)理分析和試驗(yàn)測(cè)試表明燃燒過(guò)程動(dòng)態(tài)特性是二輸入二輸出多變量時(shí)滯 系統(tǒng)。由于DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)只有PID控制、前饋控制、串級(jí)控制等單變量控 制方法，因此目前國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程都采用單變量控制方式。由 于單變量控制方法不符合燃燒過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，故燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)經(jīng)常不穩(wěn)定， 甚至采用人工控制，因此不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)煤比，只能采用固定風(fēng)煤比，致使 燃燒效率低，浪費(fèi)大量煤。② 由于DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)造價(jià)高，不可能棄之不用。但DCS系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)都擁有OPC通訊功能，可以充分發(fā)揮其功能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控 制方法，可以充分利用DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)都擁有的OPC通訊功能，與控制裝置 配套使用，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制。本發(fā)明的技術(shù)方案如下用于燃煤機(jī)組或工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制方法，其特征在于包括以下步驟(1 )、首先用建模軟件測(cè)試出燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型G。(s)二G(s) I t i尸O
其中g(shù)ij (s) (1《i, _K2)為s有理分式， Tij(1《i， j《2)為時(shí)滯，單位秒(2) 、根據(jù)燃燒過(guò)程數(shù)學(xué)模型G(s)確定時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償器為P(s)=G。(s)-G(s)(3) 、采用多變量時(shí)滯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包，設(shè)計(jì)出預(yù)補(bǔ) 償器Kp(s)和主控制器K。(s)，分別為、12(力、其中kpij (s) (1《i, j《2)為s有理分式或常數(shù)0Kc (s)=「、(力0 、、0 ^20),其中k。j(s) (1《i《2)為PID控制器(4) 、利用多變量系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷軟件和仿真軟件，判斷已設(shè)計(jì)多變量時(shí)滯 系統(tǒng)是否穩(wěn)定及性能。如不滿足設(shè)計(jì)要求，重新設(shè)計(jì)Kp(s)和K。(s)，直至設(shè)計(jì) 出系統(tǒng)穩(wěn)定且性能滿意的Kp(s)和K。(s)。(5) 、編寫多變量時(shí)滯控制軟件，時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償軟件、通訊軟件、無(wú)擾切換軟 件等，置于控制裝置系統(tǒng)軟件中，并將K。(s)和Kp(s)和P(s)設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)置到 相應(yīng)軟件中。(6) 、控制裝置計(jì)算機(jī)通過(guò)OPC接口獲取燃燒過(guò)程的的輸出向量信號(hào)Y (s)、 和輸入向量信號(hào)R(s)，時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償后的反饋向量信號(hào)Y'(s)，依次計(jì)算向量信號(hào) E,(t)、 V(s)和U(s)。其中輸出向量信」Y(s)y(s)= 、yi (s)為蒸汽壓力實(shí)際值，y2(s)為煙氣氧含量實(shí)際值，輸入向量信號(hào)R(s)R(S):r,(s)為蒸汽壓力設(shè)定值， r2(s)為煙氣氧含量設(shè)定值， 吋滯預(yù)補(bǔ)償后反饋向量信號(hào)Y'(s)Y*(s)=y，*(s)為時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償后蒸汽壓力信號(hào) y/(s)為時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償后的氧含量信號(hào) E(s)為偏差向量信號(hào)E(s)=U2 * o),e,(s)為蒸汽壓力偏差信號(hào)e,(s^ r,(s)- /, (s) e2(s)為煙氣氧含量偏差信號(hào)e2(s)二 。(s)- y*2(s) (7)、主控制器K。(s)依據(jù)偏差向量信號(hào)E(s)計(jì)算出主控制器K。(s)輸出向 詰V(s):、W)V(s)=V1 (s)為蒸汽壓力PID控制器輸出信號(hào) v2(s)為煙氣氧含量PID控制器輸出信號(hào) (8)、預(yù)補(bǔ)償器Kp(s)依據(jù)主控制器K。(s)輸出向量1， 向量信號(hào)U(s)，、W、V(s)、計(jì)算出控制U(s)=Ui(S)為給煤機(jī)變頻器控制信號(hào) U2(S)為送風(fēng)機(jī)控制信號(hào)(9) 、時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償器P(s)依據(jù)輸出控制向量信號(hào)U(s)，計(jì)算出時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償 后的反饋向量信號(hào)Y、s)。