CN102374519B - 蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定 - Google Patents

蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定 Download PDF

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    • F22G5/00Controlling superheat temperature
    • F22G5/12Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays

Abstract

本发明描述了蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定。本发明涉及一种控制产生蒸汽的锅炉系统的方法,包括动态地整定干扰量(DV)的变化率以控制锅炉系统的一部分的操作,特别地,控制输出给涡轮的蒸汽的温度。基于在例如输出蒸汽温度的输出参数的实际水平和期望水平之间的误差或差的幅度,动态地整定干扰量的变化率。在一个实施例中,当误差的幅度增加时,根据函数f(x)增加干扰量的变化率。动态矩阵控制块采用经动态整定的干扰量变化率的、输出参数的当前水平、以及输出参数设定点作为输入,以生成用于控制现场设备的控制信号,所述现场设备至少部分地影响输出参数水平。

Description

蒸汽温度的动态矩阵控制的动态整定
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2010年8月16日提交的名为“使用动态矩阵控制的蒸汽温度控制”的美国专利申请12/856,998的继续申请,在此通过引用明确包含该申请的内容。
技术领域
[0003] 本专利大体上涉及锅炉系统的控制,更具体地,涉及使用动态矩阵控制来控制和优化产生蒸汽的锅炉系统。
背景技术
[0004] 各种工业和非工业应用使用燃料燃烧锅炉,其通常通过燃烧各种燃料中的一种来运行,诸如煤、天然气、石油、废料等,以将化学能转化成热能。燃料燃烧锅炉的一个示例性使用是在火电发电厂中,其中燃料燃烧锅炉由通过锅炉内的多个管道和通道的水产生蒸汽,并且随后所产生的蒸汽被用于运行一个或多个蒸汽涡轮来产生电能。火电发电厂的输出是在锅炉中产生的热量的量的函数,其中例如由每小时消耗的燃料的量(例如,燃烧的)直接确定热量的量。
[0005] 在许多情况下,发电系统包括锅炉,其具有熔炉,该熔炉燃烧或使用燃料来产生热量,其转而被传递至流过锅炉的各部分内的管道或通道的水。典型的产生蒸汽的系统包括具有过热器部分(具有一个或多个子部分)的锅炉,其中蒸汽被产生并且随后被提供至第一蒸汽涡轮,通常是高压蒸汽涡轮,并且在其中被使用。为了增加系统的效率,离开该第一蒸汽涡轮的蒸汽可以随后在锅炉的再热器部分中被再加热,该再热器部分可以包括一个或多个子部分,并且经再热的蒸汽随后被提供至第二蒸汽涡轮,通常是低压蒸汽涡轮。虽然热电厂的效率非常依赖于用于燃烧燃料并且将热量传递给在锅炉的各部分内流动的水的特别的熔炉/锅炉组合的传热效率,但是该效率还依赖于用于控制锅炉的各部分、诸如锅炉的过热器部分和锅炉的再热器部分中的蒸汽的温度的控制技术。
[0006] 然而,将会理解,发电站的蒸汽涡轮通常在不同的时间以不同的运行水平运行,以基于能量或负载需求来产生不同量的电能。对于大多数使用蒸汽锅炉的发电站而言,在锅炉的最后的过热器和再热器出口处的所期望的蒸汽温度设定点保持恒定,并且在所有的负载水平下维持蒸汽温度接近于设定点(例如,在较小的范围内)是必需的。特别地,在设施(例如,发电厂)锅炉的运行中,蒸汽温度的控制是关键的,因为重要的是使离开锅炉和进入蒸汽涡轮的蒸汽的温度处于最优的所期望的温度。如果蒸汽温度过高,则蒸汽可以因为各种冶金原因而引起蒸汽涡轮的叶片的损坏。另一方面,如果蒸汽温度过低,则蒸汽可以包含水质点,其转而可以随着延长的蒸汽涡轮的运行而引起对蒸汽涡轮的部件的损坏以及降低涡轮的运行的效率。此外,蒸汽温度的变化还引起金属材料疲劳,其是管道泄漏的主要原因。
[0007] 典型地,锅炉的每个部分(即,过热器部分和再热器部分)包含级联的热交换器部分,其中离开一个热交换器部分的蒸汽进入紧接着的热交换器部分,蒸汽的温度在每个热交换器部分增加,直至理想地,蒸汽以所期望的蒸汽温度输出至涡轮。在这样的安排中,主要通过控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度来控制蒸汽温度,主要通过改变提供至熔炉的燃料/空气混合或通过改变提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与输入给水比例来实现控制在锅炉的第一阶的输出处的水的温度。在不使用锅筒的直流锅炉系统中,可以主要使用输入至系统的加热速度与给水比例来调节在涡轮的输入处的蒸汽温度。
