【正文】 為基于前述免疫反饋規(guī)則，可得免疫PID控制器方法，即以外部物質(zhì)量作為偏差，B細胞接受的總刺激（反映殺傷細胞濃度）作為控制輸入，若將免疫控制器和常規(guī)PID控制器串聯(lián)，則得到免疫PID控制規(guī)律式中表示響應過程中不同階段的免疫調(diào)節(jié)作用。越小，變化越劇烈；抗體的變化越大，變化越劇烈。TS細胞抑制其他細胞活動，可以將該功能應用到反饋控制。 生物免疫系統(tǒng)示意圖B細胞分泌殺傷細胞，殺傷細胞的濃度作為免疫系統(tǒng)的控制輸入。當抗原較多時，機體內(nèi)的TH 細胞也較多，而TS 細胞卻較少，從而會產(chǎn)生較多的B細胞。 串級系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器控制規(guī)律給水流量調(diào)節(jié)器采用免疫PID控制。主回路：將副回路看作正環(huán)節(jié)；測量變送器的符號為正；上水流量增大時，除氧器的液位升高，所以被控對象為正作用，符號為正；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構成負反饋，所以主控制器為負作用。進一步考慮當鍋爐在開車、停車或機組發(fā)生故障時，鍋爐處于低負荷運行，給水和蒸汽流量測量精度不能保證，且排水、疏水等操作較多，使蒸汽量和給水流量不能正確反映汽包輸入輸出的物質(zhì)平衡關系。考慮到單級三沖量控制系統(tǒng)對信號的靜態(tài)配合要求嚴格，到當負荷波動較大或給水壓力不穩(wěn)時易使系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差，且整定較為困難。但對于閉環(huán)系統(tǒng)來說也要同時考慮汽包水位，這樣可以避免蒸汽量和給水量測量不準確或由于管道泄漏等情況造成的給水量和蒸汽量間比值不確定帶來的偏差。操縱變量：給水流量給水流量可以直接影響汽包水位，調(diào)整控制方便。兩種情況綜合考慮，則燃料量的增加出現(xiàn)的汽包“虛假水位”較蒸汽流量擾動下要緩和得多。這說明蒸汽流量擾動是影響汽包水位至關重要的因素之一。兩種情況疊加即得到給水量增加時，汽包水位經(jīng)過一段遲延后趨于單容系統(tǒng)規(guī)律而上升，遲延的時間隨著給水的過冷度越大而越大。 汽包水位影響因素汽包水位是一個非自衡過程，飽和蒸汽是由進入汽包中的軟化水通過吸收爐膛輻射熱而蒸發(fā)產(chǎn)生的，即當給水量和蒸發(fā)量達到物質(zhì)平衡時，汽包水位就維持在一定高度。ID圖 除氧器調(diào)節(jié)系統(tǒng)Pamp。因此，單神經(jīng)元PID控制器實為在線自整定PID控制器。單神經(jīng)元PID控制器單神經(jīng)元PID控制器具有現(xiàn)場調(diào)整參數(shù)少、易于現(xiàn)場調(diào)試的重要特點，能較大地改善典型非線性時變對象的動態(tài)品質(zhì)，適應控制對象的時變特性，保證控制系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行，控制品質(zhì)明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制器。具體選擇原因及單神經(jīng)元控制規(guī)律的實現(xiàn)方法如下：由于除氧器不僅有熱力除氧和二氧化碳的作用，還起到給鍋爐上水緩沖的作用，鍋爐工況的改變很可能影響給水量，從而影響除氧器液位，即除氧器液位控制系統(tǒng)中存在快速擾動（即給水量波動），而除氧器又是一個大滯后系統(tǒng)，因此，常規(guī)的PID控制方法難以達到期望的效果。則除氧器三沖量串級控制回路的主、副控制的正反作用的判定：副回路：除氧器液位控制回路中，除氧器進水流量調(diào)節(jié)閥為氣閉式，為負作用，所以符號為負；當閥門開大時，除氧器進水流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構成負反饋，所以除氧器進水流量的比值控制器為負作用。在t1時刻給水流量超出一個閾值（或），但未進入另一個狀態(tài)區(qū)間（），則仍保持當前調(diào)節(jié)器運行；如果給水流量繼續(xù)變化，直至進入另一個狀態(tài)區(qū)間（或），且10個采樣周期后給水流量仍停留在該區(qū)間，則此時調(diào)節(jié)器切換。 