【正文】 免油罐中渣油溫度過高而導致油罐渣油冒頂。采用人工調(diào)節(jié)冷卻水流量的方式比較落后，會使得機泵工況變化頻繁，設(shè)備損壞，增加維修費用，并且勞動強度大，調(diào)節(jié)的科學性、及時性不十分合理，有可能造成鍋爐燃燒系統(tǒng)無法正常運行；依靠電動閥門調(diào)節(jié)流量，設(shè)備性能不穩(wěn)定，可靠性差，使用壽命短。國內(nèi)外應(yīng)用微電子和電力電子控制技術(shù)，采用將人工智能和反饋控制理論結(jié)合起來控制非線性、參數(shù)時變的鍋爐溫度，這種方法非常有效。對于傳統(tǒng)的自動控制實驗，溫度控制的內(nèi)容還局限于PD，PID等控制方式。在大慶熱力公司，現(xiàn)在普遍采用傳統(tǒng)的PID控制。但是PID控制方式的參數(shù)選取比較麻煩，對現(xiàn)場的依賴性很大，要全憑經(jīng)驗，通過邊調(diào)邊看效果來選取，誤差和超調(diào)量較大，不易控制。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，PID 控制以其結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、魯棒性強及穩(wěn)態(tài)無靜差等優(yōu)點而一直處于主導地位，但其依賴于系統(tǒng)精確數(shù)學模型的缺陷往往使得其面對較為復雜的非線性系統(tǒng)時束手無策。而模糊控制是近十幾年來發(fā)展迅速的一項技術(shù)，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家控制并稱為智能控制。由于其簡單實用，目前已成功應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。并且實踐證明模糊控制有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，對過程參數(shù)的變化很不敏感，即具有很強的魯棒性。但由于簡單模糊控制器(二維) 本質(zhì)上是一類PD控制器，缺乏積分項所以很難在模糊控制系統(tǒng)中消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下常常在平衡點附近有小小的震蕩。鑒于PID 控制與模糊控制的優(yōu)缺點,如果將兩者有機地結(jié)合起來揚長避短，使得組合后的FuzzyPID（模糊PID）控制既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強的優(yōu)點，又具有PID 控制精度高的特點[3133]。燃油鍋爐房油罐加熱控制油溫時，由于被控對象具有不確定、非線性、變參數(shù)等特點，使得油溫控制具有升溫單向控制、滯后較大且具有參數(shù)時變性等特點。常規(guī)的PID 控制難以滿足油罐渣油溫度控制要求。數(shù)字化了的FLC（模糊邏輯控制器），在面對含有相對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中更難的或者是信息的外部來源是不確定的情況下更為有效，克服了一般模糊控制器中出現(xiàn)的難度和復雜程度。一個控制系統(tǒng)中的非線性模糊PID的穩(wěn)定性完全取決于線性PID控制器。而這種控制器一般是在非線性模糊PID控制原則中產(chǎn)生的。非線性模糊PID控制系統(tǒng)展示了一個非常好的即有零超調(diào)較短的上升時間及更短時間的調(diào)整時間，非線性模糊PID展現(xiàn)了一個好的暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定的系統(tǒng)，盡管是一個發(fā)散的過程。模糊PID控制器是一個非線性控制器，而且展現(xiàn)了一個好而且穩(wěn)定的暫態(tài)響應(yīng)，以及穩(wěn)定性能，而不管設(shè)定值是線性還是非線性[34]。 所以，為了適應(yīng)參數(shù)確定的復雜性，將微處理器控制的實時性與常規(guī)PID控制器結(jié)合起來，采用模糊PID 算法實現(xiàn)對油罐渣油溫度的控制，利用模糊推理對PID 參數(shù)K p、K i、K d進行在線整定，構(gòu)成一種新型的自適應(yīng)控制器，這種控制器所具有的自動在線修正PID控制參數(shù)的能力，將使渣油溫度的控制具有更好的適應(yīng)性和動態(tài)品質(zhì)。[14]模糊集合通過對集合的歸屬程度的[0，1]這樣的隸屬值，嘗試表示沒有明確界限的模糊概念。模糊邏輯系統(tǒng)是指那些與模糊概念和模糊邏輯有直接關(guān)系的系統(tǒng)，由模糊規(guī)則庫，模糊推理機，模糊化和非模糊化組成。