典型應用工程研究——杭州自動化有限公司HOLLYSYS循環流化床鍋爐的先進控制策略及工程應用研究2/5/20231循環流化床鍋爐（CFBB）介紹——煙氣送至尾部受熱面旋風分離器立管返料機構水冷壁爐膛二次風燃料脫硫劑一次風排渣2/5/20232研究的意義和價值——循環流化床鍋爐正成為鍋爐發展的方向

高效、清潔、低污染燃料適應性廣負荷調節性能好灰渣易于綜合利用商業化的迅速發展對自控的高要求自控水平低，一般采用手控，效果差本工程研究的理論意義和實用價值2/5/20233CFBB控制上的特點和難點1——2/5/20234CFBB控制上的特點和難點2——分布參數、非線性、時變、大滯后、多變量耦合嚴重受控變量和操縱變量多過程復雜，難于建模相同控制手段的不同控制效果易發生結焦、熄火等安全事故國內鍋爐經常出現的堵煤、堵灰情況檢測元件及執行機構的限制2/5/20235國內外模型化及控制現狀——模型化

尚未出現用于實時控制的模型控制現狀采用煤粉爐的控制方案，簡單分解組成多個單回路——主蒸汽壓力控制系統——料床溫度控制系統控制水平實驗室成功仿真，實際現場應用不理想國內基本采用操作人員手動操作2/5/20236控制水平低原因分析——忽視耦合嚴重性，簡單搬用煤粉爐方案沒有有效克服大滯后的方法控制主次目標掌握不好只控料床溫度，忽視整個爐膛溫度分布沒有考慮頻繁出現的堵煤、堵灰等事件的自動處理，控制系統無法長期投運結論：常規控制無法達到滿意效果學習熟練操作工，采用專家智能控制2/5/20237專家智能控制——智能控制相對常規控制的擴展功能(1)可以處理非數字化的、不精確的操作經驗，進行復雜控制，提高控制質量(2)模仿人的行為，采用專家經驗，自動修改參數和算法，形成各種性質算法的選擇和組合(3)當部件失效、系統大擾動或出現突發事件時仍能進行有效處理仿人智能控制專家控制2/5/20238面向CFBB的實時專家控制——專家系統的實時性問題

——過程控制對專家系統的挑戰實時專家控制系統

——能表示與時間有關的知識——動態數據采集功能——進行限時推理、中斷功能——數據可靠性判斷——人機對話、交互能力并行推理級進推理2/5/20239燃燒系統的實時專家控制結構——控制器用戶接口知識層3知識層2知識層1數據庫動態靜態短期長期u1u2u3推理機構前向推理后向推理過程r(n)y(n)u(n)2/5/202310燃燒系統的實時專家控制——基于級進推理的燃燒系統實時專家控制第一層基于狀態模糊區分的多變量規則控制器第二層調整狀態模糊區分的模糊邊界值LhT床=g1(M，D，ΔD)LLT床=g2(M，D，ΔD)等第三層操作提示及監控并行推理的實現2/5/202311實時專家汽水控制結構——專家系統控制器操作人員輸入輸出過程負荷、壓力K11K22/5/202312面向CFBB的仿人智能采樣控制——問題：CFBB對象的大滯后特性SMITH預估對模型的要求操作人員：“等等、看看、調調”思想2/5/202313仿人智能采樣控制結構——Gc(s)Gp(s)e-LsY(s)R(s)F(s)K+_++Gc(s)Gp(s)e-LsY(s)R(s)F(s)K+_++ECD(s)2/5/202314CFBB仿人智能采樣控制——F(s)KR(s)+_EC3Gp(s)e-LsY(s)++EC2D(s)EC1專家智能控制器2/5/20231575t/h循環流化床鍋爐流程——2/5/202316CFBB自動控制回路——汽包水位控制主蒸汽溫度控制料層差壓控制爐膛負壓控制燃燒控制（給煤、一次風、二次風、二次返料）主蒸汽壓力控制2/5/202317爐膛負壓控制——2/5/202318料層差壓控制——2/5/202319料層差壓限——負荷2/5/202320CFBB汽包水位過程特性——問題：“虛假水位”的克服——負荷大擾動——母管給水大擾動——煤質變化等燃燒不穩定解決方法：專家PID控制WDW1W2汽水汽包2/5/202321CFBB汽包水位專家PID控制——圖6.4CFB鍋爐汽包水位專家PID控制原理圖

