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工业锅炉计算机控制系统
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一、概述
在工业锅炉燃烧过程中，各项技术指标都要求限定在一定范围内。为了确保燃烧过程的稳定、可靠和经济运行，设计采用先进的变频调速技术与计算机应用技术，锅炉燃烧过程计算机自动控制装置。该装置通过检测水汽压力、温度，炉膛负压等运行物理量，通过计算机及变频器控制鼓、引风机和炉排转速，改变鼓、引风量和给煤量，使炉膛负压、汽包水位及温度控制在预定范围内，保证锅炉燃烧在最佳工况和最节能条件下运行。
本装置最突出的特点是解决了锅炉热负荷和出力之间存在着不能及时匹配的问题，即蒸汽需要量和供汽量之间不能很好地配合，供汽量或小或大，不能满足热需要量的随时变化，供汽质量较差。目前这个问题主要是依靠人工经验进行调节，而人工控制基本上始终是供汽量偏大，存在着热量的较大浪费。采用计算机应用技术、专家智能系统以及热工数学偏微分数模转换计算相结合，成功地解决了最难以解决的供汽量滞后于炉膛温度变化的传统难题。该装置可实时调节供汽量，实现了精确供汽。
二 控制设想
蒸汽锅炉燃烧系统变频调速计算机自动控制装置将变频调速技术、计算机和智能控制技术相结合，完成工业锅炉对给水、给煤、送风、引风等参数的自动控制，使锅炉汽包水位，蒸汽压力，蒸汽流量，风煤配比在专家系统控制下，实现燃烧工况自寻优控制，保持锅炉的最佳运行状态。实现工业锅炉系统安全、可靠、稳定运行和达到节能降耗的目的。
锅炉燃烧系统是一个复杂的多变量耦合系统。输入量有：给煤量、鼓风量和引风量；输出量有：蒸汽压力、炉膛负压。燃料是热量的唯一来源，给煤量的变化直接影响锅炉提供的蒸汽量，也影响汽包压力的变化，是燃烧系统的主控制量。鼓风量的变化产生不同的风煤比和相应的燃烧状况，表现出不同的炉膛温度，并决定炉膛损失的大小，直接决定着锅炉能否经济运行。在送风量改变的同进也改变引风量，使炉膛负压保持稳定，保证锅炉安全运行。这三个控制子回路组成了一个不可分割的整体，统称为锅炉燃烧控制系统，共同保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。
针对锅炉的燃烧过程是个复杂的物理过程，各输入，输出的耦合关系十分复杂；锅炉系统具有大的延时，并且参数是在实时时变化，难以建立精确的数学模型；锅炉的负荷变化范围从零到最大负荷量，并且是不定时变负荷。常规PID是难以实现控制的。解决这些问题的方法是采用比PID更为有效的智能控制技术－模糊控制方法。
该控制系统将人工智能引入控制方案，主汽压控制采用模糊控制的思想，以克服汽压被控对象时变、大延时的特性，以燃料量维持汽包压力恒定的主汽压调节系统；为了保证锅炉的经济燃烧，送风量的控制采用自寻优控制，以送风量维持经济燃烧的送风调节系统；炉膛负压的控制采用PID控制，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统。
主汽压基本模糊控制缺乏对具有较大纯时间滞后对象的控制能力，因此，在模糊控制系统中此入SMITH预估控制，以提高模糊控制器对趴有纯时间滞后对象的控制能力。常用的模糊控制器环节有比例输出和积分输出两种形式，前者阶跃响应快，但为有差控制，后者可接近无差控制，但响应慢，且超调较大。本系统采用二者相结合的比例积分输出结构，具有超调小、暂态时间短的优点。
模糊控制算法具有阶跃响应速度快、精确度较高、对参数变化不敏感以及整定更为容易等特点，充分体现了智能控制方法对于被对象的良好适应性。将SMITH预估引入模糊控制 器，提高了控制系统对具有纯时间滞后对象的控制能力，模糊SMITH控制无论从控制的快速性还是对参数变化的适应性常规SMITH控制优越的多。
影响锅炉燃烧系统的工况参数很多，又存在纯时滞，很难建立起准确的数学模型，因此，采用理论上属于自适应控制范畴，但又不需要建立准确数学模型的自寻优控制。目前锅炉燃烧采用静态搜索法进行分析，由于静态寻优没有考虑锅炉的动态特性，致使搜索时间较长，易产生振荡，因此采用动态寻优算法。
最优控制方法有两种基本实现方式，一种是直接在对象上寻优状态，另一种是在建立好的数学模型上进行搜索。工业锅炉燃烧系统变频调速计算机自动控制装置采用前者，它的优点所在是不需要建立精确的数学模型（对锅炉燃烧系统控制而言，建立精确的数学极为困难的）。最优化实现如何使系统快速准确地稳定在最佳工作点附近，它必然涉及到寻优参量的选择及算法优化的问题。
