鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)設計

我國供暖系統(tǒng)中大部分采用燃煤熱水鏈條鍋爐，這種鍋爐普遍存在燃燒效率低的問題，并且由于鍋爐負荷變化劇烈，很難實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化控制。膠州某熱電廠兩臺型號為SZL294.6/130/70-A的29t鏈條熱水鍋爐，選用西門子400系列PLC完成相應的控制功能，選用WinCC組態(tài)軟件作為上位機實現(xiàn)對系統(tǒng)的組態(tài)。WinCC具有軟件實用性好、組態(tài)靈活的特點，可生成復雜友好的交互式圖形界面，但不易實現(xiàn)復雜控制算法卜2.OPC（OLEforprocesscontrol）是一套以微軟Windows操作平臺中的OLE、COM/DCOM技術為基礎、可實現(xiàn)不同現(xiàn)場設備與應用程序之間軟件接口的通信標準。由于OPC通信穩(wěn)定，傳輸速度快，適用于大批量數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)已經成為新的工業(yè)通信標準之一。

　　本文針對膠州某熱電廠供熱鍋爐燃燒效率低的問題，設計了一套鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。通過OPC技術實現(xiàn)了VisualStudio（C）與西門子WinCC之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交換。采用VisualStudio（C）編寫先進動態(tài)山東省自然科學基金資助項目（編號：ZR2011FQ006）；青島市科技發(fā)展計劃基金資助項目（編號：12-1-4-3-17-ch）。修改稿收到日期：2012第一作者于永茂（1988-），男，現(xiàn)為青島科技大學自動化專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事計算機控制方面的研究。

　　尋優(yōu)算法，能在鍋爐燃燒過程中動態(tài)尋找最佳風煤比，使煤在爐膛內充分燃燒。所設計的系統(tǒng)能夠使供熱鍋爐運行時做到“惡劣時保穩(wěn)定，穩(wěn)定時求最優(yōu)”，最大限度地實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化控制。

　　1OPC接口技術OPC是用于自動化領域內組件的新工業(yè)通信標準。

　　它以OLE、部件對象模型（componentobectmodel，COM）和分布式部件對象模型（distributedcomponentobectmodel，DCOM）技術為基礎，采用客戶/服務器（C/S）模式，搭建基于Windows應用和基于現(xiàn)場控制應用的聯(lián)系。有實力的遠端SCADA、DCS、PLC、遠端I/O模塊供應商都提供OPC服務器。OPC技術有效地解決了應用軟件開發(fā)與硬件設備驅動程序開發(fā)之間的矛盾，且通過OPC可以將辦公應用、HMI系統(tǒng)（如西門子的WinCC）、PLC和現(xiàn)場設備集成為一體。

　　OPC服務器自動化對象的層次結構如所示。OPC數(shù)據(jù)存取標準規(guī)定服務器由服務器、組和數(shù)據(jù)項三類對象構成。服務器擁有服務器對象的所有信息，是組對象的容器，其向OPC客戶端提供創(chuàng)建和操作OPC組對象的功能。組擁有本組對象的所有信息，并且作為OPC項的容器提供組織和管理項的機制。

　　項是一個具體的過程變量，代表OPC服務器到數(shù)據(jù)源的一個物理鏈接，是讀寫數(shù)據(jù)的最小單位。

　　OPC層次結構圖Fig. 2優(yōu)化控制算法鏈條熱水鍋爐的整個生產過程主要包括：鍋爐啟動前的檢查與準備、鍋爐的啟動、鍋爐的運行以及鍋爐的停爐。鍋爐的運行階段是整個工藝流程以及參與控制的主要階段，故本文只針對運行階段設計優(yōu)化控制系統(tǒng)，而補水控制仍采用常規(guī)PID控制器來調節(jié)。系統(tǒng)以C為編程語言編寫優(yōu)化算法，與WmCC鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行動態(tài)交互，最終達到實時控制鍋爐優(yōu)化燃燒、穩(wěn)定運行的目的。優(yōu)化控制系統(tǒng)結構框圖如所示。

　　優(yōu)化控制系統(tǒng)結構圖Fig. 2.1優(yōu)化控制算法設計鏈條式熱水鍋爐燃燒系統(tǒng)調節(jié)的主要任務是在保證水溫穩(wěn)定的同時，保證鍋爐的安全運行、經濟燃燒。

　　因此，優(yōu)化控制算法的設計顯得尤為重要。

　　鍋爐燃燒系統(tǒng)控制原理圖如所示。

　　由送風量F與熱量信號Dq構成的F」q通道動態(tài)特性，可用個具有極值特性的靜態(tài)特性環(huán)節(jié)與具有傳遞函數(shù)為的動態(tài)特性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成。Ti為時間常數(shù)，'為滯后時間。在鍋爐工況和給煤量定的條件下，存在最佳送風量Fm，使得熱量信號Dq達到極值。

　　假設尋優(yōu)步長為AF，步進周期為T，則在n個階躍后輸出為：出值（即非線性環(huán)節(jié)輸出值）；-=為相對時間；h（-）為單位階躍相應函數(shù)。

　　-1）時，假定加入階躍輸入和不加入階躍輸入的熱量信號分別為Q（n）和QXn），兩者之差為Q（n））的單調性，算機和儀表的RSW85數(shù)據(jù)通信，完成晶體生長的狀態(tài)監(jiān)測和生長流程控制，具有以計算機為中心、結構簡單、功能完整、可擴展性和抗干擾能力強的優(yōu)點，有著良好的應用前景。