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1、企业自动化、节能降耗解决方案-CFB 锅炉燃烧过程优化控制系统大 连 凯 博 科 技 发 展 有 限 公 司第 一 部 分 ：企业简介大连凯博科技发展有限公司成立于 2004 年 10 月，是国家高新技术企业和软件开发应用企业。公司主要致力于自主知识产权的软件产品的开发和技术服务，目前主要面向发电行业、炼油行业先进控制平台软件的开发、设计和技术服务，以及面向电厂、炼油厂、钢铁厂的化学药剂的研究、生产及相关技术服务。公司拥有石油裂解裂化先进控制软件包和 CFB 锅炉燃烧过程优化控制系统，目前在全国石化和 CFB 锅炉上已经成功实施 40 多套系统，取得了极高的经济效益和社会效益。凯博科技将以十年
2、 CFB 锅炉行业燃烧优化技术，为用户提供高尖端技术服务，为客户提供利益最大化的行业解决方案。凯博科技目前技术人员均来自大型 CFB 锅炉电站一线专业技术人员，不仅了解生产工艺，同时精通先进控制系统理论，结合厦门大学强大的专家技术后盾，将为企业提供最优质高效的产品和技术服务。公司先后被评为大连创业园 2005 年度最具成长性创业企业。被评为大连创业园 2006 年度优秀企业。2007 年 4 月被大连市科技局授予高新技术企业称号。2007 年 7 月被大连市工商局评为守合同重信用单位。2007年 8 月公司通过 ISO9001 质量体系认证。截止目前为止公司已经有多个项目被列为国家科技部科技创
3、新项目、省科技厅科技创新项目、省科技计划项目。凯博科技循环流化床锅炉燃烧过程优化控制系统获得国家发明专利，被列为国家重点新产品，获得 2009 年度华电集团科技进步二等奖。获得国家科技部、商务部、质量技术总局、国家环保总局批准的国家重点新产品。凯博科技是日本富士曼株式会社油罐自动排水装置在中国区域的总代理商、是德国 PS、奥地利西贝电动执行机构、施福乐麦索尼克控制阀、MVP 阀门定位器、SYSTEC 流量计、MSC 信号处理器等自控产品授权代理商。凯博科技经营理念：“诚信、协作、共赢、创新、发展”第 二 部 分 ：CFB 锅 炉 燃 烧 过 程 优 化 控 制 系 统 简介工业过程先进控制及仿
4、真组态软件 KB-APC 是一套实时的平台软件，带有工业过程基础模型库和先进控制及实时优化的基础算法库，并具备强大的在线计算能力和非线性工业模型的在线求解能力，可通过图形组态实现工业过程的先进控制、在线优化、软仪表和故障诊断等项技术。以该平台软件为开发和运行平台，可开发实施各类工业先进控制系统和在线优化、软仪表及故障诊断系统。软件同时具备仿真功能，通过图形组态和模型组态便可组成各种仿真系统。软件还具有多种在线通讯方式，可同时连接多台工业数据终端，同时采用不同的通讯方法获取工业数据，进行集成处理。适合于解决传统控制手段难于解决的控制问题：多变量和复合回路控制；时变过程和原料、负载多变的装置的控制
5、；大滞后过程的控制；约束控制。KB-APC 软件集成了凯博自主开发的先进控制器无辨识自适应预估控制器IFAP(控制算法说明参见附录 1)和基于因素空间的故障诊断算法(算法说明参见附录 2)。IFAP 控制器的最大特点是稳定性好，并具有在线自适应、自整定和预估校正的功能，可以实现象循环流化床这样工况多变，影响因素复杂并具有大滞后特性的过程的自动控制。同时，由于主要控制器参数实现了在线实时自整定，无需人工设定，使先进控制系统的后期维护相应简单，也使先进控制系统可以长期运行。该软件包主要包括以下几项关键技术：1、 无辩识 自适应预估控制器 (IFAP)专利技术。 2、 基于因素空间理论的模糊故障诊断