COUT

CIN

Gp1HrECOperatorGp2PwPdWDH+

FDPK2/5/202322CFBB汽包水位專家PID控制原理——取負荷變化量ΔD負荷變化趨勢判斷負荷取偏差專家規則控制低負荷專家規則控制限值內前饋系數K較大前饋系數K較小限值外大限值外PID1組PID2組控制輸出專家規則控制低中、高>負荷限<負荷限大小2/5/202323主蒸汽溫度控制——2/5/202324CFBB汽水系統智能協調控制——問題：水位控制與主汽溫度控制會出現矛盾。解決方法：智能協調控制

2/5/202325智能協調控制原理——正常控制狀態時，水位控制和主蒸汽溫度控制獨立按各自的控制方案進行控制，專家協調控制層監控系統行為；一旦兩個控制系統出現矛盾時則啟動智能協調方案。水位控制器汽包水位系統汽溫控制器主汽溫度系統專家協調控制層2/5/202326智能協調控制方案——輸入輸出變量重新配對——給水閥、減溫水閥、二次水閥整體控制品質協調

——主汽溫度在范圍內，水位偏差大，主要考慮水位控制，犧牲主汽溫度。——水位偏差不大，主汽溫度偏差較大，主要考慮主汽溫度控制，犧牲水位控制應用效果：滿足工藝要求，提高自控投運率2/5/202327CFBB燃燒控制的目標——安全、穩定的燃燒維持主蒸汽壓力基本恒定，保證主蒸汽品質。控制設計中基本圍繞上述兩個目標進行，采用規則控制實現。2/5/202328CFBB燃燒系統專家智能控制1——2/5/202329CFBB燃燒系統專家智能控制2——目標參數的模糊化把料床溫度、爐膛出口溫度模糊化量為五個值HH，H，M，L，LL床溫及爐膛出口溫度的變化率并模糊化為七個量HR，FR，SR，ST，SD，FD，LD 系統狀態的獲取控制規則庫、故障判斷及事件處理規則、正常狀態控制規則庫2/5/202330燃燒系統專家智能控制規則庫——規則舉例：煙氣氧含量增大超過1（或ΔT出口快降且ΔT床平穩、緩降或快降）

判斷：斷煤操作：…...

T床＜820℃且ΔT床緩降、快降T床＞970℃且ΔT床緩升、快升

操作：報警，……

…...

爐膛出口溫變化率返料量二次風量一次風量給煤量床溫床溫變化率爐膛出口溫度

模糊規則庫T出口ΔT床ΔT出口T床2/5/202331燃燒規則的獲取途徑——熱電廠運行工程師熟練操作工人鍋爐制造廠家設計工程師現場具有豐富經驗的專家、高級工程師現場經驗摸索、歸納、總結及試驗2/5/202332燃燒系統專家智能控制規則表——2/5/202333燃燒系統專家智能控制——長期量和暫時量規則表達規則修改規則庫知識獲取推理機2/5/202334控制效果及實現指標——采用HOLLYSYSMACS為平臺，在浙江省嵊州市熱電廠成功投運，達到下列指標：自控投運率大于90%斷煤報警正確率不低于95%正常工況下汽包水位控制在20mm料床溫度控制在較好的850-950℃之間正常工況下主汽溫度控制在44510℃、主汽壓力控制在3.50.2Mpa2/5/202335規則的實時修改——2/5/202336結論——本工程研究針對國內循環流化床鍋爐對象存在的強非線性、不確定性、時變和大滯后、多變量耦合嚴重及建模困難等復雜特性，采用面向CFBB對象的實時專家系統來控制循環流化床鍋爐對象，并在實際工業現場取得了良好的控制效果，