使用基于模型的温度平衡的蒸汽温度控制的制作方法_3

文档序号:8463047阅读:来源:国知局
3中所示的,炉子202生成蒸汽并且将蒸汽并行提供给过热器部分A204以加热和提供给过热器部分B205以加热。应该认识到多个炉子可以分别提供蒸汽到过热器部分A204和过热器部分B205。阀A222可以控制第一喷雾器部分210以控制向从过热器部分A204输出的蒸汽提供的水的量,并且因此控制从过热器部分A204输出的蒸汽的温度(243) ο阀A224可以控制第二喷雾器部分211以控制向从过热器部分B205输出的蒸汽提供的水的量,并且因此控制从过热器部分B205输出的蒸汽的温度(244)。来自过热器部分A204和过热器部分B205的输出蒸汽(在由相应的喷雾器部分210、211进行任意冷却之后)被组合并且作为输入提供给最终过热器部分206,因而,最终过热器部分206被配置为加热组合的输出蒸汽。来自最终过热器部分206的输出蒸汽可以提供给涡轮216以生成电流。
[0033]如图3中所示的,控制系统300的控制环路330包括输入控制器250和输出控制器251。输入控制器250可以是基于PID的控制器或者动态矩阵控制器(DMC),并且输出控制器251可以是DMC。在由相应的喷雾器部分210、211进行的任意冷却之后,输入控制器250可以接收从过热器部分A204输出的蒸汽的温度A243 (或者与温度A243相关联的控制值)以及从过热器部分B205输出的蒸汽的温度B244(或者与温度B244相关联的控制值)作为输入。
[0034]通常,随着用于基于DMC的输出控制器(例如输出控制器251)的输入的数量的增加,用于编程该输出控制器的模型由于对其计数的潜在输入组合的数量而指数地增加。为了降低输出控制器251的模型的复杂度,输出控制器251及其模型考虑与温度A243和温度B244都对应的单个温度值。具体地,该单个温度值表示用于温度A243和温度B244 二者的相等的温度(即输出控制器251 “假设”温度A243等于温度B244)。因此,与模型要考虑温度A243和温度B244的输入组合所需要的复杂度相比,该模型较不复杂得多。
[0035]为了确保温度A243等于温度B244,控制环路330包括输入控制器250以计算用于助于温度A243和温度B244的相等值的温度差或偏移。因为输入控制器250简单地基于温度A243和温度B244之间的差或偏移来操作,所以输入控制器250的编程无需复杂,并且当然不如对基于模型的输出控制器251进行编程来考虑温度A243和温度B244 二者那么复杂。输入控制器250和输出控制器251的组合因此使得控制环路330能够有效地并且实际地控制温度A243和温度B244,而不需要考虑多个参数的基于模型的控制器所需要的复杂的编程。
[0036]参考图3,输入控制器250可以基于温度A243和温度B244确定偏移值输出252。在一些情况中,偏移值输出252可以反映温度A243和温度B244之间的差。例如,如果温度A243是200 °?并且温度B244是215 0F,则偏移值输出252可以是根据多种惯例中的一种来反映15 °F的温度差的值或量。在关于图3所讨论的实例中,偏移值输出252可以是对应于阀位置(例如阀A222和/或阀B224的阀位置)的值或量,并且可以是正的或负的。用于偏移值输出252的负的量可以对应于阀的闭合,用于偏移值输出252的正的量可以对应于阀的打开(反之亦然)。应该认识到偏移值输出252可以与温度A243和温度B244之间的差具有线性的、指数的或者其他的数学关系,并且输入控制器250可以根据各种技术或计算来计算偏移值输出252。
[0037]通常而言,由基于DMC的输出控制器251执行的模型预测控制是多输入单输出(MISO)控制策略,其中,多个过程输入中的每一个的改变对于多个过程输出中的每一个的影响被测量并且然后这些测量的响应用于创建过程的模型。但是在一些情况中,可以应用多输入多输出(MIMO)控制策略。无论MISO还是ΜΜ0,过程的模型在数学上是可逆的,并且然后用于基于对过程输入做出的改变来控制过程输出或多个过程输出。在一些情况中,过程模型包括或者开发自用于每个过程输入的过程输出响应曲线,并且这些曲线可能是基于例如传递到每个过程输入的一系列伪随机步骤改变而创建的。这些响应曲线可用于以已知方式建模过程。模型预测控制是本领域已知的,因此在本文不具体描述。但是,Qin,S.Joe和Thomas A.Badgwell在1996年AIChE会议上的工业模型预测控制技术概述(An Overviewof Industrial Model Predictive Control Technology)中大体描述了模型预测控制。
