专利名称：用于燃煤机组和工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制方法
技术领域：
本发明属于自动控制领域，具体用于燃煤机组和工业锅炉燃烧过程多变量时 滞控制。
技术背景目前我国大部分燃煤机组和工业锅炉采用DCS系统或PLC系统实现控制，取 得较好控制效果，提高自动化水平。但存在如下问题① 机理分析和试验测试表明燃烧过程动态特性是二输入二输出多变量时滞 系统。由于DCS系统和PLC系统只有PID控制、前馈控制、串级控制等单变量控 制方法，因此目前国内燃煤机组和工业锅炉燃烧过程都采用单变量控制方式。由 于单变量控制方法不符合燃烧过程动态特性，故燃烧过程控制系统经常不稳定， 甚至采用人工控制，因此不能实现自动调整风煤比，只能采用固定风煤比，致使 燃烧效率低，浪费大量煤。② 由于DCS系统和PLC系统造价高，不可能弃之不用。但DCS系统和PLC 系统都拥有OPC通讯功能，可以充分发挥其功能。发明内容本发明的目的是提供一种用于燃煤机组和工业锅炉燃烧过程多变量时滞控 制方法，可以充分利用DCS系统和PLC系统都拥有的OPC通讯功能，与控制装置 配套使用，实现燃烧过程多变量时滞控制。本发明的技术方案如下用于燃煤机组或工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制方法，其特征在于包括以下步骤(1 )、首先用建模软件测试出燃烧过程的数学模型G。(s)二G(s) I t i尸O
其中gij (s) (1《i, _K2)为s有理分式， Tij(1《i， j《2)为时滞，单位秒(2) 、根据燃烧过程数学模型G(s)确定时滞预补偿器为P(s)=G。(s)-G(s)(3) 、采用多变量时滞系统设计方法及计算机辅助设计软件包，设计出预补 偿器Kp(s)和主控制器K。(s)，分别为、12(力、其中kpij (s) (1《i, j《2)为s有理分式或常数0Kc (s)=「、(力0 、、0 ^20),其中k。j(s) (1《i《2)为PID控制器(4) 、利用多变量系统稳定性判断软件和仿真软件，判断已设计多变量时滞 系统是否稳定及性能。如不满足设计要求，重新设计Kp(s)和K。(s)，直至设计 出系统稳定且性能满意的Kp(s)和K。(s)。(5) 、编写多变量时滞控制软件，时滞预补偿软件、通讯软件、无扰切换软 件等，置于控制装置系统软件中，并将K。(s)和Kp(s)和P(s)设计的参数设置到 相应软件中。(6) 、控制装置计算机通过OPC接口获取燃烧过程的的输出向量信号Y (s)、 和输入向量信号R(s)，时滞预补偿后的反馈向量信号Y'(s)，依次计算向量信号 E,(t)、 V(s)和U(s)。其中输出向量信」Y(s)y(s)= 、yi (s)为蒸汽压力实际值，y2(s)为烟气氧含量实际值，输入向量信号R(s)R(S):r,(s)为蒸汽压力设定值， r2(s)为烟气氧含量设定值， 吋滞预补偿后反馈向量信号Y'(s)Y*(s)=y，*(s)为时滞预补偿后蒸汽压力信号 y/(s)为时滞预补偿后的氧含量信号 E(s)为偏差向量信号E(s)=U2 * o),e,(s)为蒸汽压力偏差信号e,(s^ r,(s)- /, (s) e2(s)为烟气氧含量偏差信号e2(s)二 。(s)- y*2(s) (7)、主控制器K。(s)依据偏差向量信号E(s)计算出主控制器K。(s)输出向 詰V(s):、W)V(s)=V1 (s)为蒸汽压力PID控制器输出信号 v2(s)为烟气氧含量PID控制器输出信号 (8)、预补偿器Kp(s)依据主控制器K。(s)输出向量1， 向量信号U(s)，、W、V(s)、计算出控制U(s)=Ui(S)为给煤机变频器控制信号 U2(S)为送风机控制信号(9) 、时滞预补偿器P(s)依据输出控制向量信号U(s)，计算出时滞预补偿 后的反馈向量信号Y、s)。(10) 、控制装置将计算出的控制信号u，(s)和U2(s)，通过OPC通讯和板卡连接两种方式传输到DCS系统(或PLC系统)，分别控制给煤机变频器和送风机档 板开度，改变给煤量和送风量，实现了燃烧过程多变量时滞控制。控制理论和控制工程已经证明，只有根据控制对象的动态特性，采取相应的 控制方法，才能保证控制系统稳定，且具有良好性能。多变量控制理论已经证明，如果一个多变量系统人为地将它分为几个单变量 系统，即使设计的每个单变量都是稳定的，但不能保证多变量系统稳定。本发明的多变量时滞控制方法符合燃烧过程动态特性，又采取计算机辅助设 计和仿真方法，精心设计出控制器，使控制系统不仅稳定，而且将蒸汽压力控制 在工艺规定范围内，实现风煤比自动调整，提高锅炉热效率，节省煤。本发明方法实现燃煤机组和工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制，可节省燃料 5%左右，取得920万/年左右的经济效益。
图1为本发明燃烧过程多变量时滞控制系统结构图。 图2为控制装置与DCS系统、PLC系统连接图。
具体实施方式
