【正文】 500t/h CFB鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)CHENGNAN COLLEGE OF CUST 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：500t/h CFB鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 班 級: 熱自0902班專 業(yè)： 自動化（熱工過程）指導(dǎo)教師： 謝 又 成2013 年 6 月500t/h CFB鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要近幾年來，循環(huán)流化床鍋爐(簡稱CFB)在熱電廠得到廣泛應(yīng)用，在業(yè)界掀起了CFB鍋爐熱潮。在市場需求的帶動下，國內(nèi)CFB 鍋爐的大型化已取得長足進(jìn)展，形成了500t/h(l50MW)及以下多個容量等級CFB 鍋爐的設(shè)計(jì)制造能力。CFB 鍋爐燃料適應(yīng)能力強(qiáng)、環(huán)保性能佳和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)已廣為人知。但經(jīng)過長期的運(yùn)行實(shí)踐，人們更加體會到CFB 鍋爐控制的難度和控制策略的重要性。此次課題為研究500t/h CFB 鍋爐鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)的PID 控制器與模糊控制結(jié)合仿人智能控制的方法設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)，使其更加適合發(fā)電過程中的非線性和不確定性，從而控制鍋爐爐膛負(fù)壓在適當(dāng)范圍內(nèi)，進(jìn)而保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒。通過MATLAB 建立傳統(tǒng)PID 控制器和仿人智能控制器的仿真模型，通過仿真結(jié)果證明仿人智能PID 控制器相對于傳統(tǒng)PID 控制器具有魯棒性強(qiáng)、易于整定、控制輸出平穩(wěn)、可調(diào)參數(shù)少的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，對電廠生產(chǎn)過程中鍋爐爐膛負(fù)壓具有較好的調(diào)節(jié)能力，適用于大滯后且要求平穩(wěn)控制輸出的電廠生產(chǎn)過程。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；鍋爐爐膛負(fù)壓控制；PID控制器；模糊控制；仿人智能控制；MATLAB仿真模型500t/h CFB BOILER FURNACE NEGATIVE PRESSURE HUMANSIMULATED INRELLIGENT CONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTIn recent years, the circulating fluidized bed boiler (CFB) has been widely used in thermal power plant, set off a CFB boiler boom in the industry. Driven by market demand, the domestic largescale CFB boiler has made considerable progress, forming a 500t / h (l50MW) and a number of capacity levels CFB boiler design and manufacturing capabilities. The CFB boiler fuel adaptability, good environmental performance and a wide range of load regulation is well known. After a long run practice, people realize even more the CFB boiler control the difficulty and the importance of the control strategy. The subjects for the study of 500t / h CFB boiler boiler furnace negative pressure control system, the use of traditional PID controller and fuzzy control bined with simulated intelligent control method for the design of the control system, to make it more suitable for the nonlinearity in the power generation process and uncertainty boiler furnace, thereby controlling the negative pressure within the appropriate range, thus ensuring stable bustion of the MATLAB to establish the traditional PID controller and the simulation model of humansimulated intelligent controller ，Intelligent PID controller has been proved by the simulation results pared with the traditional PID controller with strong robustness, easy setting, stable control output, the distinct advantage of the less adjustable parameters. For power plant boiler furnace negative pressure during the manufacturing process has good adjustment ability, is suitable for the large lag and require a smooth control output of the power plant of the production process. Key words: Circulating fluidized bed boiler。 The boiler furnace negative pressure control。 PID controller。 Fuzzy control。 Simulated intelligent control。 