模糊解耦控制在集散控制中的应用

摘要：该文结合循环流化床锅炉的特点，采用了霍尼韦尔公司的EPKS控制系统对锅炉进行控制，设计了硬件的配置，主要设计了控制策略，将模糊解耦控制应用在控制策略中，进行了实验仿真，实验结果表明模糊解耦控制具有良好的解耦效果。

关键词：循环流化床锅炉；模糊解耦控制；集散控制

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）13-3159-05

1 概述

DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，它的出现是工业控制的里程碑，其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。它具有适应性强、可靠性高、可在线修改等特点。由于其本身所具有的特点，使它在复杂工况的工业生产过程中解决实现控制过程中的复杂控制问题，因此在目前阶段被广泛的引用于冶金、石油、化工、发电、制药等各个工业生产中。

2 控制系统硬件选型及配置

2.1 燃烧系统硬件选型及配置

1）C300的CPU 选型及配置

对于一个循环流化床锅炉来说，它最主要是的能够实现平稳安全的运行，然而燃烧系统作为它的核心控制系统，既需要保证燃烧系统的平稳安全运营，也需要保证它的实时性，所以在选取C300控制器时除了要考虑到系统的冗余问题，还需要对系统增加冗余方面的配置。它支持I/O 模件。每个 C300 控制器最多支持 64个冗余 I/O 模件。

2）C300的输入输出模块选型

燃烧系统控制过程比较复杂，因此需要输入输出具有强的鲁棒性和系统较高的可靠性。电源可以带点插拔，并且有开、短路检测功能；I/O模块能够在保持输出的时候支持通信，这个通信一般是指HART通信协议，即为了保证数据在传输的过程中能够安全可靠，在数字信号上采用HART 协议，并将此协议加在4～20mA 模拟信号上，是它转化成一个频率信号输出去，通过这样的方式可以保证系统安全稳定的传输。综合以上燃烧系统对于C300的要求，我们在选择I/O模块时，选择对应的冗余模块。

3）现场总线接口模件FIM

由于燃烧系统的实际I/O点不仅仅是64个，而选用的CPU最大能支持64个冗余，面对这样的现场情况，为了使锅炉的负荷在一定的承受范围，该文中选取将所需要的数据送到Experion 平台，这样的结果会降低安装的成本，同时降低了维护时所需要的精力和时间，还缩短了对于设备的调整时间。因此，选用现场总线来分担部分I/O负荷。

4）交换机 FTE

燃烧系统是一个大负荷系统，对于通信的要求特别的高，为了保证在现场通信时达到精确的数据[44]，该文选用的是霍尼韦尔的FTE交换机，它的主要优点在于消息需要通过的时候，能够检测并判断让重要信息优先通过的权利，当出现故障的时候，工程师能够及时的发现，维修起来也很方便。

2.2 硬件调试

硬件调试过程，首先在未上电之前用万用表检查各个模块之间的接线是否存在短接或者断接的现象；其次给硬件上电，启动各个I/O模块的电源，再启动CPU电源，若要断电时候，则依次给CPU先断电，然后再给I/O模块；最后，使用组态控制软件对硬件进行仿真，看是否能够正常的运行。

3 模糊解耦控制在DCS中的实现

在EPKS系统中，生成控制策略的是，Control Builder是面向对象的图形化工具，支持EPKS的控制器和ACE，在Control Builder中可以进行控制策略设计、实现在线监控、 提供FBS （Function Blocks）的算法库，同时支持所有的顺序的、逻辑的以及先进的控制功能。

本系统中所采用的编程软件Control Builder可以有效的对C300进行编程控制，在编程控制之前，需要先进行相关的配置：

2）燃烧系统的模糊解耦控制编程

本课题在第三章中，系统的分析了床温和主蒸汽压力的耦合性，为了将模糊解耦控制应用于DCS中，即在EPKS系统中采用新的编程控制算法，由于Control Builder可以作为控制策略的控制工具，同时它可以提供编程平台，此平台就是面向用户运算的CAB模块，在此模块中编写模糊控制算法，组态解耦控制，从而实现模糊解耦控制在DCS中的应用。

在燃烧系统中，床温和主蒸汽压力都是由给煤量和一次风量来控制的，具有强耦合性。在Control Builder中编写模糊控制算法，并要实现模糊算法对于床温和主蒸汽压力的解耦，需要进行大量的数学计算，这样的结果会使大量的数学公式大大的占用了系统的内存，从而影响控制质量。因此在编程模糊控制解耦算法的时候，根据隶属度函数和模糊控制规则表，选取适合于该控制系统的模糊推理，同时选择合理的解模糊化方法，在此本文中采用第三章提出的离线积累量化的方法，即首先可以离线计算出输出的模糊值，然后将得到的结果制成模糊查询表。为了方便的查询模糊控制规则，将查询表输入到计算机中，并默认为最终的模糊规则查询表，这样在使用模糊控制算法时方便调用，计算量减小。目前在复杂的过程控制中，这样方式受到了大家的认可并应用十分广泛。

模糊控制的，其核心部分就是模糊控制环节，以测量的床温、给煤量的信号、给煤量的偏差e和偏差变化ec作为模糊控制的核心，在为了使系统达到好的控制效果，加入PID以构成模糊PID控制器。

综上所述，该文在重点讨论了燃烧系统的耦合问题之下，通过在EPKS系统中配置DCS的硬件，并实现将模糊解耦控制引用到DCS中去，从仿真的结果可以看出，模糊解耦控制能解决燃烧系统的耦合性问题，可以改进给煤量作为扰动时对床温影响，使得床温作为被控对象时，具有良好的解耦控制效果。

6 总结

本文分析并设计了EPKS系统的配置选型，并对锅炉进行了硬件配置设计和解耦控制策略编程，将模糊解耦控制策略应用于DCS中，通过仿真验证模糊解耦控制效果，仿真结果表明模糊解耦控制具有一定的现场实际意义。

参考文献：

[1] 李明，徐向东.循环流化床锅炉控制系统[J].自动化与仪表仪器，2004（6）.

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[5] Honeywell 公司编写.Experion PKS R311.2 Documentation Suite.