（国核工程有限公司上海200233）
摘要：随着大容量、高参数火电机组的蓬勃发展，热力设备和热工过程越来越复杂，控制要求不断提高。PID控制算法原理简单，适用范围广且逻辑组态方便易行。对于热工系统控制的研究，尤其是工程应用性强的PID控制策略的研究十分必要。因此文章就电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用进行研究。
关键词：电厂热工；智能PID控制器；应用
自计算机技术诞生以来，工业过程控制取得了飞跃式的发展。以计算机仿真与智能优化算法为主要手段，对控制系统进行分析、设计与整合，已成为研究的主要方向。PID控制算法原理简单、适用范围广、鲁棒性强而且易于组态实现，目前仍然是工业生产中应用最广泛、最基本的控制方法。然而，工程应用中热工控制还是以常规的线性PID控制策略为主，难以满足机组深度调峰的需求。尤其，当过程的非线性、大滞后等特性愈加突出时，线性PID控制器也更加难以满足热工过程控制品质的要求。因此，在电厂热工过程控制中，将智能控制技术与普通PID控制器相结合，构成智能PID控制器，利用其显著的优势能够大大提升热工控制的效率，在众多的企业中得到应用。
一、热工过程模型辨识及PID参数整定
近年来，仿生学智能算法随着计算机科学、生物学和人工智能的兴起，取得了飞跃式的发展，产生了许多备受关注的领域。尤其在热工过程模型辨识和PID参数整定方面应用非常广泛。其中比较有代表性的算法有，遗传算法、粒子群算法、免疫算法等。（1）各类仿生学算法中，遗传算法是最早兴起并发展起来的，它在研究自然遗传现象与人工系统自适应行为的基础上，借鉴“优胜劣汰”的生物进化与遗传思想而提出的一种全局性并行搜索算法。它是通过在一定的编码空间内，以一定的概率或条件对种群不断地进行选择、交叉和变异而达到寻优目的的。因此，种群数目、复制、交叉及变异操作和操作概率是影响遗传算法性能的关键因素。（2）粒子群算法是一种新的进化计算技术，它是从模拟动物的社会行为中发展而来。该算法源于对鸟群捕食的行为研究，受到鸟群活动的规律性启发，利用群体智能建立起一个初级的优化模型。由于寻优空间维数扩大而引起的维数灾难或种群陷入局部极值点是标准粒子群算法应用中一个非常突出的问题，严重影响到了算法的寻优效果，其次，由于在算法后期所有的粒子特性逐渐变得一致，当失去了粒子的多样性滞后，算法的收敛速度会明显减慢，以至于影响到算法最终的搜索精度。为此，许多学者将粒子群算法进行了改进，并将改进后的粒子群算法应用于控制器参数的整定当中。免疫算法是一种模仿生物免疫系统的智能优化算法，一般的免疫算法存在收敛速度慢、参数设置复杂和亲和度计算存在误差等缺点。（3）免疫算法经常和遗传算法一起发挥优势互补，结合起来应用于热工过程的控制当中。仿真实验证明，免疫理论的引入有效地改善了遗传算法的寻优能力、提高了搜索效率，经过遗传算法结合免疫算法优化整定的PID控制器控制效果明显优于其它传统方法的整定效果。
二、电厂热工过程控制中智能PID控制器的应用
（一）过热汽温系统
在智能PID控制器运行过程中，过热汽温系统的动态特性也会随着控制器运行状态的变化，而发生改变，过热汽温系统具有惯性和时间滞后性，在控制器的辅助下，过热汽温系统的性能和控制能力会有所提升，同时使控制器能够更好的适应系统运转。采用模糊控制和专家自整定串级PID控制相结合的方式，来对二级减温水进行调整和控制。如果主汽温偏差很大，就根据实际情况进行相应的调整，基于一定的控制量进行模糊控制，尽可能减少其他因素对系统的干扰，增强系统的灵敏性，实现快速响应；如果主汽温偏差较小，专家会自行调整和确定PID，通过检测检查噪音的范围来确定PID参数，有效提高控制器运行的稳定性和控制精确度，适应当前生产需求，这种模糊控制系统通常被应用在DCS软件组态上。
（二）单元机组负荷控制系统
单元机组负荷控制系统的有几个重要特征，分别是时变性、非线性和不确定性，该系统具有较多的变量，因此难以确定和建立合理的数学模型，如果应用普通PID控制器，不会对其性能产生明显的效果，甚至会难以融合。基于神经元的学习特征和火电单元机组负荷控制系统所控制的对象的特性，研究发明出两种适应性较好的控制系统：炉跟机和机跟炉。这两种负荷控制系统能够自动适应神经元模型。通过实验能够证明，学习参数能够快速收敛至平衡值，其控制能力较高。将神经元控制与非模型控制的模糊逻辑算法相结合，应用到单元机组负荷控制系统中，适应性显著增强。
（三）锅炉水位系统
锅炉水位系统在，在运行过程中参数不会保持稳定，且具有一定的延迟性，以及严重的“虚假水位”现象。普通三冲量控制系统通过建立数学模型和设置PID参数的方式，并不会有效解决锅炉水位系统的缺陷，在机组运行状态发生变化的时候，不能及时调整，难以达到很好的效果。智能PID控制器，基于模糊规则对锅炉水位参数进行调整，通过将智能PID控制器在循环流化床锅炉中进行试验应用，发现其在汽包水位控制上的效果很理想。我国对智能PID控制器的研究大多依赖于理论和仿真实验，还未将其广泛地投入到电力热工控制系统中加以应用。通过理论和试验研究，已经能够确定智能PID控制器具有上乘的控制能力和技术，能有效促进热工控制系统实现自动化，提升企业的生产效率。但是目前已有部分企业将智能PID控制器的功能与自身生产制造相结合，推动智能PID控制器的应用逐渐成熟和稳定。
（四）电热炉温度智能控制系统
电热炉需要实现升温和保温，主要利用发热管进行温度调节。在降温时，则需要借助外界温度的降低实现自然降温。如果设备温度超出了可适应的环境最高温度，就难以实现降温，造成设备受到损伤。面对这种情况，在设备操作过程中，还要结合设备温度变化情况进行设备温度控制。因此在设计电热炉温度智能控制系统时，考虑到利用电热炉进行工艺加热时将采用封闭式方式，将引入PID参数控制器进行温度自动控制与调节，为满足电热炉升温需求，需要采用单片机和可编程控制软件实现电热炉整体温度控制，确保系统运行速度和稳定性。在温度控制过程中，需要实现温度测量。为保证测量结果准确、可靠，还要采用四路采样模式，完成对四路采样中不同点的检测，最后求取四个测量点的平均值作为测量结果。利用现实模块，可以进行温度加热预约时间、系统温度实时变化等情况的显示。通过计算机键盘，则能实现系统温度控制操作。此外，系统具有报警功能，可以在加热温度超出设备承载要求时进行预警。
总之，智能PID控制器，是通过人工操作，来达到自动控制和决策的目的。智能PID控制器在普通PID控制器全部功能的基础上，能实现对自己学习能力的自动控制，以及自我能力拓展，对系统运行中的各种突发情况能够及时解决。因此，智能PID控制器具有极高的应用价值和意义，应该加强对其的研究和试验，以扩大智能PID控制器的投产规模，促进企业生产力的持续提升。
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