除氧器水位控制系統(tǒng)(3) 調(diào)節(jié)器的無擾切換為了避免給水流量在切換點附近切換，導致調(diào)節(jié)器反復切換，所以設置了兩個切換流量閾值（），即給水流量；并且每個調(diào)節(jié)器中都設置了死區(qū)，即當給水流量從一個切換區(qū)間變換到另一個切換區(qū)間時，調(diào)節(jié)器不會立刻切換，而是保持當前調(diào)節(jié)回路繼續(xù)運行，而只有給水流量在該區(qū)間停留一段時間（設為10個采樣時間）后，才切換到另一個調(diào)節(jié)回路。串級控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)副調(diào)節(jié)器主要用于迅速抵消進水量的擾動，外環(huán)主控制器主要用于消除除氧器水位靜差。除氧器水位的反饋值可以在鍋爐穩(wěn)定工況時消除除氧器水位的靜差，但會在鍋爐負荷變化時造成“虛假水位”。 控制方案設計(1) 三沖量串級控制系統(tǒng)如單從物質(zhì)平衡角度考慮，則只要保證進入和流出除氧器的水量相等，除氧器液位達到一個動態(tài)平衡，就可以使除氧器水位保持不變。但鍋爐運行過程中，上水量經(jīng)常發(fā)生變化，如果用流出流量作為除氧器液位操縱變量，勢必會影響鍋爐上水量，進而使汽包水位、過熱蒸汽流量、溫度、壓力發(fā)生波動，影響蒸汽的質(zhì)量和產(chǎn)量、以及鍋爐的穩(wěn)定運行。一旦物質(zhì)平衡被打破，即進水量和給水量相對應的關系被打破，則除氧器液位就隨之波動。 除氧器液位控制當鍋爐負荷突然發(fā)生變化，鍋爐需要的上水量增加，這時除氧器起到緩沖的作用，即除氧器中的軟化水可以迅速補充鍋爐較之前變大的上水量，及時滿足鍋爐的生成要求。 控制規(guī)律設計(1) 除氧器壓力調(diào)節(jié)器通過控制方案設計，除氧器壓力調(diào)節(jié)器的輸出需要為調(diào)節(jié)器開度的變化量，所以壓力調(diào)節(jié)器采用增量式PID控制規(guī)律。 加入限幅模塊的除氧器壓力前饋控制系統(tǒng)如果除氧器內(nèi)壓力與設定值之間的偏差持續(xù)N拍都有，則可能是由于調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，或者壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)異常，這時除應該報警，并切換到手動模式進行壓力調(diào)節(jié)。 除氧器壓力前饋控制系統(tǒng)進一步考慮到如果除氧器壓力突然升高，由于存在遲延，水溫不會立刻升高，則除氧效果將受影響；如果壓力突然降低，則容易造成給水泵吸入壓頭不足，導致進入給水泵的會汽化，影響給水泵安全。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量特性，選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。(3) 除氧蒸汽及進水溫度除氧器內(nèi)的壓力一定，除氧蒸汽溫度越高，進水溫度升高越快，則越易達到沸點；如果進入除氧器的水溫度越高，則一定壓力下水越易沸騰，除氧效果越佳。因為除氧器的體積大，所以當除氧蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度發(fā)生變化時，除氧器內(nèi)的壓力變化過程緩慢。 影響因素分析(1) 蒸汽流量如果進入除氧器的工質(zhì)的量或焓發(fā)生變化，除氧器的熱平衡就會被破壞，從而引起除氧器內(nèi)的壓力發(fā)生變化。(2) 除氧器壓力壓力越大，水的沸點越低，則水越容易沸騰，除氧效果越好。因此，除氧器內(nèi)的壓力和液位需要控制達到預期的指標，才能對上水進行徹底除氧，且具有一定的水儲量，使鍋爐正常、安全地運行。其中源泉表示節(jié)點，對應過程的工藝變量或工藝參數(shù)；節(jié)點間的有向線便是節(jié)點間的因果關系，有向線的始端代表影響量變量，末端代表被影響變量。 自然循環(huán)鍋爐運行中各參量間耦合關系分析自然循環(huán)鍋爐系統(tǒng)是一個強耦合的被控對象，其各參量之間存在著復雜的相互影響關系。 滿足安全指標鍋爐汽包水位、除氧器水位、爐膛壓力、煙氣含氧量等與系統(tǒng)安全相關的指標必須全程在允許范圍之內(nèi)。