基于Industrial IT控制系统实现专家优化控制功能

　　DCS控制系统实现了全厂范围的自动化控制，几乎所有的企业决策者都能够主动选择一套DCS系统控制其生产线，而专家优化系统并不被企业决策者所重视，但随着专家优化系统的不断引入，其作用将逐渐显现出来。
　　从控制功能上看，DCS系统解决了常规对象的控制问题，而对于复杂的被控对象，其不确定性、非线性以及非精确性对于DCS控制系统和对生产工艺及设备知之不多的自动化工程师是一个难题，而专家优化系统可以解决这一问题。专家优化系统是由生产工艺专家、生产设备专家和自动化控制专家共同研发的，是融入了专家经验和现代控制技术的智能系统，专家优化控制系统包括专家控制、多模式控制和自校正PID控制等工作方式。
　　Industrial IT控制系统
　　Industrial IT是ABB公司的控制系统，它使工业技术和信息技术相结合，构建了以属性目标平台为基础的、开放的应用系统。Industrial IT不仅提供控制功能,而且是贯穿企业生产、管理、决策等行为的工作平台。
　　Industrial IT的系统结构参见Industrial IT系统结构图（见图1)。

图1： Industrial IT系统结构图
　　根据专家优化系统对Industrial IT系统硬件要求的不同，专家优化系统可以完全集成到Industrial IT系统的硬件之中，把优化程序集成到控制器中，利用工程师站及操作员站进行组态、调试和操作；专家优化系统也可以独立配置一套SERVER/CLIENT结构，增加一个Application Server作为专家优化系统的服务器，增加几台Workplace作为专家优化系统的工作站。ACC系统和EO系统是两套应用于不同过程控制的专家优化系统，ACC系统完全集成到Industrial IT控制系统之中进行工作；EO系统独立配置一套SERVER/CLIENT硬件结构。
　　自动燃烧控制系统（ACC）
　　自动燃烧控制系统（ACC）是由TAKUMA公司为炉排式垃圾燃烧炉的控制而研制的燃烧优化控制系统，其目的是保持燃烧稳定、高效利用能源。自动燃烧控制系统（ACC）的主要任务是获得稳定的蒸汽量，同时，严格控制废气中的氧含量，需要同时调节一次风量、二次风量、喂料速度和炉排速度。
　　自动燃烧控制系统（ACC）由蒸汽流量控制子系统、炉排速度控制子系统、燃烧用空气流量控制子系统和氧含量控制子系统构成。
　　蒸汽流量控制子系统
　　垃圾燃料的质量即其卡路里含量受时间和季节的影响很大，燃烧过程中通过调节燃烧用空气流量以及每段炉排的速度来减小垃圾燃料热量的波动，稳定炉膛温度、蒸汽流量、日处理垃圾数量并控制飞灰质量。
　　蒸汽流量控制可以通过最小化燃烧波动的方法来实现，当垃圾燃料热值变化时，要求投入适量的燃烧用空气到炉膛，同时保证适量的垃圾燃料在燃烧区域。
　　目标蒸汽流量是由操作员设定的，燃烧用空气流量的计算是在设定目标蒸汽流量值和目标氧含量值的基础上自动计算出来的。然后，根据蒸汽流量值、燃烧用空气流量值计算出炉排速度值。
　　因此，蒸汽流量控制是通过炉排速度控制和燃烧用空气流量控制来实现的。
　　炉排速度控制
　　炉排速度的控制有手动方式和自动方式，在手动方式下，操作员可以直接设定速度。在自动方式下，目标速度的设定来自于ACC程序。在完成调试之后，每段炉排的速度基本上是不变的，其整定值在调试期间确定。
　　燃烧段炉排的速度是根据目标蒸汽流量和实际流量与目标流量的偏差校正计算之后得到的。另外，该速度也受控于空气与燃料之比和燃尽段传感器的测量值。
　　燃烧段炉排的燃烧波动是由专用传感器检测的，如果燃尽段的燃烧波动是由于垃圾燃料质量的大幅度变化或由于其他极端条件引起的，为防止增加未燃尽的垃圾量，燃烧炉排的速度将被减慢。
　　干燥段炉排的速度基本上与燃烧段炉排的速度成正比例，同时也受垃圾料层厚度值的修正，垃圾料位开关位于燃烧段的上部，用于检测垃圾层厚度，同时用于校对干燥段炉排的速度，保证料层厚度不变。
　　进料器速度基本上与干燥段炉排的速度成正比例，同时也受料层厚度修正。
　　ACC不控制燃尽段的炉排速度。其速度是一个常量值，并且操作员可以根据飞灰条件改变该值。
　　燃烧用空气流量控制子系统
　　必要的燃烧用空气流量是根据目标蒸汽流量和规定的氧含量值计算得到的。一次风和二次风被适当地分配到每一个炉排。其分配比例在调试整定之后基本不变。燃烧用空气流量的控制有手动方式、自动方式以及串级控制方式。操作员在手动方式下可以直接打开控制空气的挡板到一定位置；在自动控制方式下，操作员可以根据目标流量控制空气流量为一个常量；在串级控制方式下，目标空气流量值由ACC设定。二次风空气流量通过含氧量和炉膛烟气温度值进行补偿。
　　ACC系统与Industrial IT控制器的集成
　　图2为Industrial IT系统组态的界面，ACC系统的算法成为控制器的一个任务，它将随着其他程序一起下装到控制器之中，即ACC系统嵌入到了Industrial IT系统。