(10) 、控制裝置將計(jì)算出的控制信號(hào)u，(s)和U2(s)，通過(guò)OPC通訊和板卡連接兩種方式傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)(或PLC系統(tǒng))，分別控制給煤機(jī)變頻器和送風(fēng)機(jī)檔 板開度，改變給煤量和送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)了燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制?？刂评碚摵涂刂乒こ桃呀?jīng)證明，只有根據(jù)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，采取相應(yīng)的 控制方法，才能保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定，且具有良好性能。多變量控制理論已經(jīng)證明，如果一個(gè)多變量系統(tǒng)人為地將它分為幾個(gè)單變量 系統(tǒng)，即使設(shè)計(jì)的每個(gè)單變量都是穩(wěn)定的，但不能保證多變量系統(tǒng)穩(wěn)定。本發(fā)明的多變量時(shí)滯控制方法符合燃燒過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，又采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)和仿真方法，精心設(shè)計(jì)出控制器，使控制系統(tǒng)不僅穩(wěn)定，而且將蒸汽壓力控制 在工藝規(guī)定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤比自動(dòng)調(diào)整，提高鍋爐熱效率，節(jié)省煤。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制，可節(jié)省燃料 5%左右，取得920萬(wàn)/年左右的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖2為控制裝置與DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)連接圖。
具體實(shí)施方式
燃煤機(jī)組或工業(yè)鍋爐DCS系統(tǒng)域PLC系統(tǒng))由操作站和現(xiàn)場(chǎng)控制站組成?，F(xiàn) 場(chǎng)控制站配有OPC通訊接口、 AI和AO板卡。燃燒過(guò)程配有蒸汽壓力和煙氣氧含 量變送器、給煤機(jī)變頻器、送風(fēng)機(jī)及檔板，操作站配有OPG通訊接口?？刂蒲b置由主機(jī)板、OPC通訊接口、 Al和AO板卡、隔離模塊、配電器等組 成。配有多變量時(shí)滯控制軟件、通訊軟件、無(wú)擾切換軟件、吋滯預(yù)補(bǔ)償軟件、建 模軟件和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包。用于燃煤機(jī)組和工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制方法，包括以下步驟 (1)、首先用建模軟件測(cè)試出燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型<formula>formula see original document page 8</formula>為s有理分式，Tij(1《i, j《2)為時(shí)滯，單位秒(2) 、根據(jù)燃燒過(guò)程數(shù)學(xué)模型G (s)確定時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償器為P(s)=G。(s)-G(s)(3) 、采用自行研發(fā)的多變量時(shí)滯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包， 設(shè)計(jì)出預(yù)補(bǔ)償器Kp(s)和主控制器K。(s)，分別為^ ,、如")、、21 C5)、22 (化其中kpiJ (s) (1《i, j《2)為s有理分式或常數(shù) W0 )其中k?！?s) (1《i《2)為PID控制器(4) 、利用多變量系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷軟件和仿真軟件，判斷已設(shè)計(jì)多變量時(shí)滯 系統(tǒng)是否穩(wěn)定及性能，如不滿足設(shè)計(jì)要求，重新設(shè)計(jì)Kp(s)和K。(s)，直至設(shè)計(jì) 出系統(tǒng)穩(wěn)定且性能滿意的Kp(s)和K。(s);(5) 、設(shè)計(jì)和編寫出時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償軟件、主控制器的控制軟件、預(yù)補(bǔ)償器的 控制軟件、自動(dòng)跟蹤和無(wú)擾切換軟件及通訊軟件，將上述軟件集成到控制裝置系 統(tǒng)軟件中。將已設(shè)計(jì)的P(s)、 Kp(s)和K。(s)的參數(shù)分別設(shè)置到控制裝置的相應(yīng) 控制軟件中。(6) 控制裝置計(jì)算機(jī)和操作站之間建立OPC通訊，實(shí)現(xiàn)控制裝置與DCS系 統(tǒng)、PLC系統(tǒng)所有信息的交換，控制裝置計(jì)算機(jī)接收DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)燃燒過(guò) 程的煙氣氧含量和蒸汽壓力設(shè)定值和實(shí)際值?；蛑苯硬杉紵^(guò)程蒸汽壓力和煙 氣氧含量的實(shí)際值?？