鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我國供暖系統(tǒng)中大部分采用燃煤熱水鏈條鍋爐，這種鍋爐普遍存在燃燒效率低的問題，并且由于鍋爐負(fù)荷變化劇烈，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化控制。膠州某熱電廠兩臺型號為SZL294.6/130/70-A的29t鏈條熱水鍋爐，選用西門子400系列PLC完成相應(yīng)的控制功能，選用WinCC組態(tài)軟件作為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的組態(tài)。WinCC具有軟件實(shí)用性好、組態(tài)靈活的特點(diǎn)，可生成復(fù)雜友好的交互式圖形界面，但不易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法卜2.OPC（OLEforprocesscontrol）是一套以微軟Windows操作平臺中的OLE、COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)、可實(shí)現(xiàn)不同現(xiàn)場設(shè)備與應(yīng)用程序之間軟件接口的通信標(biāo)準(zhǔn)。由于OPC通信穩(wěn)定，傳輸速度快，適用于大批量數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)已經(jīng)成為新的工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)之一。

　　本文針對膠州某熱電廠供熱鍋爐燃燒效率低的問題，設(shè)計(jì)了一套鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。通過OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了VisualStudio（C）與西門子WinCC之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。采用VisualStudio（C）編寫先進(jìn)動(dòng)態(tài)山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號：ZR2011FQ006）；青島市科技發(fā)展計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（編號：12-1-4-3-17-ch）。修改稿收到日期：2012第一作者于永茂（1988-），男，現(xiàn)為青島科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事計(jì)算機(jī)控制方面的研究。

　　尋優(yōu)算法，能在鍋爐燃燒過程中動(dòng)態(tài)尋找最佳風(fēng)煤比，使煤在爐膛內(nèi)充分燃燒。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠使供熱鍋爐運(yùn)行時(shí)做到“惡劣時(shí)保穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)求最優(yōu)”，最大限度地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化控制。

　　1OPC接口技術(shù)OPC是用于自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)組件的新工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　它以O(shè)LE、部件對象模型（componentobectmodel，COM）和分布式部件對象模型（distributedcomponentobectmodel，DCOM）技術(shù)為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器（C/S）模式，搭建基于Windows應(yīng)用和基于現(xiàn)場控制應(yīng)用的聯(lián)系。有實(shí)力的遠(yuǎn)端SCADA、DCS、PLC、遠(yuǎn)端I/O模塊供應(yīng)商都提供OPC服務(wù)器。OPC技術(shù)有效地解決了應(yīng)用軟件開發(fā)與硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)之間的矛盾，且通過OPC可以將辦公應(yīng)用、HMI系統(tǒng)（如西門子的WinCC）、PLC和現(xiàn)場設(shè)備集成為一體。

　　OPC服務(wù)器自動(dòng)化對象的層次結(jié)構(gòu)如所示。OPC數(shù)據(jù)存取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定服務(wù)器由服務(wù)器、組和數(shù)據(jù)項(xiàng)三類對象構(gòu)成。服務(wù)器擁有服務(wù)器對象的所有信息，是組對象的容器，其向OPC客戶端提供創(chuàng)建和操作OPC組對象的功能。組擁有本組對象的所有信息，并且作為OPC項(xiàng)的容器提供組織和管理項(xiàng)的機(jī)制。

　　項(xiàng)是一個(gè)具體的過程變量，代表OPC服務(wù)器到數(shù)據(jù)源的一個(gè)物理鏈接，是讀寫數(shù)據(jù)的最小單位。

　　OPC層次結(jié)構(gòu)圖Fig. 2優(yōu)化控制算法鏈條熱水鍋爐的整個(gè)生產(chǎn)過程主要包括：鍋爐啟動(dòng)前的檢查與準(zhǔn)備、鍋爐的啟動(dòng)、鍋爐的運(yùn)行以及鍋爐的停爐。鍋爐的運(yùn)行階段是整個(gè)工藝流程以及參與控制的主要階段，故本文只針對運(yùn)行階段設(shè)計(jì)優(yōu)化控制系統(tǒng)，而補(bǔ)水控制仍采用常規(guī)PID控制器來調(diào)節(jié)。系統(tǒng)以C為編程語言編寫優(yōu)化算法，與WmCC鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，最終達(dá)到實(shí)時(shí)控制鍋爐優(yōu)化燃燒、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如所示。

　　優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2.1優(yōu)化控制算法設(shè)計(jì)鏈條式熱水鍋爐燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是在保證水溫穩(wěn)定的同時(shí)，保證鍋爐的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)燃燒。

　　因此，優(yōu)化控制算法的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

　　鍋爐燃燒系統(tǒng)控制原理圖如所示。

　　由送風(fēng)量F與熱量信號Dq構(gòu)成的F」q通道動(dòng)態(tài)特性，可用個(gè)具有極值特性的靜態(tài)特性環(huán)節(jié)與具有傳遞函數(shù)為的動(dòng)態(tài)特性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成。Ti為時(shí)間常數(shù)，'為滯后時(shí)間。在鍋爐工況和給煤量定的條件下，存在最佳送風(fēng)量Fm，使得熱量信號Dq達(dá)到極值。

　　假設(shè)尋優(yōu)步長為AF，步進(jìn)周期為T，則在n個(gè)階躍后輸出為：出值（即非線性環(huán)節(jié)輸出值）；-=為相對時(shí)間；h（-）為單位階躍相應(yīng)函數(shù)。

　　-1）時(shí)，假定加入階躍輸入和不加入階躍輸入的熱量信號分別為Q（n）和QXn），兩者之差為Q（n））的單調(diào)性，算機(jī)和儀表的RSW85數(shù)據(jù)通信，完成晶體生長的狀態(tài)監(jiān)測和生長流程控制，具有以計(jì)算機(jī)為中心、結(jié)構(gòu)簡單、功能完整、可擴(kuò)展性和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，有著良好的應(yīng)用前景。