MATLAB simulation model 目 錄1 緒論 1 課題背景及目的 1 國內(nèi)外研究狀況 2 研究的內(nèi)容及要求 3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決手段 32 仿人智能控制系統(tǒng)的原理及特點(diǎn) 5 仿人智能控制的原理 5 仿人智能控制的基本思路 5 仿人智能行為的特征變量 6 仿人智能控制與PID控制相結(jié)合 9 PID控制的原理 9 仿人智能PlD控制器 10 仿人智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 13 被控對象的“類等效”簡化模型 13 被控對象的模型處理 14 仿人智能控制算法研究 15 仿人比例控制算法 15 仿人積分控制算法 16 仿人智能控制器算法模型 173 500t/h CFB鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 500t/hCFB鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的簡介 19 爐膛壓力控制系統(tǒng)簡介 19 爐膛壓力的測量 19 爐膛壓力控制的主要功能 20 爐膛負(fù)壓控制的方案設(shè)計(jì) 21 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)方框原理圖 21 224 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 23 23 仿真結(jié)果對比圖 25 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)無干擾時的仿真研究 25 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)有干擾時的仿真研究 27參考文獻(xiàn) 29致謝 31附件一（開題報(bào)告） 32附件二（外文文獻(xiàn)） 38 1 緒論 課題背景及目的電力工業(yè)是我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在我國，電力生產(chǎn)主要以燃煤火力發(fā)電為主，但燃煤發(fā)電的直接污染較大，特別是SONOX 等有毒物質(zhì)的排放。其中，SO2的排放是造成酸雨的主要原因，為了通過爐內(nèi)燃燒技術(shù)的改進(jìn)，降低SONOX排放量，我國從60年代起開始對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行研究，并在90年代以后和外國公司聯(lián)合研究并取得了較大有發(fā)展，現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐已發(fā)展成熟并在全國廣泛應(yīng)用。保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源是各個國家長期發(fā)展首要考慮的問題，循環(huán)流化床鍋爐正是基于這一點(diǎn)而發(fā)展起來，其高可靠性，高穩(wěn)定性，高可利用率，最佳的環(huán)保特性以及廣泛的燃料適應(yīng)性，越來越受到廣泛關(guān)注，完全適合我國國情及發(fā)展優(yōu)勢[1]。 循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler,CFB）作為近年來在國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒及汽水變化過程十分復(fù)雜，受影響的因素多，給煤、一、二次風(fēng)，返料耦合性強(qiáng)，而且燃燒與汽水也存在復(fù)雜的耦合關(guān)系。此外，過程的非線性和大滯后也使對象更加復(fù)雜，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型，這樣對控制就提出了更為嚴(yán)格的要求。這包括兩層意義：一是控制系統(tǒng)要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制實(shí)效?；谶@樣兩點(diǎn)，CFB鍋爐一般都選擇先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，特別是運(yùn)用先進(jìn)的控制方案能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐燃燒的完全自控[2]。 國內(nèi)外研究狀況目前國內(nèi)火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)大部分采用拖動電動機(jī)，其中95％左右為交流異步電動機(jī)直接拖動，恒速運(yùn)行。隨著電力經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等，使電廠中的鍋爐風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)了裕量較大的問題，另外根據(jù)電網(wǎng)調(diào)峰的需要，機(jī)組長時間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，使鍋爐的送、吸風(fēng)機(jī)長期處于低參數(shù)下運(yùn)行，對廠用電率造成一定影響。目前國內(nèi)直屬發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)配備的電動機(jī)以1 MW左右居多，大部分都是采用恒速運(yùn)行，造成很大的浪費(fèi)。根據(jù)節(jié)能工作的要求，其中有個別發(fā)電廠已考慮或試用風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行，解決目前風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)裕量過大的問題。風(fēng)機(jī)調(diào)速有幾種方案，其中，應(yīng)用最多的是變頻器技術(shù)，或加裝液力偶合器裝置。此外，過程的非線性和大滯后也使對象更加復(fù)雜，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型，這樣對控制就提出了更為嚴(yán)格的要求。這包括兩層意義：一是控制系統(tǒng)要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制實(shí)效。基于這樣兩點(diǎn)，CFB鍋爐一般都選擇先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，特別是運(yùn)用先進(jìn)的控制方案能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐燃燒的完全自控。