煙道內(nèi)設有擋板DO1101。燃料經(jīng)由燃料泵P1102泵入爐膛F1101的燃燒器，燃料流量為F1103，燃料壓力為P1101，燃料流量管線設調(diào)節(jié)閥V1104，燃料泵出口閥XV1102。在汽包中通過汽水分離得到的飽和蒸汽溫度為T1102，經(jīng)過爐膛汽相升溫得到的過熱蒸汽溫度為T1103。兩路鍋爐上水管道上分別設有調(diào)節(jié)閥V1102和V1103。軟化水在除氧器底部經(jīng)由上水泵P1101泵出。燃燒產(chǎn)生的煙氣帶有大量余熱，對省煤器E1102中的鍋爐上水進行預熱。分離出的飽和蒸汽再次進入爐膛F1101進行汽相升溫，成為過熱蒸汽。進入減溫器E1101的鍋爐上水走管程，一方面對最終產(chǎn)品（過熱蒸汽）的溫度起到微調(diào)（減溫）的作用，另一方面也能對鍋爐上水起到一定的預熱作用。除氧的目的是防止鍋爐給水中溶解有氧氣和二氧化碳，對鍋爐造成腐蝕。 自然循環(huán)鍋爐工藝流程圖經(jīng)處理的軟化水進入除氧器V1101上部的除氧頭，進行熱力除氧，除氧蒸汽由除氧頭底部通入。除氧后的軟化水經(jīng)由上水泵P1101泵出，分兩路，其中一路進入減溫器E1101與過熱蒸汽換熱后，與另外一路混合，進入省煤器E1102。鍋爐上汽包為臥式圓筒形承壓容器，內(nèi)部裝有給水分布槽、汽水分離器等，汽水分離是上汽包的重要作用之一。燃料與空氣在燃燒器混合燃燒，產(chǎn)生熱量使鍋爐水汽化。除氧器壓力為P1106，除氧器液位為L1101。一路進入減溫器E1101預熱，預熱后與另外一路混合進入省煤器E1102。汽包中部設水位檢測點L1102。過熱蒸汽出口管道上設調(diào)節(jié)閥V1105。煙氣含氧量A1101設有在線分析檢測儀表。表11 儀表查詢表位號檢測點說明單位位號檢測點說明單位AI1101煙氣含氧量%PT1101燃料壓力MPaFT1101鍋爐上水流量kg/hPT1102爐膛壓力MPaFT1102去減溫器的鍋爐上水流量kg/hPT1103汽包壓力MPaFT1103燃料流量kg/hPT1104過熱蒸汽壓力MPaFT1104空氣量m3/sPT1106除氧器壓力MPaFT1105過熱蒸汽流量kg/hTT1101爐膛中心火焰溫度℃FT1106軟化水流量kg/hTT1102汽水分離后的過熱蒸汽溫度℃FT1107煙氣流量kg/hTT1103進入減溫器的過熱蒸汽溫度℃LT1101除氧器液位%TT1104最終過熱蒸汽溫度℃LT1102汽包水位%TT1105煙氣溫度℃表12 執(zhí)行機構查詢表位號執(zhí)行機構說明位號執(zhí)行機構說明V1101鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥V1106軟化水管線調(diào)節(jié)閥V1102直接去省煤器的鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥PV1101除氧蒸汽管線調(diào)節(jié)閥V1103去減溫器的鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥S1101鼓風機變頻器V1104燃料管線調(diào)節(jié)閥DO1101煙道擋板V1105過熱蒸汽管線調(diào)節(jié)閥表13 開關閥查詢表位號執(zhí)行機構說明位號執(zhí)行機構說明XV1101鍋爐上水泵出口閥/截止閥XV1104汽包頂部放空閥XV1102燃油泵出口閥/截止閥XV1106通入除氧器下水箱的除氧蒸汽管線閥 手操閥查詢表位號執(zhí)行機構說明HV1101鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥旁路閥 鍋爐系統(tǒng)控制要求 滿足生產(chǎn)指標在過熱蒸汽產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，保證蒸汽的溫度與壓力達到工藝要求，并維持在允許的波動范圍之內(nèi)。 滿足優(yōu)化指標出于對效能、環(huán)境等因素的考慮，要求在控制系統(tǒng)的設計和實施中對能耗、碳排放等指標予以充分考慮。SDG是一種能有效描述變量間定性影響關系的圖形化方法，它是由節(jié)點和節(jié)點間有方向連線構成的。 自然循環(huán)鍋爐SDG模型第二章 自然循環(huán)鍋爐控制方案設計 除氧器壓力、液位控制方案除氧器在鍋爐系統(tǒng)中主要起到去除軟化水中的氧氣和二氧化碳、對上水預熱、以及給水量儲備、緩沖鍋爐上水的作用。