探究捞渣机密封水水位自动控制系统的设计

内蒙古京隆发电有限责任公司 董伟波 韩建衡 王 荣

1 炉底捞渣机密封水的作用和水位影响因素

1.1 捞渣机密封水的作用

底渣输送机密封水的使用有两个层次：炉内密封必须保持微负压，在炉子正常运行时点燃自然环境，使所有炉子须保持良好的密闭点燃自然环境，即防止过多的外界空气泄漏到炉内。冷库下面有一个大开口、所以一定要密封好，这个目标是用密封水来实现的；经渣输送机经冷冻煤灰粉化后的粉煤，由一次风带入炉内点燃。炉渣沿冷库仓落入炉渣输送机而产生的炉渣经密封冷却水冷却后排出，随后将炉渣装载运输至灰场[1]。

1.2 捞渣机密封水水位、水温的影响因素

通过现场对机器设备系统实际运行状况的分析，可了解影响加热炉底部渣输送机封水水位和温度的因素：加热炉的运行状态。加热炉未点火时太好。当加热炉负荷变化或实际进行排灰作业时，从加热炉落下的炉渣量会大大增加。排渣机将提高排渣机的水位，部分密封水会溢出溢流槽。当排渣机接渣时水位会下降；另一方面，因为从加热炉上掉下来的炉渣很烫。冷库的温度虽然降低一定程度但仍有很高的温度。当热渣落入渣输送机时冷渣会消耗一部分密封水，水位一定。同时排渣机的温度也会升高，排渣机的所有机械设备的正常运行都受到温度限制，一般规定温度不超过53℃。

进水流量的大小进水流量由补水阀按钮控制[2]。当给水阀打开一个小时以上时，由于密封水的消耗，排渣机内的水位会降低、温度会逐渐升高。为更好地预防这些情况，现在实行的水位控制方法是将供水阀门全开。当然，不必要的水溢出然后渣泵就变成了灰场。当溢流水流量过大时需控制溢流水流量。基于以上对排渣机密封水的结构、功效及影响因素的分析，本文设计理念是利用水位和温度这两个关键指标值来设计一个检测和自动控制系统控制水阀。开度用于控制水位，减少溢流水流量[3]。

1.3 捞渣机密封水水位控制的技术现状

近十年来，在我国电厂中对于排渣机密封水位的控制一般采用两种控制方式：一是采用闭式试验循环水系统；二是使用一套开放式循环水系统。两种方式都可达到保持排渣机密封水位目的，但都存在明显不足：闭式循环水系统机械设备多，系统复杂且维修工作繁重；开放式循环水系统存在耗水量大的问题。因此如能开发出一种人性化、低成本的渣输送机封水水位自动控制系统，对水位进行即时控制就更有意义了，也符合集中控制的发展。

为更好地控制渣输送机封水溢流水流量，此前大部分电厂根据渣输送机温度选择补水阀的独立电源开关控制来完成补水流量的控制。但由于没有监测排渣机的水位，很易造成水位稍低，严重时会造成炉内通风，危及所有发电机组的平稳可靠运行，因此系统运行一段时间后的预期效果不太好。现阶段对于排渣机的封水水位控制主要通过选择简单的连续补水方式，当然还有溢流方式来完成。当有特殊需要时，水位的调节和控制也由值班人员监控，由人工实际操作完成，上密封水位尚未完全控制。

2 模糊控制器的设计

2.1 模糊自动控制工作原理

现阶段模糊控制还没有统一定义。理论上讲，模糊控制是建立在模糊基础理论与模糊逻辑相结合的基础上，与传统的基础控制理论紧密结合的模拟人的思维方式，是对无法创建目标的控制方法来创建分析模型。简单地说，其基本控制概念是基于被控对象的模糊实体模型，利用设备来模拟一种控制人体系统的方式。与传统控制方法相比主要特点有六个层次：