模糊系統(tǒng)的控制過程是將一數(shù)值向量X經(jīng)模糊化變成模糊變量X1，這種模糊變量調(diào)用模糊規(guī)則庫的有關(guān)規(guī)則，經(jīng)過模糊推理機得到模糊響應(yīng)Y1，再將這種模糊響應(yīng)經(jīng)過非模糊化轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)的實際響應(yīng)Y。將模糊邏輯系統(tǒng)應(yīng)用于控制問題，則為模糊控制器。在模糊控制器中，X1為模糊輸入，Y1為模糊輸出，Y為精確控制量。模糊規(guī)則庫和模糊推理機是邏輯控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。模糊規(guī)則來源于專家對于系統(tǒng)變化過程的認識與經(jīng)驗總結(jié)，模糊規(guī)則庫中模糊規(guī)則的完善程度及其準確程度將直接確定整個系統(tǒng)作用效果的好壞。模糊規(guī)則庫由具有多輸入但輸出形式的若干條模糊規(guī)則“Ifthen”(如果則)的總和組成。在本文中的模糊規(guī)則為：如果油溫大于80℃，則啟動補水泵補水。 模糊邏輯系統(tǒng)的基本組成模糊化的作用是將精確的輸入X進行模糊化，從而產(chǎn)生模糊變量X1。常用的模糊化方法有獨立模糊化和非獨立模糊化。其中獨立模糊化是一種簡單的離散型的方法，非獨立模糊化則是一種連續(xù)的模糊化方法，它常采用正態(tài)分布，這樣更符合人們的思維規(guī)律，而且正態(tài)分布更容易收斂。非模糊化是將模糊響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫_響應(yīng)的過程，其作用是利用規(guī)則庫中的模糊決策將模糊變量轉(zhuǎn)化為非模糊變量?，F(xiàn)在有許多去模糊化的方法，但都不是建立在嚴格的數(shù)學分析基礎(chǔ)上的。從工程上來講，希望去模糊的方法要簡單。非模糊化采用的模糊決策有很多種，常用的有最大值法、最大值平均法、最大值中點法、面積等分法、重心法和閾值中心法。在鍋爐房油罐加熱系統(tǒng)中，當油罐處于維溫階段時，渣油溫度大于85℃時容易發(fā)生渣油的冒頂現(xiàn)象，很容易造成事故的發(fā)生。當熱電偶檢測到油罐中渣油溫度大于80℃時，系統(tǒng)開始啟動冷卻水泵，軟化水通過水泵到換熱器的冷卻段１被加熱后為鍋爐提供補水。將預定溫度80℃作為給定值，熱電偶測得的渣油溫度做為控制系統(tǒng)的反饋值，形成一個閉環(huán)回路。補水泵的轉(zhuǎn)速作為輸出值，保證渣油溫度的恒定。 加熱系統(tǒng)控制圖[35]由于Kp、Ki和Kd是表征PID 控制器的比例(P)、積分(I)、微分(D) 作用的參數(shù)，因此從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面特性來考慮, K p、K i和K d。 溫度控制原理圖比例系數(shù)Kp 的作用在于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。 Kp越大， 系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但將產(chǎn)生超調(diào)，甚至導致不穩(wěn)定；如果Kp值取得過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而拖長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)動靜態(tài)特性變壞。因此，當偏差較大時，為提高響應(yīng)速度，Kp 取大值；在偏差較小時，防止超調(diào)過大產(chǎn)生振蕩，Kp減小；當偏差很小時，為使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定, Kp則應(yīng)繼續(xù)減小。同時考慮EC的因素，當EC和E同號時，輸出偏離穩(wěn)定值方向變化, Kp適當增大；反之，Kp適當減小。積分作用系數(shù)Ki的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ki越大，系統(tǒng)靜差消除越快，但Ki過大。在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)；若是Ki過小，將使系統(tǒng)靜差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。因此，當偏差較大時，為避免積分飽和，出現(xiàn)較大的超調(diào)，Ki取零值；當∣E∣較大時，積分環(huán)節(jié)有效，Ki隨∣E∣的減小而增大，以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。