6、技术。3、 在线和离线的实时仿真技术。4、 大滞后时间自动搜寻和预估技术。5、 自组织智能优化技术。6、 强大的在线实时运算功能 -软仪表测量技术。7、 仿人工智能调节理论。8、 强大的流程图形和实时曲线显示功能。控制系统原理和特点：先进控制系统采用我公司开发的 KB-APC 先进控制组态软件作为软件实施平台，为加挂在 DCS 系统上的上位软件，软件本身并不直接与现场硬件设备发生任何联系，而是通过 DCS 系统第三方接口软件（如国际上通用的 MODBUS 和 OPC 协议）来实现现场实时数据输入输出通讯。实施先进控制系统所需要增加的硬件设备为：用于运行 KB-APC先进控制组态软件的工控机一台
7、(下面简称为 APC-T)和网卡、集线器等网络连接设备；所需要的现场条件：设备运行正常，执行机构可以正常使用。其最大优点是安全可靠，不需要修改 DCS 系统的原有组态方案，如此才可以实现先进控制系统的“外挂” ，不会因为先进控制系统的实施影响原有的 DCS 功能。同时 OPC 服务也可为未来的管理系统提供数据通讯接口，做到一次投资，多处受益。系统扑拓图：系统原理总图：CFB 锅炉燃烧优化控制系统主要包括燃料控制回路、三大风机（一、二次风机和引风机）控制回路、排渣控制回路、返料风控制回路、石灰石控制回路、汽水控制回路和机炉协调控制系统。大型机组实现 CCS 控制或 AGC 控制。操作站 操作站/
8、OPC 服务器 KB APC (OPC 客户端)局域网PROFIBUS/MODBUS/Industrial Ethernet 等DCS/PLC DCS/PLC DCS/PLC上述控制回路除机炉协调外，每个回路均可以单独投运。各控制回路与回路之间存在相互配合，操作非常之灵活。完全适应和满足工业现场的运行要求。下图为优化控制系统各控制回路与锅炉装置总关系原理图：CFB 锅 炉 燃 烧 过 程 优 化 控 制 系 统 理 论 基 础 说 明 ：无辨识自适应控制(IFA)技术基于几何控制理论，其控制思想由国外学者在二十世纪八十年代提出。特点是：与传统的 PID 控制类似，计算量小，实施容易，可适应各种
9、流程和工艺。但不同于传统 PID 控制的是可以自动确定控制参数，投运后无需人工整定参数，控制器能自动适应操作参数和各种工艺参数的变化。在计算机控制中的 PID 控制常采用下述离散算法： )2()1(2)()1()1)()( kekeTkekuku sDIs这里 为控制器输出的增量， 为控制器偏差，需要整定的控制器参数为 (比例带)或 (比例系数)、 (积分时间)和 (微分时间 )，工艺变化后若原控制/1pKITD参数不变，则会影响控制品质甚至造成不稳定。IFA 控制采用下述 PSD 算式 )()()()( 210kerkerkegku其中 依据几何原理在线自动整定，无需人工干涉。同时控制器参数
10、的确)(,)(10rkg定过程不需要过程模型的辨识，这样可避免在线辨识带来的不稳定因素，增加了系统的可靠性。该技术原只为仿真结果，经我们改造后可适用复杂的工业流程，并加入预估算法可用于大纯滞后过程的控制（在石油化工过程应用时，最大纯滞后时间可达 30分钟） 。目前已在催化裂化、循环流化床等复杂工业系统中成功应用。先进控制系统关键技术介绍如下：1、 无辩识自适应预估控制器(IFAP)专利技术：我公司自主知识产权专利技术，I FA 控制一般采样下述 PSD 算式：该控制器具有自适应能力，工况发生变化，模型误差增加时，该控制器可以自整定控制参数， 。IFAP 控制主要解决了大滞后条件下的工业闭环控制
11、。该控制器计算量小，实施容易，可适应各种流程和工艺。但不同于传统 PID 控制的是可以自动确定控制参数，投运后无需人工整定参数，控制器能自动适应操作参数和各种工艺参数的变化，所以可以实现长期投用。2、 基于因素空间理论的模糊故障诊断技术：因素空间是一种建立在模糊数学基础上的新型知识信息表示方法，其新颖之处是将可测的数值信息作为知识概念的表现外延，如此可对概念进行量化描述，从而可用一系列数学手段进行处理，这就为智能系统的在线自适应提供了基础。因此，因素空间在故障诊断、优化决策和专家系统自适应方面均有良好的应用前景。利用因素空间的信息表示方法及变权理论开发的模糊故障诊断和决策方法，可以更有效的诊断
