智能控制技术在电厂自动化中的应用

通辽发电总厂有限责任公司 于 越

1 引言

虽然智能控制技术起源于国外，但近年来在我国新时代大环境下也逐步发展成熟，其具备较多技术优势，对于电厂自动化发展的意义重大。基于此，本文从智能控制的概念、发展及其特点入手，以其包含的典型智能控制技术为切入点，针对智能控制技术在电厂自动化中的应用进行了讨论，以供参考。

2 智能控制技术概念

智能控制技术主要是指具备智能信息处理、反馈、决策等能力的科学控制方法，代表控制理论发展地位，可对复杂系统中传统控制方式无法解决的问题进行处理。不仅如此，智能控制还能够对具有不确定性的数学模型、高度的非线性、复杂的任务做出准确处理。此外，最早的智能控制思想在20世纪中期时出现，在该阶段，有关学者和研究人员针对控制的学习和研究热情较高，使控制相关的内容和技能获得了较好的应用[1]。如开发了自学习和自适应方法，针对控制系统中的随机特性、模型未知等方面的问题进行了处理。

3 智能控制技术的发展

智能控制技术随着时间的变化也不断发展。1965年美国某大学教授提出在学习控制系统时，可使用AI 的启发式推理规则；1966年国外研究人员将AI 与飞船控制系统进行融合；1967年由多名国外研究人员共同提出“智能控制”一词，随之投入使用；1971年AI 和自动控制正式重叠，构建了一个新的领域，标志着智能控制的建立，并开始发展。但早期的智能控制使用的智能方法相对简单，如模式识别、学习方法等，其发展速度也相对较慢；20世纪中期，模糊数学出现在国外某著名论文中；1975年英国某专家成功在工业控制系统中应用了模糊逻辑和模糊关系，提出了处理模糊不确定性、模拟人的错做经验规则的模糊控制方法。随后的一段时间内，通过多名研究专家的努力，在模糊控制的理论及应用上取得了较好的成绩，使其成了常用的智能控制技术之一；20世纪八十年代，研究人员充分利用人工神经网络的特征，提出并快速发展了神经网络控制方法；近十几年来，智能控制技术广泛应用于各个专业领域中，如工业过程控制系统、机器人系统、交通系统、生产制造系统等等[2]。

4 智能控制的特点

将智能控制技术和传统控制技术进行对比后不难看出，传统控制技术的实现与被控对象模型有直接关联，借助智能控制可对非模型系统控制问题加以治理。从以下四个方面对智能控制特点进行分析：一是以高级控制为核心，可从整体层面对多个复杂系统进行妥善解决，自身具有较强容错能力；二是智能控制可以用知识表示非数学广义模型，也可以用数学表示的混合控制过程，可根据开放式与封闭式环境控制、定性决策与定量控制相结合的多模态控制模式；三是还可结合系统功能来分析、整合系统，以此达到预定的目标；四是具有自适应、自组织、自学习、自协调、自修复的能力。

5 系统总统结构硬件设计

5.1 现场总线选型

PROFIBUS 作为集开放、数字化、多点通信为一体的底层控制网络形式，将国际标准化组织所发布的参考模型当作检测标准，应借助用户界面层、链路层数据及物理层进行系统检测分析。此外，PROFIBUS 现场总线硬件中包含主站与从站两个方面，因为总线控制系统实时性有较高要求，可借助具备令牌协议及主从查询相结合访问控制为验证模型。其中，主站通过传输码控制总线发送或请求接收数据，从站工作为完成数据通信，智能控制技术在电厂自动化中的应用如图1所示。

图1 智能控制技术在电厂自动化中的应用

5.2 现场总线控制系统组成

该系统是多个设备制造商的混合DP 系统，PROFIBUS-DP 现场总线技术在网络FCS 网络设备中的应用采用总线网络拓扑，网络介质采用RS-485标准屏蔽双绞线。控制单元与分布式I/O 系统之间的通信基于CPU 或带有PROFIBUS 通信接口的通信单元，选择PLC 作为主要和辅助设备，只有当主设备或从设备发送或接收信息时，才可以进行此操作，主站有两个，一个主要是从站的协调控制，另一个是监控站。现场总线与DCS 的集成方式有很多种，该系统采用现场总线与DCS 系统I/O 层的集成。