微分作用系數(shù)Kd的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，因為P ID 控制器的微分環(huán)節(jié)是響應(yīng)系統(tǒng)偏差變化率EC的，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前制動，但是Kd過大，則會使響應(yīng)過程過分提前制動， 從而拖長調(diào)節(jié)時間，而且系統(tǒng)抑制干擾的能力較差。因此在控制過程初期，當偏差∣E∣較大時，Kd取小些；在偏差較小時，綜合考慮系統(tǒng)的抗擾動能力和系統(tǒng)響應(yīng)速度，應(yīng)使Kd適當取值。將Fuzzy 控制和PID 控制兩種算法結(jié)合起來，就有可能獲得動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能都能很好的控制特性。Fuzzy PID 控制器結(jié)構(gòu)如圖63 所示，由兩部分組成，常規(guī)的PID 控制部分和模糊推理的參數(shù)校正部分。其實現(xiàn)思想是：在運行中通過不斷檢測偏差E和偏差變化率EC，將其輸入模糊控制器，運用模糊推理，進行模糊運算，對PID 三個參數(shù)進行在線修改，以滿足不同E和EC對控制參數(shù)的不同要求，使被控對象具有良好的動靜態(tài)性能。在實際問題中，誤差E、誤差變化率EC和控制量u常常是連續(xù)變化的，因而必須建立確切量與模糊量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。并且為了減少總模數(shù)的維數(shù)并占用較少空間，可以把連續(xù)量分為幾個等級。例如NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB。由于在線計算控制輸入量u比較麻煩費時，針對具體工程控制問題，人們常事先控制表格，在進行實時控制時，可以每次采得的E和算得或者采得的EC，由表直接得到u，于是設(shè)計一定的模糊控制規(guī)則表格是很有必要的。偏差E及偏差變化率EC的模糊子集為：{NB NM NS Z PS PM PB }， Kp，Ki，Kd的模糊子集為：{ZS MB }。為了計算機實現(xiàn)和處理方便，隸屬函數(shù)均為三角函數(shù)。根據(jù)上述整定方法分別制定Kp , Ki , Kd 的控制規(guī)則。具體控制規(guī)則如表61，62，63所示。 E和EC的的隸屬函數(shù) KP，KI，KD的隸屬函數(shù)表61 KP參數(shù)調(diào)整規(guī)則EC ENBNMNSZPSPMPBNBBBMMSSZNMBMMSSZZNSBMSZSSB表62 KI參數(shù)調(diào)整規(guī)則ZBSZZZSBPSBSSZSMBPMZZSSMMBPBZSSMMBB表63 KD的參數(shù)調(diào)整規(guī)則EC ENBNMNSZPSPMPBNBMSZZZMSMMMSZSMMNSBBSSSBBZBBSZSBBPSBBSSSBBPMMMSZSSMPBSMZZZMS得出模糊判決后的清晰量u (k ) ，由此在線求得參數(shù)Kp、Ki、和Kd值，即可直接作為常規(guī)PID 控制對輸入的偏差E和偏差EC在取得相應(yīng)的語言值后, 根據(jù)整定規(guī)則表, 經(jīng)過公式法模糊決策, 分別得出三個修正參數(shù)K p、K i、K d的模糊量。經(jīng)過模糊推理后, 整定的三個修正參數(shù),要進行去模糊化取得精確量以計算輸出控制量, 即補水電動閥的開度。去模糊化有幾種方法, 例如: 最大隸屬度法、重心法、中位數(shù)法等。本控制器中采用重心法求取輸出量的精確值。[3637]為了實現(xiàn)多座油罐的在線監(jiān)測，選擇了一套監(jiān)測設(shè)備如下：主機采用一臺586 工業(yè)控制機，主要用于接收、存儲各分機傳送過來的檢測數(shù)據(jù)，并進行工況參數(shù)的模擬顯示，打印加熱系統(tǒng)運行報表和一些重要參數(shù)超限記錄。分機采用STD總線，模塊式結(jié)構(gòu)，配置方便靈活。分機CPU 選用具有較高性能價格比的MCS251系列的8031單片機。每個分機控制一臺油罐，各分機之間相互獨立，分別放置在各自的控制柜中，其主要任務(wù)是①對模擬量檢測信號進行數(shù)據(jù)處理，并向主機進行數(shù)據(jù)傳送；②根據(jù)檢測信號對鍋爐進行實時控制；③對油罐運行工況進行模擬顯示，當出現(xiàn)參數(shù)超限或出現(xiàn)異常情況時通過輸出電路發(fā)出報警信號和故障保護信號。