[0038]此外,高级控制例如模型预测控制(MPC)控制例程的生成和使用可以集成到用于蒸汽生成锅炉系统的控制器的配置过程中。例如,以参考的方式明确并入本文的Wojsznis等人的标题为“ Integrated Advanced Control Blocks in Process Control Systems,,的美国专利N0.6,445,963公开了使用当配置过程工厂时从过程工厂采集的数据来生成高级控制块如高级控制器(例如MPC控制器或神经网络控制器)的方法。更具体地,美国专利N0.6,445,963公开了以与使用具体控制范例(如现场总线范例)进行其他控制块的创建和下载相集成的方式来在过程控制系统中创建高级多输入多输出控制块的配置系统。在该情况中,通过创建分别将被连接到过程输出和输入的期望输入和输出的控制块(例如输出控制器251)来启动高级控制块,以控制过程,如在蒸汽生成锅炉系统中使用的过程。控制块包括数据采集例程和与之相关的波形生成器,并且可以具有控制逻辑,该控制逻辑由于该逻辑缺少调谐参数、矩阵系数或对实现所必要的其他控制参数而未调谐或者未开发。控制块放置在过程控制系统中,其中,限定的输入和输出以这样一种方式可通信地耦接在控制系统中,其中,在该方式中如果高级控制块正在用于控制过程则将连接这些输入和输出。接下来,在测试程序期间,控制块使用由具体设计用于开发过程模型的波形生成器生成的波形,经由控制块输出,系统地打乱每个过程输入。然后,经由控制块输入,控制块协调与每个过程输出对于传递到每个过程输入的每个生成波形的响应相关的数据采集。该数据可以例如被发送到数据历史库以进行存储。在已对于每个过程输入/输出对采集了足够数据之后,运行过程建模程序,其中,使用例如任意已知的或期望的模型生成或确定例程,根据采集的数据生成一个或多个过程模型。作为该模型生成或确定例程的一部分,模型参数确定例程可以开发控制逻辑用于控制该过程所需要的模型参数,例如矩阵系数、死亡时间、增益、时间常数等等。模型生成例程或过程模型创建软件可以生成不同类型的模型,包括非参数模型如有限脉冲响应(FIR)模型和参数模型如带有外部输入的自回归(ARX)模型。控制逻辑参数以及根据需要,过程模型然后被下载到控制块以完成高级控制块的形成,使得具有模型参数和/或过程模型的高级控制块可以用于在运行时间期间控制过程。当期望时,存储在控制块中的模型可以被重新确定、改变或更新。
[0039]输出控制器251可以接收从最终过热器部分2O6输出的蒸汽的输出蒸汽温度228 (或者与输出蒸汽温度228相关联的控制值)以及可能与例如从最终过热器部分206输出的蒸汽的期望温度相对应的设置点233,作为输入。在其他情况中,设置点233可以对应于可能影响输出蒸汽温度228的其他条件,如锅炉系统中的节气闸的节气闸位置、喷雾阀的位置、喷雾量、用于控制锅炉系统的一个或多个部分或者与锅炉系统的一个或多个部分相关联的一些其他控制、操作或干扰变量或其组合。通常,设置点233可以对应于锅炉系统的控制变量或操作变量,并且可以一般由用户或操作员设置。
[0040]输出控制器251可以将设置点233与当前正在从最终过热器部分206输出的蒸汽的实际温度228的测量值进行比较,以生成、确定或计算输入蒸汽控制信号253。输入蒸汽控制信号253可以指示阀A222和阀B224的位置,这样,当与过热器部分A204、过热器部分B205和最终过热器部分206的操作组合时可以实现从最终过热器部分206输出的蒸汽的期望温度(即设置点233)。具体地,输入蒸汽控制信号253可以对应于用于控制第一喷雾器部分210的阀A222的阀设置(即物理阀位置)和用于控制第二喷雾器部分211的阀B224的阀设置(即物理阀位置)。应该认识到,输出控制器251可以根据如本文所讨论的各种基于模型的技术或计算来计算输入蒸汽控制信号253。
[0041 ] 输入蒸汽控制信号253可以提供给平衡器模块254,平衡器模块254可以处理输入蒸汽控制信号253以生成、确定或计算临时阀A控制信号255和期望阀B控制信号257。平衡器模块254可以包括硬件和/或软件组件,并且可以可选择地集成为输出控制器251的一部分。在一些实现中,平衡器模块254可以生成临时阀A控制信号255和期望阀B控制信号257,使得控制信号255、257是等效的(即平衡的),但是应该认识到平衡器模块254可以基于控制系统300的阀222、224或其他组件的物理配置或设置,生成控制信号255、257的不同值。临时阀A控制信号255可以对应于阀A222为了实现从过热器部分A204输出的蒸汽的温度A243的期望值的设置或位置,并且阀B控制信号257可以驱动阀B224以实现从过热器部分B205输出的蒸汽的温度B244的期望值。温度A243和温度B244的期望值当然基于设置点233和实际温度228的测量值。平衡器模块254 (或另一个模块或组件,如输出控制器251)可以至少提供阀B控制信号257到阀B224,以控制第二喷雾器组件211并且从而控制从过热器部分B205输出的蒸汽的温度244
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