火电厂磨煤机的控制系统设计

口前国内大多数电厂的中间储仓式钢球磨煤机制粉系统的自动投入率非常低，其多变量、强祸合、大迟延、非线性和时变特性，使常规PID控制器难以满足控制要求。本文介绍在分析球磨机特征模型和设备运行调节需求基础上，将非线性自适应P TD控制、比值控制、解祸控制和仿人控制等多种控制方式组合设计球磨机控制系统的方法。采用组合控制策略设计的球磨机控制系统实际上是一个非线性自适应混杂控制系统((H ybrid Control System )，该系统在H丁-八CS 5000 DCS系统实现并投入使用，运行情况表明，控制系统能够适应工况大范围变化，并在运行环境允许的情况下，在线寻找最佳入口温度运行参数和最佳存煤量，保证球磨机经济运行。

依据上述分析，可以将球磨机控制系统设训一成由磨风量控制、磨给煤量控制和风煤协调控制三部分构成。磨风量控制是根据风量系统的线性特性、系统响应的快速性，以及各控制参数和被调参数的祸合关系，采用负压一冷、热风比值控制和入口温度一冷、热风反向比例调节的控制方式，实现静态解祸控制;磨给煤量控制作为慢速时变系统，采用非线性PID控制和定时开关控制，兼顾出口温度调节和差压调节要求，实现工况自适应和存煤量动态自寻优控制。风量系统与煤量系统的动态祸合关联由出口温度对入口温度定值校正来实现，这是整个控制系统的核心，完成风煤协调控制。

此系统的作用有三个:采用比值控制，同向增大或减小冷、热风门开度，维持磨入口负压恒定;采用反向比例控制，调整磨冷、热风门开度比例关系，跟随磨入口温度设定值，调节磨干燥出力;通过磨入口温度设定值校正控制，快速粗调磨出口温度在给定范围波动。

球磨机差压通常控制在2500 -4000Pa，运行中球磨机差压的主要调节手段是给煤量，增大给煤量则球磨机差压增大。由于球磨机差压对存煤量变化的反映较缓慢，特别是在接近最佳存煤量时更是如此，在给煤量变化的短时间内，不能正确反映出实际存煤量，因此，调整给煤量时要平缓。给煤量控制是根据一定磨差压设定值依据操作人员的运行经验计算出所需的给煤量，在此基础上再对磨出口温度调节和对磨存煤量进行定时校正。

磨出口温度控制的作用就是消除煤质扰动、风量风温扰动及对象慢时变特性，保证在最佳存煤量时，出口温度维持在给定的安全范围波动。磨出口温度对于给煤量变化的反映存在很大滞后。而且，随着运行工况的变化表现为明显的非线性，尤其在较高煤位即接近最佳存煤量时更是如此。所以，此系统应采用非线性自适应PID控制。

因为磨出口温度不需要定值调节，允许在一定范围内波动，因而在磨出口温度偏差后加一个死区环节，然后再施加变比例P丁调节率，使比例带随偏差的增大而增大。

由于给煤量对差压的影响是无自平衡的，并且存在较大的纯迟延、大惯性;同时，给煤量对磨电流的影响是倒锅形函数，所以，磨存煤量校正采用定时校正方案。每180S校正一次，给煤量增量由磨差压和磨电流测量值的线性组合函数训一算获得。尽管存煤量校正采用了较为简单的方法，但是，实际效果却是令人满意的。这种在线动态寻找最佳存煤量的方法，符合操作人员手动调整的规律。因为在增量函数中，引入了差压偏差的变比例子项(比例因子随差压偏差减小而减小)和磨电流的实测模型，所以当风量系统相对稳定时，这一寻优过程是收敛的。

从现场试验数据分析可知:磨出口温度受磨入口温度变化的影响较给煤量变化的影响速度快、强度弱。当磨出口温度偏离设定值时，首先通过仿人控制对磨入口温度设定值进行校正，调整冷、热风门开度，使磨出口温度快速向定值恢复。如果偏离较小，由于在给煤量控制回路设置磨出口温度调节死区，给煤量不发生变化;如果偏离较大，则通过非线性自适应P TD调节器调整给煤量，使磨出口温度向减小偏差的方向变化。磨出口温度调节采用非线性自适应PID调节器提高了给煤量控制系统的稳定裕度，在一定程度上对煤系统的慢时变具有适应能力。

仿人控制对磨入口温度设定值校正时，首先要判断磨出口温度偏差的大小和变化方向，只有当磨出口温度偏差大于某域值，并且仍向偏差大的方向变化时，才施加作用。这一作用实际上平衡了风量和煤量对磨煤机运行参数的影响，动态地维持了被控系统的最优运行工况。