三 结束语
随着可编程控制器超大型的出现和高速计算元件的发展以及智能控制器的应用，锅炉控制系统将实现完全无人职守自动控制。
在工业锅炉燃烧过程中，各项技术指标都要求限定在一定范围内。为了确保燃烧过程的稳定、可靠和经济运行，设计采用先进的变频调速技术与计算机应用技术，锅炉燃烧过程计算机自动控制装置。该装置通过检测水汽压力、温度，炉膛负压等运行物理量，通过计算机及变频器控制鼓、引风机和炉排转速，改变鼓、引风量和给煤量，使炉膛负压、汽包水位及温度控制在预定范围内，保证锅炉燃烧在最佳工况和最节能条件下运行。
本装置最突出的特点是解决了锅炉热负荷和出力之间存在着不能及时匹配的问题，即蒸汽需要量和供汽量之间不能很好地配合，供汽量或小或大，不能满足热需要量的随时变化，供汽质量较差。目前这个问题主要是依靠人工经验进行调节，而人工控制基本上始终是供汽量偏大，存在着热量的较大浪费。采用计算机应用技术、专家智能系统以及热工数学偏微分数模转换计算相结合，成功地解决了最难以解决的供汽量滞后于炉膛温度变化的传统难题。该装置可实时调节供汽量，实现了精确供汽。
二 控制设想
蒸汽锅炉燃烧系统变频调速计算机自动控制装置将变频调速技术、计算机和智能控制技术相结合，完成工业锅炉对给水、给煤、送风、引风等参数的自动控制，使锅炉汽包水位，蒸汽压力，蒸汽流量，风煤配比在专家系统控制下，实现燃烧工况自寻优控制，保持锅炉的最佳运行状态。实现工业锅炉系统安全、可靠、稳定运行和达到节能降耗的目的。
锅炉燃烧系统是一个复杂的多变量耦合系统。输入量有：给煤量、鼓风量和引风量；输出量有：蒸汽压力、炉膛负压。燃料是热量的唯一来源，给煤量的变化直接影响锅炉提供的蒸汽量，也影响汽包压力的变化，是燃烧系统的主控制量。鼓风量的变化产生不同的风煤比和相应的燃烧状况，表现出不同的炉膛温度，并决定炉膛损失的大小，直接决定着锅炉能否经济运行。在送风量改变的同进也改变引风量，使炉膛负压保持稳定，保证锅炉安全运行。这三个控制子回路组成了一个不可分割的整体，统称为锅炉燃烧控制系统，共同保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。
针对锅炉的燃烧过程是个复杂的物理过程，各输入，输出的耦合关系十分复杂；锅炉系统具有大的延时，并且参数是在实时时变化，难以建立精确的数学模型；锅炉的负荷变化范围从零到最大负荷量，并且是不定时变负荷。常规PID是难以实现控制的。解决这些问题的方法是采用比PID更为有效的智能控制技术－模糊控制方法。
该控制系统将人工智能引入控制方案，主汽压控制采用模糊控制的思想，以克服汽压被控对象时变、大延时的特性，以燃料量维持汽包压力恒定的主汽压调节系统；为了保证锅炉的经济燃烧，送风量的控制采用自寻优控制，以送风量维持经济燃烧的送风调节系统；炉膛负压的控制采用PID控制，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统。
主汽压基本模糊控制缺乏对具有较大纯时间滞后对象的控制能力，因此，在模糊控制系统中此入SMITH预估控制，以提高模糊控制器对趴有纯时间滞后对象的控制能力。常用的模糊控制器环节有比例输出和积分输出两种形式，前者阶跃响应快，但为有差控制，后者可接近无差控制，但响应慢，且超调较大。本系统采用二者相结合的比例积分输出结构，具有超调小、暂态时间短的优点。
模糊控制算法具有阶跃响应速度快、精确度较高、对参数变化不敏感以及整定更为容易等特点，充分体现了智能控制方法对于被对象的良好适应性。将SMITH预估引入模糊控制 器，提高了控制系统对具有纯时间滞后对象的控制能力，模糊SMITH控制无论从控制的快速性还是对参数变化的适应性常规SMITH控制优越的多。
影响锅炉燃烧系统的工况参数很多，又存在纯时滞，很难建立起准确的数学模型，因此，采用理论上属于自适应控制范畴，但又不需要建立准确数学模型的自寻优控制。目前锅炉燃烧采用静态搜索法进行分析，由于静态寻优没有考虑锅炉的动态特性，致使搜索时间较长，易产生振荡，因此采用动态寻优算法。
最优控制方法有两种基本实现方式，一种是直接在对象上寻优状态，另一种是在建立好的数学模型上进行搜索。工业锅炉燃烧系统变频调速计算机自动控制装置采用前者，它的优点所在是不需要建立精确的数学模型（对锅炉燃烧系统控制而言，建立精确的数学极为困难的）。最优化实现如何使系统快速准确地稳定在最佳工作点附近，它必然涉及到寻优参量的选择及算法优化的问题。
三 结束语
随着可编程控制器超大型的出现和高速计算元件的发展以及智能控制器的应用，锅炉控制系统将实现完全无人职守自动控制。