12、复杂工业过程的工艺故障；故障诊断技术的应用极大的提高了系统的安全可靠性，同时避免了因测量仪表故障造成的指令误动作。3、 在线和离线的实时仿真技术：KB-APC 先进控制平台具有实时的在线和离线仿真功能，这是我们独创的技术。在工业现场实时期间，通过实时在线仿真功能，可以对控制回路逻辑进行仿真测试，验证控制结果的可靠性，同时对控制器控制参数做粗调，这样在系统正式投运调试期间，只是对控制器做微调，这样的优点是避免了控制器参数大幅度调整对生产过程稳定性的影响。同时客户技术人员也可以通过离线组态，进行仿真试验和培训学习之用。4、 大滞后时间自动搜寻和预估技术：KB-APC 先进控制软件包具有预估和预估搜
13、寻算法，可以实时计算出工业装置反应)()()()( 210kerkerkegku滞后时间。由于每个工业装置和每种燃料的燃烧滞后时间都是不相同的，所以大滞后时间自动搜寻技术在控制中就非常重要。同时对重要过程参数做预估运算，这样过程参数控制才不会产生超调和震荡。5、 自组织智能优化技术：该技术类似一个专家系统的应用。我们在项目实施时，会将已经实施完的项目的好的运行参数和我们专家的研究结果结合，应用到客户的工业现场。系统在实时运行期间，会自动的根据运行工况，调优各项运行参数，达到锅炉在最佳工况和最高效率下运行。从而达到客户节能降耗，稳定机组运行，实现利益最大化的作用。6、 强大的在线实时运算功能-软
14、仪表测量技术：系统具有强大的计算功能，通过算法和逻辑组态，可以实现实时在线计算各种经济指标，如实时给煤含碳量、锅炉热效率、实时煤耗、给煤热值在线计算和各种工艺参数的最值和平均值计算等功能。系统运算功能强大，具有上百种算法，通过逻辑组态可以实现各种复杂数学运算功能。这一点是 DCS 系统无法比拟的。7、 仿人工智能调节理论：该项技术是为适应工业现场而开发的，主要是为了解决现场设备缺陷投自动的问题。8、 强大的图形和曲线显示功能：系统具有强大的图形和曲线显示功能，历史和实时数据查询功能。系统可以通过组态实现流程图的在线实时数据显示，单一画面最大可以同时显示 720 条曲线和过程参数变量。对于监控和
15、运行工况诊断具有极高的利用价值。流程图显示画面：曲线显示画面：各控制回路原理简述：系统主要包含锅炉侧燃料控制、一次风机控制、二次由于采用母管制，二台炉子之间存在互相干扰，同时由于各台炉子在燃烧效益方面存在差异，在二台炉子的负荷分配上存在优化空间，先控系统计划在实现二台炉子独立控制系统的基础上，设置一协调优化系统对二套独立控制系统进行优化协调。主要的协调内容包括：A） 炉子之间的操作干扰的前馈协调。当某台炉子出现操作故障引起大的波动，可以及时反馈给其他炉子的控制系统，使之提前调整，保证母管压力的稳定。B） 外界负荷变化的协调分配。外界负荷变化较大时，通过实时分析在线数据，对各台炉子的负荷分配进行
16、协调优化。风机控制、引风机控制、返料风机控制、冷渣机控制、减温水控制、石灰石控制和机炉协调控制。DCS 画面切换按钮显示如下：1） 、床温过热 蒸汽压力的协调控制：方案如下图所示，采用独创的 IFAP(无辨识自适应预估控制)实现给煤CFB 锅炉床温过热蒸汽压力的三级协调控制。 2） 、风量料床温度炉膛粒子浓度的协调控制一次风控制的主要目的是维持风煤比稳定和满足负荷协调控制的需要，这里风煤比 ，故控制的一次风量会随着给煤量的增减而自动增减。控制器的调整对总 给 煤 量一 次 风 量象为 1、2风机转速(或入口挡板开度)。风煤比的给定值在控制器处于“手动”位置时会自动跟踪实际的风煤比值的 10 分钟平均值(5 秒计算一次)，一旦控制器处于“自动”状态，风煤比给定值即为投入自动时的风煤比平均值，在自动控制状态下，根据煤质和密相温度对风煤比给定进行在线修正。一次风量控制的主逻辑图见下图：其中