隨著我國的電力工業(yè)的不斷發(fā)展，作為火電廠重要設(shè)備的鍋爐己走向大型化，鍋爐控制系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。系統(tǒng)的藕合性、時變性、非線性等特點(diǎn)顯得更加突出，鍋爐系統(tǒng)生產(chǎn)過程需要監(jiān)視的內(nèi)容也越來越多，過程控制的任務(wù)愈來愈重，鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行與操作要求更為嚴(yán)格。早期在火電廠采用的人工控制或簡單的儀表單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)己很難滿足發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行的要求。生產(chǎn)自動化方式逐漸不能適應(yīng)時代的發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)的自動化面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。然而另一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)正在不斷的發(fā)展、現(xiàn)代控制理論也在不斷完善并應(yīng)用。將上述兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的自動控制技術(shù)應(yīng)用于火電廠鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，將會有效地提高火電廠的自動化水平，滿足鍋爐工藝發(fā)展的要求。安全可靠是機(jī)組運(yùn)行的首要要求，特別是對大容量機(jī)組更是具有重要的意義。隨著機(jī)組容量的增大，熱力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，需要監(jiān)視、控制的項(xiàng)目顯著增多?？咳藖肀O(jiān)視和操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且很難勝任，同時極易因誤操作而造成事故，所以必須采用自動化儀表來完成監(jiān)視和操作。檢測裝置能把機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)隨時報(bào)告給人和調(diào)節(jié)裝置；自動調(diào)節(jié)裝置能簡化操作步驟和減少操作數(shù)量，避免誤操作；保護(hù)裝置能在機(jī)組運(yùn)行發(fā)生異?；蜻\(yùn)行參數(shù)超過允許值時進(jìn)行報(bào)警，避免、限制、處理事故。因此，模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用使鍋爐運(yùn)行的可靠性得到了進(jìn)一步的提高。在世界范圍內(nèi)，由于能源危機(jī)和劇烈的市場競爭，對節(jié)約能源和減少燃料消耗的要求不斷提高，環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)的的呼聲日益高漲。對鍋爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，不但可以減少事故停機(jī)的損失和檢修費(fèi)用，還可以有效提高熱效率，降低供電熱耗和煤耗。機(jī)組還可實(shí)現(xiàn)自啟停，可縮短啟停時間，因而使各種熱損失及工質(zhì)損失都大為減少。通過采用自動裝置和監(jiān)控手段可以減少運(yùn)行人員，有效地提高勞動生產(chǎn)率，因?yàn)樵跈C(jī)組自啟停階段，不需要臨時增加運(yùn)行人員協(xié)助操作和抄表。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，可使運(yùn)行人員從繁忙的體力勞動和緊張的精神負(fù)擔(dān)中解脫出來，值班員除在機(jī)組啟停時有些操作外，正常運(yùn)行時只需要在控制室內(nèi)集中監(jiān)視主設(shè)備及自動化儀表的運(yùn)行情況[2]。 研究的內(nèi)容及要求針對500t/h CFB爐膛負(fù)壓控制要求，設(shè)計(jì)鍋爐爐膛負(fù)壓仿人智能控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：1).針對爐膛負(fù)壓控制要求，設(shè)計(jì)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)總體方案。2).選擇所需的控制設(shè)備，畫出設(shè)備主要接線圖。3).根據(jù)爐膛負(fù)壓控制要求，設(shè)計(jì)仿人智能控制算法。4).設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的程序結(jié)構(gòu)。5).利用MATLAB 建立仿真模型，研究控制算法的性能，并與常規(guī)PID控制進(jìn)行比較。 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決手段設(shè)計(jì)重點(diǎn)：1).熟悉CFB鍋爐工作原理，了解實(shí)際運(yùn)行中爐膛負(fù)壓控制的重要性。2).設(shè)計(jì)的爐膛負(fù)壓控制方案要求合理可行。3).所選擇的控制設(shè)備必須可靠性高，技術(shù)先進(jìn)，最好列出具體生產(chǎn)廠家，型號等。4).根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)的控制算法必須科學(xué)，列出詳細(xì)設(shè)計(jì)及推導(dǎo)過程。設(shè)計(jì)難點(diǎn)： ，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的程序結(jié)構(gòu)框圖。 建立控制系統(tǒng)仿真模型，從穩(wěn)定性，魯棒性，抗干擾等方面研究所設(shè)計(jì)控制算法的控制效果如何，并與常規(guī)PID控制進(jìn)行比較。采用的手段：設(shè)計(jì)以CFB 鍋爐爐膛負(fù)壓為研究對象，通過對爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)，使?fàn)t膛負(fù)壓控制在最佳壓力范圍，通過查閱相關(guān)資料結(jié)合自己所學(xué)知識，在老師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出符合要求的爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)總體方案，畫出總體設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)控制算法和控制過程程序結(jié)構(gòu)，通過MATLAB 仿真模型研究所設(shè)計(jì)控制算法的性能，得出其相對一般控