6 典型的智能控制技术

6.1 专家控制技术

专家控制系统可将其在系统整体中使用的繁杂程度作为分类依据，通常情况下可分为以下两部分：一是专家式控制器，多运用于数据库较小、逻辑更容易控制。例如，工业控制专家更注重逻辑和实际计算。二是专家控制系统可保证系统结构和处理水平，在复杂的数据库和复杂的推理中也可应用。

6.2 模糊控制技术

模糊控制技术的服务对象为无法建立有效数学模型无法保证系统控制问题中，将模糊数学、模糊控制与模糊语言表达作为基础标准，并实现了自动控制反馈以及闭环。同时，模糊控制技术还具备以下三个优点：一是避免数学建模环节，可利用系统设计人员的控制能力和控制数据来完成相关操作；二是对克服时变时滞非线性不确定的控制问题有较好的效果；三是涉及的语言变量具有较为单纯的特点，从而可降低构建相关专家系统的难度[3]。

6.3 神经网络控制

神经网络控制从某种层面上可以理解为是对人脑中神经元进行模拟，通过神经元的权值分布和连接来表达相关信息和数据。此外，通过学习和调整权重，结合神经网络预测、直接校正和间接校正，可以实现智能控制，其可实现各种非线性图像。另外，神经网络控制在有效控制并行能力和并行结构的同时，还具备较好的经济特点。智能控制技术在电厂自动化中的应用如图2所示。

图2 智能控制技术在电厂自动化中的应用

6.4 复合智能控制

复合智能控制系统其主要作用是综合使用各种不同种类的控制系统，不仅能对各个控制系统的缺点进行控制，还能整合各个控制系统的优点。现阶段，较为常见的复合系统有以下几项：一是模糊专家控制，是开发和应用难度相对较小的复合系统，虽存在初始信息获取不完善的问题，但其能有效模拟人类专家思维，并根据掌握的信息制定较为合理的解决方案。

二是由两个系统组成的模糊神经网络控制，不仅可以实现模糊控制知识的少量表达，还可以用于相关知识的关联和应用，有效提高表达能力和学习能力。

三是模糊滑模控制对系统不确定性的影响较小，具有良好的鲁棒性，但存在未建模动态补偿、干扰控制增益高、易产生高频开关抖振的问题[4]。模糊滑模控制与模糊系统相结合，不仅避免了上述问题，而且借助可靠性和鲁棒性优势特征，实现了控制对象的有效切换。

7 智能控制技术在电厂自动化中的应用

7.1 对中储式制粉系统的控制

影响存储介质控制系统主要有三方面原因：一是磨削载荷信号难以测量；二是数学模型复杂；三是控制参数耦合。所以，为了解决时滞和非线性问题，可以选择克服模糊规则，也就是由工作人员将经验数据和信息输入计算机进行计算，使用预测模糊逻辑和分层逻辑模糊控制，并将智能控制技术广泛应用于电厂负荷自动控制装置中，以便提升和提高机组的自动化精度和抗干扰能力，加载智能测试控制单元，从而提升系统的运行速度。

7.2 对锅炉燃烧过程的控制

在锅炉燃烧工程中，易受煤质、变量耦合、时滞等因素的影响。将专家控制技术与锅炉燃烧过程的有效控制相结合，建立了基于逐次判断、分析和推理的前向控制系统，可以有效地判断锅炉判断子系统、送风调节子系统、发动机诊断子系统、煤厚调节子系统等的紧急工况。

7.3 对单元机组负荷的控制

影响单元机组负荷的重要因素为非线性、不确定、时变、耦合。因此，可建立神经元模拟负荷控制系统，增大机跟炉和炉跟机的自适应性。并经研究发现，在该系统控制下，不仅使各权系数学习收敛大幅提速，还会实现了稳定、理想的自适应性和控制性。