燃煤机组或工业锅炉DCS系统域PLC系统)由操作站和现场控制站组成。现 场控制站配有OPC通讯接口、 AI和AO板卡。燃烧过程配有蒸汽压力和烟气氧含 量变送器、给煤机变频器、送风机及档板，操作站配有OPG通讯接口。控制装置由主机板、OPC通讯接口、 Al和AO板卡、隔离模块、配电器等组 成。配有多变量时滞控制软件、通讯软件、无扰切换软件、吋滞预补偿软件、建 模软件和计算机辅助设计软件包。用于燃煤机组和工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制方法，包括以下步骤 (1)、首先用建模软件测试出燃烧过程的数学模型<formula>formula see original document page 8</formula>为s有理分式，Tij(1《i, j《2)为时滞，单位秒(2) 、根据燃烧过程数学模型G (s)确定时滞预补偿器为P(s)=G。(s)-G(s)(3) 、采用自行研发的多变量时滞系统设计方法及计算机辅助设计软件包， 设计出预补偿器Kp(s)和主控制器K。(s)，分别为^ ,、如")、、21 C5)、22 (化其中kpiJ (s) (1《i, j《2)为s有理分式或常数 W0 )其中k。」(s) (1《i《2)为PID控制器(4) 、利用多变量系统稳定性判断软件和仿真软件，判断已设计多变量时滞 系统是否稳定及性能，如不满足设计要求，重新设计Kp(s)和K。(s)，直至设计 出系统稳定且性能满意的Kp(s)和K。(s);(5) 、设计和编写出时滞预补偿软件、主控制器的控制软件、预补偿器的 控制软件、自动跟踪和无扰切换软件及通讯软件，将上述软件集成到控制装置系 统软件中。将已设计的P(s)、 Kp(s)和K。(s)的参数分别设置到控制装置的相应 控制软件中。(6) 控制装置计算机和操作站之间建立OPC通讯，实现控制装置与DCS系 统、PLC系统所有信息的交换，控制装置计算机接收DCS系统或PLC系统燃烧过 程的烟气氧含量和蒸汽压力设定值和实际值。或直接采集燃烧过程蒸汽压力和烟 气氧含量的实际值。控制装置计算机通过0PC接口从操作站获取燃烧过程的的输出向量信号 Y(s)，输入向量信号R(s)，控制装置产生的吋滞预补偿后的反馈向量信号Y、s) 依次计算出向量信号E,(t)、 V(s)和U(s)射输出向量信号Y(s)Kc (s)=<formula>formula see original document page 10</formula>y, (s)为蒸汽压力实际值，y2(s)为烟气氧含量实际值，输入向量信号R(s)<formula>formula see original document page 10</formula>n(s)为蒸汽压力设定值， r2(s)为烟气氧含量设定值， 吋滞预补偿后反馈向量信号Y'(s)<formula>formula see original document page 10</formula>y,'(s)为时滞预补偿后蒸汽压力信号 y2'(s)为时滞预补偿后的氧含量信号 E(s)为偏差向量信号<formula>formula see original document page 10</formula>e,(s)为蒸汽压力偏差信号e,(s)二 n(s)- y'，(s) e2(s)为烟气氧含量偏差信号e2(s)二 r2(s)- y*2(s) (6)、主控制器K。(s)依据偏差向量信号E(s)计算出主控制器K。(s)输出向 量信号V(s):<formula>formula see original document page 10</formula>v, (s)为蒸汽压力PID控制器输出信号 V2(s)为烟气氧含量PID控制器输出信号 (7)、预补偿器Kp(s)依据主控制器K。(s)输出向量信号V(s)、计算出控制 向量信号U(s)<formula>formula see original document page 10</formula>
u, (s)为给煤机变频器控制信号 U2(S)为送风机控制信号这两个信号通过控制装置的AO板卡、隔离模块发送到DCS系统(或PLC系统) 现场站Al板卡。现场站CPU将该信号通过AO板卡控制给煤机变频器和送风机档 板开度，改变给煤量和送风量，实现了风煤比自动调整，实现燃烧过程多变量时 滞控制，将蒸汽压力和烟气氧含量控制在设定值。(8)、控制装置与DCS系统和PLC系统配套使用方法DCS系统(或PLC系统)操作站上配置控制方式切换按钮。当切换按钮置于DCS 系统控制方式时，DCS系统实现燃烧过程单变量控制或人工控制。当切换按钮置 于控制装置控制方式时，控制装置采取无扰切换方式，多变量时滞控制投入运行， 即DCS系统(或PLC系统)按上面(7)给定方式，接收控制装置发出的控制信号u， (s) 和U2(S)，实现燃烧过程多变量吋滞控制。
权利要求
1、用于燃煤机组或工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制方法，其特征在于包括以下步骤(1)、首先用建模软件测试出燃烧过程的数学模型
全文摘要
本发明公开了一种用于燃煤机组或工业锅炉燃烧过程多变量时滞控制方法，其特征在于包括用建模软件测试出燃烧过程的数学模型、根据燃烧过程数学模型G(s)确定时滞预补偿器、设计出预补偿器K<sub>P</sub>(s)和主控制器K<sub>c</sub>(s)、控制装置计算机和操作站之间建立OPC通讯，实现控制装置与DCS系统、PLC系统所有信息的交换，控制装置计算机接收DCS系统或PLC系统燃烧过程的烟气氧含量和蒸汽压力设定值和实际值。或直接采集燃烧过程蒸汽压力和烟气氧含量的实际值。本发明的多变量时滞控制方法符合燃烧过程动态特性，又采取计算机辅助设计和仿真方法，精心设计出控制器，使控制系统不仅稳定，而且将蒸汽压力控制在工艺规定范围内，实现风煤比自动调整，提高锅炉热效率，节省煤。
文档编号G05B13/04GK101211162SQ20071030250
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者庞国仲 申请人:庞国仲