在制定操作系统时无需建立被控对象的数学分析模型。只需掌握现场有工作经验的员工的工作经验和理解，或操作者在实际操作中的使用数据信息和受控对象的操作信息即可；对被控目标特性主要参数的变化具有很强的可扩展性；适用于控制不能建立被控目标分析模型的复杂系统，如离散系统、时变、落后系统；是语言表达控制，考虑到对工业生产过程的判断和理解，很容易建立语言表达自变量控制标准，便于知识库系统的生成；考虑到不同的意见，可设计出很多不同指标值的方案，但对于一个给定的系统，它的语言表达控制标准是独立的，根据所有的控制系统它是可协调的，获得整体融洽控制；防治效果很好，所需设施简单，经济效益明显[4]。

2.2 模糊控制系统的构成

模糊控制属于电子计算机数据控制的一种方法，其结构类似于一般的数据控制系统，主要由以下部分组成：

模糊控制器。是模糊控制的关键系统，它采用基于模糊控制专业知识和标准逻辑推理的语言表达型模糊控制器。也是区分模糊控制系统与其他控制系统的主要指标。模糊控制器存储由标准导出的模糊控制优化算法一般由计算机语言或硬件完成；D/A 模糊控制器。将输入控制变量的给定值与报告值之间的差值模糊控制优化算法生成后，将得到相应的控制变量。由于控制量是数据量，执行器采用模拟量输入，因此模糊控制器与执行器之间需要进行D/A 转换。

执行器。包括通讯交流、直流无刷电机、油马达、自力式控制阀等。拟分析的水位控制系统的执行器是电动补水阀；操作对象。也可是一种机器设备或设备及两者的人群。它们在某些约束方程下工作以实现我们的目标。这种操纵目标也可是清晰或模糊的、单个或多个自变量、线性或离散系统，并具有各种效果和其他条件。自然，相对于这些模糊的、离散的系统和有影响的控制目标，模糊控制更适合。

既然传感器控制是控制目标，自然要明确控制目标的真实运行状态，进而采取有效的对策。因此需设置传感器来控制目标或整个过程的控制量转化为电子信号。在选择传感器时应注意传感器的精度，因为它在模糊控制系统中占有非常关键的影响，其精度也会危及整个系统的控制精度；A/D 和D/A 的作用依次是将脉冲信号转换成模拟信号再反映到计算机上，这取决于传感器对操纵变量进行变换所获得的电子信号是脉冲信号还是模拟信号。如是脉冲信号则需要进行A/D 转换，如是模拟信号直接连接电脑、无需转换。

3 模糊控制器的设计

3.1 输入、输出变量选取及隶属度函数确定

输入输出变量选取：输入输出自变量有3个，即水位偏差E1、温度偏差E、输出控制量u。由于双输总体中没有设定偏差变化量，为了更好地提高控制精度和提高定量分析水平，偏差控制语言表达自变量的域分别设置为X1和X。

隶属度函数确定：实验调查结果表明，言语表达自变量的言语表达值是模糊的，隶属函数形式为标准正态分布，整体呈梯形或整体三角形，对模糊控制系统的实际效果影响不大。控制一般采用三角形和阶梯状隶属函数作为描述模糊组合的隶属函数；为了更好的方便设计方案和控制，在本设计方案中，E、u 的语言表达式值的隶属函数均采用三角函数（图1）。

3.2 模糊控制规则表

根据控制标准，选择第一类逻辑推理方法（生成方法为大、小计算）即可得到模糊控制器的总模糊关系R；那么自变量E 是根据语言来表示的，域的定量分析层次，通过生成推理方法得到输出控制量的模糊值向量；然后采用较大隶属度法求解歧义，得到体积为13×13（169个点）的模糊歧义。Clear control checklist，也就是使用间接方法得到的控制checklist；另一种使用立即法获得控制视图法的方法是立即从控制标准中获得控制量，即逻辑推理语句从而得到所有的模糊控制表，比较以上两种查询方式得到的两个控制清单，结论是：用同时法得到的控制清单进行控制精度更高，实际控制效果更强。

本文设计了炉底排渣机密封水位自动控制系统的模糊控制器，并利用MATLAB 的Simulink 仿真包进行仿真和效果分析。分析结果表明，炉底密封对于水位等离散系统改造的控制目标，考虑温度影响，采用模糊控制设计和制作控制系统可获得有效的控制效果，密封水位可完全控制具有类似特定条件的发电厂。自动控制也有一定的指导和参考价值。