該系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)采用日本富士公司生產(chǎn)的FRN2P9(G9)系列的交流變頻調(diào)速器。該變頻器具有性能可靠、保護功能齊全、操作方便靈活等主要優(yōu)點。通過對控制信號的調(diào)節(jié)從而改變其輸出電壓的頻率，使被控制水泵的轉(zhuǎn)速改變，實現(xiàn)補水泵補水量的自動調(diào)節(jié)，使油罐中渣油的溫度穩(wěn)定。補水泵是由變頻器控制的，因而必須通過多個分機的控制信號控制一臺補水變頻器來實現(xiàn)補水調(diào)節(jié)，這就需要將多臺分機控制柜的控制信號輸出端并聯(lián)。由于變頻器輸出電壓的頻率可連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)，因而補水量的調(diào)節(jié)性能可大大提高。當多臺油罐溫度不同時，會出現(xiàn)多個控制信號同時控制一臺變頻器的情況，則多個控制信號產(chǎn)生相互影響，可能造成補水不穩(wěn)定，并且還可能使輸出自動控制信號的D/A轉(zhuǎn)換器不能正常工作。為解決這一問題，提高補水的穩(wěn)定性，文獻[36]設(shè)計出了2個分機同時控制1臺補水變頻器控制電路。補水調(diào)節(jié)采用手動和自動兩種控制方式，并能實現(xiàn)補水調(diào)節(jié)的手動和自動無擾切換。系統(tǒng)上位機作為數(shù)據(jù)采集、管理、記錄、分析、計算、控制、顯示及打印的核心，它具有處理數(shù)據(jù)量大，分析計算速度快，數(shù)據(jù)存儲時間長，顯示直觀，使用操作方便等特點。前置選用“893”系列數(shù)據(jù)采集前置機，其特點主要有：(1) 實現(xiàn)了真正的分布式系統(tǒng)，測點前端可就地安裝，因此節(jié)省大量電纜費用；(2) 采用了獨特的電氣隔離技術(shù)，抗干擾能力強，安全可靠性高；(3) 通訊速率高，傳輸距離遠，可掛前端多，采集速度快；(4) 具有多主機通訊功能，聯(lián)網(wǎng)能力強。本系統(tǒng)輸入測點差壓信號共2路(每個油罐1個) ，總輸入信號路數(shù)為10路（即每個油罐設(shè)計5個測量點）。該在線監(jiān)測控制系統(tǒng)具有以下功能：顯示功能(1) 棒圖顯示：顯示2個油罐中渣油的溫度。(2) 曲線顯示：顯示10個測點的狀態(tài)及2個油罐中的溫度。并可調(diào)用一年內(nèi)任意時段這些參數(shù)的曲線。(3) 列表顯示：列表顯示10個測點的狀態(tài)及2個油罐中渣油的溫度值。記錄功能對10個測點和2個油罐中渣油的溫度進行為期一年的記錄，并以天的方式生成相應(yīng)的記錄文件。報警功能參數(shù)越限（溫度大于83℃）時，顯示當前報警信息，提醒操作人員進行處理。 報警一覽表顯示一個月內(nèi)各次報警時間、越限值、參數(shù)恢復正常時間、操作人員是否獲知報警等信息，以便于運行考核和事故分析。報表功能本系統(tǒng)將生成的歷史數(shù)據(jù)記錄文件與Excel進行動態(tài)連接，利用Excel 進行數(shù)據(jù)的列表及打印報表。Excel 所具有的數(shù)項據(jù)事篩分功能將使數(shù)詢據(jù)查、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等工作更加方便、快捷。2個油罐中渣油的溫度采用Pt100電阻溫度傳感器測量，這些信號可直接送到“893”熱電阻測量前置機上。本章通過對自動控制基本原理、模糊邏輯控制系統(tǒng)的介紹，把傳統(tǒng)PID和模糊控制兩者結(jié)合起來，采用模糊PID控制冷卻水流量以達到維持油罐內(nèi)渣油恒溫的目的，確定了Kp，Ki，Kd參數(shù)調(diào)整規(guī)則，并選擇了一套監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)了對多座油罐的在線監(jiān)測。結(jié) 論國內(nèi)外燃油鍋爐房油罐加熱系統(tǒng)大多采用蒸汽或者高溫水做為熱媒，設(shè)備主要是盤管或者U型管，這樣的加熱方式具有許多缺點。本文結(jié)合燃油鍋爐房煙氣熱源豐富的特點，設(shè)計了采用煙氣余熱回收的方法加熱油罐渣油的自動監(jiān)測及控制系統(tǒng)。整個加熱系統(tǒng)分成三個部分：加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)和在線監(jiān)測、自動控制系統(tǒng)。（mK）的酚醛巖棉氈，通過限定溫降及降溫時間，設(shè)計出油罐的保溫層厚度為25mm。同時在油罐頂部和底部也設(shè)計了保溫層。此外，為了計算渣油達到換熱器的溫度值，按照限定渣油管道起點、終