热电厂CFB锅炉DCS及智能控制的应用研究

摘要

CFB锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler，简称CFB锅炉)作为高效、低污染、燃烧适应性广、负荷调节性能好的洁净燃煤技术，受到人们的青睐。它是一个分布参数、多变量耦合、非线性、时变、大延迟的控制对象，尤其是锅炉的燃烧系统，被控对象动态特性复杂，常规的控制方案，很难达到好的效果。目前国内CFB锅炉自动控制水平普遍较低，还没有形成一套全面的、成熟的自动控制系统。本文结合山东某热电厂具体工程项目，针对CFB锅炉控制特性，设计一套基于DCS的CFB锅炉自动控制系统，并引入智能控制，旨在提高CFB锅炉热工自动控制水平。 在对CFB锅炉的结构和工艺流程进行深入研究的基础上，总结CFB锅炉各个部分的基本控制量，以及控制特性。主要对CFB锅炉燃烧系统进行了研究：在床温控制系统中，采用了模糊控制技术，以床层温度测量值与给定值的偏差及偏差变化率作为床温模糊控制器的输入，输出作为燃料控制器的给定值，由燃料控制器控制给煤量的输出，形成床层温度—给煤量串级模糊控制系统；在主蒸汽压力控制回路中采用模糊自调整PID控制，它可以根据人工经验自动调整PID参数来满足系统的要求，其输入为主蒸汽压力的偏差和偏差变化率，输出为PID三个参数的调整量，根据调整量调节PID控制器的输出，从而调节主蒸汽压力维持在给定值。实际运行表明，这两种控制器与传统控制方法相比具有较好的控制效果。 针对ABB IndustrialIT DCS具有高可靠性、易操作性、维护方便等特性，结合某热电厂实际工程，设计了一套全冗余的集散控制系统框架，并融入各回路的具体控制算法，应用了Profibus现场总线、工业以太网及OPC接口技术。该自动控制系统实现了数据采集、模拟量调节、顺序控制和炉膛安全监控功能，达到了锅炉控制要求。并且DCS控制系统包括了具体的硬件配置、组态软件、通讯配置以及冗余设计，提高了热电厂CFB锅炉的自动化水平。 在CFB锅炉DCS控制系统中智能控制算法是通过OPC接口技术实现的。在Control Build F(CBF)中集成了OPC软件，CBF内部实时数据库，通过OPC Server与第三方软件的程序开发，实现实时数据库和关系数据库的信息集成与数据共享。客户端则采用VC自主开发的应用程序。在实现控制算法的过程中，遵守算法模块化的原则，脱离了组态环境的限制，具有较强的通用性和移植性。 最后，就所完成的课题做出总结，分析了当前研究工作的不足，并对今后的发展及研究方向进行了展望。本文分析燃烧系统时，只抓住主要因素，没考虑其他耦合因素，虽能满足热电厂工况的要求，并且具有良好的控制效果，但控制精度不高。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外CFB技术的发展概况

1.3 CFB锅炉控制系统的应用现状

1.3.1 CFB锅炉的控制系统特点分析

1.3.2我国DCS系统在CFB锅炉控制中的应用现状

1.3.3智能控制理论发展及其在CFB的应用

1.4本文主要研究内容

第二章循环流化床基本理论

2.1 CFB锅炉工艺简介

2.2 CFB锅炉燃烧系统动态特性分析

2.2.1 CFB锅炉燃烧过程的特点

2.2.2床温的动态特性分析

2.2.3蒸汽压力的动态特性分析

2.3汽水控制系统

2.4小结

第三章CFB锅炉智能控制系统研究

3.1智能控制概述

3.2模糊控制理论

3.2.1模糊控制的特点

3.2.2模糊控制理论原理

3.2.3模糊控制器的设计

3.3床层温度模糊控制系统

3.3.1床温模糊控制器的设计

3.3.2床温控制系统的仿真

3.4 CFB锅炉主蒸汽压力模糊自调整PID控制

3.4.1 PID控制器参数的模糊调整原理

3.4.2 PID控制器初始参数的整定

3.4.3模糊自调整PID控制器的设计

3.4.4主蒸汽压力控制系统的仿真

3.5小结

第四章CFB锅炉集散控制系统的实现

4.1工程简介

4.2 ABB IndustrialIT集散控制系统在CFB锅炉中的功能应用

4.2.1数据采集系统

4.2.2模拟量调节系统

4.2.3顺序控制系统

4.2.4炉膛安全保护系统

4.3 CFB锅炉控制系统构成

4.3.1 DCS体系结构

4.3.2系统配置

4.3.3 DCS通讯网络

4.4系统组态

4.5 OPC接口技术

4.5.1 OPC接口技术原理

4.5.2 OPC技术的应用

4.6智能控制的应用

4.7控制变量补偿及汽包水位控制

4.7.1控制变量补偿

4.7.2汽包水位控制

4.8小结

第五章总结

参考文献

致谢

附录