7.4 对热蒸汽气温的控制

在控制锅炉过热气温时，改变减温水量是较为常用的方法。同时，该系统也存在以下几点问题：一是大惯性；二是时滞性；三是动态特性的随便。针对以上问题可在过热气温系统中引入神经网络控制技术，随着智能技术的提升，不仅能有效提升系统的运行状况，还能优化其适应性能，也能进一步强化其控制质量。

7.5 给水加药方面的应用

给水加药工作是将氨与联氨融入其中，氨能够提高给水高凝析油碱度，尽可能避免高低压给水设备被酸性水腐蚀破坏。不仅如此，在给水加药系统中应用模糊控制系统能够从根本上提升控制系统质量[5]。在此基础上，借助模糊控制系统能够调节给药泵转速，还能够减少手动操作出现误差，减少人力资源支出成本，提高给药和配料的工作质量，也从根本上提升了电厂经济效益。不仅如此，智能控制技术的使用可以使电厂变频器自动化实现模糊控制，以此来提高电厂输出功率容量。

7.6 锅炉温度控制方面的使用

电厂自动化对电厂锅炉温度监测质量工作顺利进行来讲至关重要，应用智能控制可合理把控温度，还可有效调控锅炉运行中惯性和滞后时间，以此实现温度和系统运行环境二者之间较好契合。另外，若想强化过热温度和热负荷的控制能力，可选择使用模糊控制的自动化控制，其可将热温度维持在标准的范围内，提升发单元系统运行的稳定性和安全性，并进一步强化整体的温度控制力，预防了因不稳定的锅炉过热温度而产生的问题，也有效减少了相关经济损失。除此之外，以往的电厂锅炉在实际工作时，需安排相关人员进行实时监控，不仅浪费人力，还易发生意外事故。因此，在电厂锅炉燃烧过程中实施智能控制，不仅能节省人力，还能使锅炉内的能源得到充分燃烧，较大增加了能源的利用率。

7.7 在自动控制系统中的使用

电厂若想实现自动化控制，就应将智能控制系统科学、合理地应用于自动控制系统，这不仅有利于电厂的可持续发展，还迎合了电子信息技术发展的需求。此外，计算机硬软件的飞速进步，也能促进智能控制技术的发展，也提升了电厂生产的稳定程度，为其生产效率和经济效益的提升奠定了坚实基础。同时，智能控制技术的使用，不仅解放了工人的双手，还有效强化了电厂的管理水平。最后，智能控制还能定期对电厂相关设备进行检查，及时发现设备问题和安全隐患。可见，智能控制在一定程度上提升了电厂的自动化水平，为其自动化技术的发展提供了有利条件。

7.8 pH 值控制

pH 值控制可有效实现对废水的处理。其主要原理是根据废水中的pH 值来添加酸或碱，以此确保废水的pH 值达标，达到可排放标准。这不仅能大大减少废水对周边环境的污染，还在一定程度上保护了人们的健康。智能控制系统调节废水pH 值时，应先针对废水进行检测，并将检测结果录入智能控制系统，随后系统会整合相关数据，并依照数据提供的信息，科学调整废水的pH 值。若在E＞Ep 时，需进行PID 调节，并核算加入酸或碱的总量。

8 结语

综上所述，智能控制技术的创新和发展在电厂自动化中的应用具有十分重要的意义，其不仅确保了电厂运行的安全和稳定，还能有效提升了电厂各环节工作的质量及其经济效益。因此，各电厂应明确智能控制的概念、特点和发展，清晰掌握典型的智能控制技术，使智能控制技术能够高效应用于中储式制粉系统、锅炉燃烧过程、单元机组负荷、热蒸汽气温、给水加药、锅炉温度控制、自动控制系统等多个方面，这不仅顺应了高新技术的发展的必然趋势，也为实现电厂的可持续发展奠定了坚实的基础。