图2：Industrial IT系统组态界面
　　EO系统
　　EO系统是由ABB公司研发、广泛应用于工业窑炉控制及工业粉磨机控制的专家优化系统。EO系统包含了人工智能控制算法(AI)及基于模型的控制算法(MBC)，控制策略的组态使用模糊逻辑控制、神经元网络控制和模型预估控制等算法完成。EO系统可以明显提高生产效率，通过最佳的控制策略，保证生产的稳定性。
　　EO系统应用于干法水泥生产窑
　　EO系统的应用可以提高熟料的产量、提高熟料的质量、改善熟料的稳定性、减少废气、废料的排放量，同时降低 3- 7%的热能消耗。参见图3水泥生产窑工作示意图。

图3：水泥生产窑工作示意图
　EO系统从Industrial IT控制系统采集的变量包括：预热器氧含量、预热器温度、一氧化碳浓度、窑入口温度、窑出口温度、分解段温度和窑主传电机电流等。
　　EO系统完成计算后输出到Industrial IT系统的控制变量有：引风机速度、窑喂料量、窑转速和喷煤（ 油）量等。
　　EO系统的组态和调试
　　EO系统一般是由工艺工程师进行控制策略的组态，EO提供的组态界面是图形化界面，不是传统的基于文本的环境，使工艺工程师能够迅速掌握组态方法。EO系统的调试一般需要两次完成，第一次调试在系统完成安装之后就可以开始，通常需要5周时间。第二次调试在熟料生产3个月以后就可以开始，通常需要5周时间完成控制策略的精确调试。EO系统也可以应用在没有采用优化控制的旧生产线上。
　　Industrial IT控制系统具有良好的接口能力，可以方便地与各种专家优化系统集成为一体，并且有多种集成方法，在Industrial IT控制系统的基础上实现优化控制的项目不断出现。在大中型控制系统中，选择“DCS系统＋专家优化系统”控制模式的比例逐年上升。专家优化系统的作用将逐渐显现出来，必将被越来越多的企业决策者选用。
　　CS控制系统实现了全厂范围的自动化控制，几乎所有的企业决策者都能够主动选择一套DCS系统控制其生产线，而专家优化系统并不被企业决策者所重视，但随着专家优化系统的不断引入，其作用将逐渐显现出来。
　　从控制功能上看，DCS系统解决了常规对象的控制问题，而对于复杂的被控对象，其不确定性、非线性以及非精确性对于DCS控制系统和对生产工艺及设备知之不多的自动化工程师是一个难题，而专家优化系统可以解决这一问题。专家优化系统是由生产工艺专家、生产设备专家和自动化控制专家共同研发的，是融入了专家经验和现代控制技术的智能系统，专家优化控制系统包括专家控制、多模式控制和自校正PID控制等工作方式。
　　Industrial IT控制系统
　　Industrial IT是ABB公司的控制系统，它使工业技术和信息技术相结合，构建了以属性目标平台为基础的、开放的应用系统。Industrial IT不仅提供控制功能,而且是贯穿企业生产、管理、决策等行为的工作平台。
　　Industrial IT的系统结构参见Industrial IT系统结构图（见图1)。
　　根据专家优化系统对Industrial IT系统硬件要求的不同，专家优化系统可以完全集成到Industrial IT系统的硬件之中，把优化程序集成到控制器中，利用工程师站及操作员站进行组态、调试和操作；专家优化系统也可以独立配置一套SERVER/CLIENT结构，增加一个Application Server作为专家优化系统的服务器，增加几台Workplace作为专家优化系统的工作站。ACC系统和EO系统是两套应用于不同过程控制的专家优化系统，ACC系统完全集成到Industrial IT控制系统之中进行工作；EO系统独立配置一套SERVER/CLIENT硬件结构。
　　自动燃烧控制系统（ACC）
　　自动燃烧控制系统（ACC）是由TAKUMA公司为炉排式垃圾燃烧炉的控制而研制的燃烧优化控制系统，其目的是保持燃烧稳定、高效利用能源。自动燃烧控制系统（ACC）的主要任务是获得稳定的蒸汽量，同时，严格控制废气中的氧含量，需要同时调节一次风量、二次风量、喂料速度和炉排速度。
　　自动燃烧控制系统（ACC）由蒸汽流量控制子系