(1) 除氧器中的水溫根據(jù)亨利定理，壓力一定時，水的溫度越高，氣體的溶解度越??；同時，當水被加熱至相應壓力下的沸騰溫度時，水溶解氣體的分壓力為零，則水不再具有溶解氣體的能力，即溶解于水中的氣體（包括氧氣和二氧化碳）均被除去。所以，除氧器內(nèi)壓力控制非常重要。這是由于一旦鍋爐負荷發(fā)生變化，就會引起鍋爐給水量隨之變化，又因為除氧器具有保證鍋爐給水儲備量的作用，所以導致除氧器液位在負荷變化后的一段時間內(nèi)變化，為了維持液位，除氧器的進水量隨之波動，從而影響除氧器內(nèi)的壓力。所以，除氧器的進水量和鍋爐給水量的擾動都能間接引起除氧器壓力波動。 調(diào)節(jié)閥的選擇PV1101是除氧蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，使氣源信號減弱，這時為了防止除氧器內(nèi)的壓力過大造成除氧器內(nèi)的蒸汽外泄、管道破裂等危險，調(diào)節(jié)閥應關閉，所以選擇氣開式調(diào)節(jié)閥。反饋回路主要用來消除除氧器壓力的靜態(tài)偏差，而前饋回路可以對液位變化快速反應，即可補償由于除氧器液位擾動對除氧器壓力造成的影響。如果，則限幅模塊的傳遞函數(shù)等于1，即調(diào)節(jié)閥開度增量的控制量為；一旦壓力調(diào)節(jié)器的輸出，為了能讓壓力不致突然變化，限幅模塊令。 除氧器壓力控制系統(tǒng) 控制器正反作用的確定除氧器壓力控制回路中，除氧蒸汽流量調(diào)節(jié)閥為氣開式，為正作用，所以符號為正；當閥門開大時，除氧蒸汽流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構成負反饋，所以除氧蒸汽流量控制器為正作用。本方案中設前饋補償器的傳遞函數(shù)為起到動態(tài)補償?shù)淖饔?。如果進水量和出水量恒等，則除氧器液位就維持在一定高度，即動態(tài)平衡過程。操縱變量：進水流量由上述分析可知，進入、流出除氧器的軟化水流量都可以直接控制除氧器內(nèi)的液位。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量特性，選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。從而采用三沖量控制方法控制除氧器水位，即控制系統(tǒng)中同時引入除氧器水位、進水量及鍋爐上水水量三個測量信號。因此采用串級三沖量除氧器水位控制系統(tǒng)。 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)根據(jù)以上分析，當給水流量小于時，除氧器液位控制系統(tǒng)切換至單回路控制系統(tǒng)；當給水流量大于時，除氧器液位控制系統(tǒng)切換至三沖量串級控制系統(tǒng)。1表示調(diào)節(jié)回路處于運行狀態(tài)，0表示調(diào)節(jié)回路處于待運行狀態(tài)。 控制器正反作用的確定主、副控制器的正反作用的確定順序為先副后主原則。 控制規(guī)律設計本方案的除氧器液位控制系統(tǒng)中的兩種給水流量情況下的主水位調(diào)節(jié)器采用單神經(jīng)元PI控制規(guī)律，在正常給水流量對應回路的副調(diào)節(jié)器采用P控制規(guī)律。PID控制器是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于過程控制和運動控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)，然而對于此具有非線性、時變不確定性的系統(tǒng)，難以建立精確的數(shù)學模型，應用常規(guī)的PID控制器不能達到理想的控制效果，而且在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工況適應性差，然而具有自學習和自適應能力的單神經(jīng)元算法所構成的單神經(jīng)元自適應PID控制器，不但結(jié)構簡單，而且能適應環(huán)境的變化，具備較強的魯棒性。則單神經(jīng)元構成的PID規(guī)律結(jié)構中分別表示比例、微分和積分項的權重系數(shù)，可以通過神經(jīng)元的自