刂蒲b置計(jì)算機(jī)通過(guò)0PC接口從操作站獲取燃燒過(guò)程的的輸出向量信號(hào) Y(s)，輸入向量信號(hào)R(s)，控制裝置產(chǎn)生的吋滯預(yù)補(bǔ)償后的反饋向量信號(hào)Y、s) 依次計(jì)算出向量信號(hào)E,(t)、 V(s)和U(s)射輸出向量信號(hào)Y(s)Kc (s)=<formula>formula see original document page 10</formula>y, (s)為蒸汽壓力實(shí)際值，y2(s)為煙氣氧含量實(shí)際值，輸入向量信號(hào)R(s)<formula>formula see original document page 10</formula>n(s)為蒸汽壓力設(shè)定值， r2(s)為煙氣氧含量設(shè)定值， 吋滯預(yù)補(bǔ)償后反饋向量信號(hào)Y'(s)<formula>formula see original document page 10</formula>y,'(s)為時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償后蒸汽壓力信號(hào) y2'(s)為時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償后的氧含量信號(hào) E(s)為偏差向量信號(hào)<formula>formula see original document page 10</formula>e,(s)為蒸汽壓力偏差信號(hào)e,(s)二 n(s)- y'，(s) e2(s)為煙氣氧含量偏差信號(hào)e2(s)二 r2(s)- y*2(s) (6)、主控制器K。(s)依據(jù)偏差向量信號(hào)E(s)計(jì)算出主控制器K。(s)輸出向 量信號(hào)V(s):<formula>formula see original document page 10</formula>v, (s)為蒸汽壓力PID控制器輸出信號(hào) V2(s)為煙氣氧含量PID控制器輸出信號(hào) (7)、預(yù)補(bǔ)償器Kp(s)依據(jù)主控制器K。(s)輸出向量信號(hào)V(s)、計(jì)算出控制 向量信號(hào)U(s)<formula>formula see original document page 10</formula>
u, (s)為給煤機(jī)變頻器控制信號(hào) U2(S)為送風(fēng)機(jī)控制信號(hào)這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)控制裝置的AO板卡、隔離模塊發(fā)送到DCS系統(tǒng)(或PLC系統(tǒng)) 現(xiàn)場(chǎng)站Al板卡?，F(xiàn)場(chǎng)站CPU將該信號(hào)通過(guò)AO板卡控制給煤機(jī)變頻器和送風(fēng)機(jī)檔 板開度，改變給煤量和送風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)煤比自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程多變量時(shí) 滯控制，將蒸汽壓力和煙氣氧含量控制在設(shè)定值。(8)、控制裝置與DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)配套使用方法DCS系統(tǒng)(或PLC系統(tǒng))操作站上配置控制方式切換按鈕。當(dāng)切換按鈕置于DCS 系統(tǒng)控制方式時(shí)，DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程單變量控制或人工控制。當(dāng)切換按鈕置 于控制裝置控制方式時(shí)，控制裝置采取無(wú)擾切換方式，多變量時(shí)滯控制投入運(yùn)行， 即DCS系統(tǒng)(或PLC系統(tǒng))按上面(7)給定方式，接收控制裝置發(fā)出的控制信號(hào)u， (s) 和U2(S)，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程多變量吋滯控制。
權(quán)利要求
1、用于燃煤機(jī)組或工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)、首先用建模軟件測(cè)試出燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于燃煤機(jī)組或工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程多變量時(shí)滯控制方法，其特征在于包括用建模軟件測(cè)試出燃燒過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、根據(jù)燃燒過(guò)程數(shù)學(xué)模型G(s)確定時(shí)滯預(yù)補(bǔ)償器、設(shè)計(jì)出預(yù)補(bǔ)償器K_P(s)和主控制器K_c(s)、控制裝置計(jì)算機(jī)和操作站之間建立OPC通訊，實(shí)現(xiàn)控制裝置與DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)所有信息的交換，控制裝置計(jì)算機(jī)接收DCS系統(tǒng)或PLC系統(tǒng)燃燒過(guò)程的煙氣氧含量和蒸汽壓力設(shè)定值和實(shí)際值。或直接采集燃燒過(guò)程蒸汽壓力和煙氣氧含量的實(shí)際值。本發(fā)明的多變量時(shí)滯控制方法符合燃燒過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，又采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真方法，精心設(shè)計(jì)出控制器，使控制系統(tǒng)不僅穩(wěn)定，而且將蒸汽壓力控制在工藝規(guī)定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)煤比自動(dòng)調(diào)整，提高鍋爐熱效率，節(jié)省煤。
文檔編號(hào)G05B13/04GK101211162SQ20071030250
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者龐國(guó)仲 申請(qǐng)人:龐國(guó)仲