[0008] 虽然改变燃料/空气比例和提供至熔炉/锅炉组合的加热速度与给水比例会较好地运行来实现长时间的蒸汽温度的所期望的控制,但是仅使用燃料/空气混合控制和加热速度与给水比例控制来控制在锅炉的各部分处的蒸汽温度中的短时起伏是困难的。替代地,为了施行蒸汽温度的短时(和辅助)控制,在位于紧接着涡轮的上游的最后的热交换器部分之前的点,将饱和水喷入蒸汽。该辅助蒸汽温度控制操作通常在锅炉的最后的过热器部分和/或锅炉的最后的再热器部分之前进行。为了实现该操作,沿着蒸汽流动路径和在热交换器部分之间提供温度传感器,来沿着流动路径在关键点处测量蒸汽温度,并且所测量的温度被用于调节出于蒸汽温度控制目的而被喷入蒸汽的饱和水的量。
[0009] 在许多情况下,需要非常依赖于喷雾技术,以将蒸汽温度控制得如所需的那样精确,来满足上述的涡轮温度约束。在一个例子中,直流涡轮系统提供通过锅炉内的一组管道的连续水(蒸汽)流,并且不使用锅筒来实质上平均离开第一锅炉部分的蒸汽或水的温度,直流涡轮系统可能经历蒸汽温度中的更大的起伏,并且因此通常需要大量地使用喷雾部分来控制在至涡轮的输入处的蒸汽温度。在这些系统中,通常结合过热器喷雾流来使用加热速度与供水比例以调节熔炉/锅炉系统。在这些和其他锅炉系统中,分布式控制系统(distributed control system,DCS)使用级联的 PID (Proport1nal IntegralDerivat1n,比例积分微分)控制器来控制提供至恪炉的燃料/空气混合以及施行在祸轮的上游的喷雾的量。
[0010] 然而,级联的PID控制器通常以保守(react1nary)的方式对待控制的、应变的过程变量,诸如将被输送至涡轮的蒸汽的温度,在设定点和实际值或水平之间的差或误差作出响应。即,控制响应发生在应变的过程变量已经偏离其设定点之后。例如,仅在被输送至涡轮的蒸汽的温度已经偏离其所期望的目标之后,控制是涡轮的上游的喷雾阀,来重新调节其喷雾流。不必说,与变化的锅炉运行条件有关的该的控制响应能够导致较大的温度偏差,其引起在锅炉系统上的应力,并且缩短了管道、喷雾控制阀和系统的其他部件的寿命。
发明内容
[0011] 产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制的方法的一个实施例包括确定相应于输出蒸汽温度的误差的存在,其中输出蒸汽由所述产生蒸汽的锅炉系统产生以用于输送至涡轮。该方法还包括基于所述误差调整指示所述产生蒸汽的锅炉系统中使用的干扰量的变化率的信号,以及由动态矩阵控制器基于经调整的指示所述干扰量的变化率的信号生成控制信号。该方法还进一步包括基于所述控制信号控制所述输出蒸汽的温度。
[0012] 用于产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制器单元的一个实施例包括动态整定控制器单元,其通信地耦合至现场设备和产生蒸汽的锅炉系统的锅炉。所述动态整定控制器单元包括:动态矩阵控制器(DMC),其包括第一 DMC输入,用于接收指示所述产生蒸汽的锅炉系统的干扰量变化率的信号;第二 DMC输入,用于接收相应于误差的信号,所述误差相应于由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的输出蒸汽的温度;以及动态矩阵控制例程。所述动态矩阵控制例程被设置为,当被执行时,基于所述相应于所述误差的信号调整所述指示干扰量变化率的信号,并且用经调整的指示干扰量变化率的信号确定控制信号。DMC还进一步包括DMC输出,以将所述控制信号提供至现场设备,以控制所述输出蒸汽温度。
[0013] 产生蒸汽的锅炉系统的一个实施例包括锅炉、现场设备、控制器,其被通信地耦合至所述锅炉和所述现场设备,以及动态整定控制系统。该动态整定控制系统被通信地连接至所述控制器以接收指示干扰量变化率的信号。所述动态整定控制系统包括例程,该例程当被执行时,基于在所述锅炉的输出参数的设定点和水平之间的差的幅度更改所述指示干扰量变化率的信号;基于所述经更改的指示干扰量变化率的信号来产生控制信号;并将所述控制信号提供至所述现场设备来控制所述锅炉的输出参数的水平。
附图说明
[0014]图1示出了用于典型的一组蒸汽驱动的涡轮的典型的锅炉蒸汽循环的框图,该锅炉蒸汽循环具有过热器部分和再热器部分;
[0015] 图2示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的过热器部分的现有技术方式的示意图;
[0016] 图3示出了控制用于诸如图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的再热器部分的现有技术方式的示意图;
[0017] 图4示出了以有助于优化系统的效率的方式来控制图1的蒸汽驱动的涡轮的锅炉蒸汽循环的方式的示意图;
[0018] 图5A示出了图4的改变率确定器的一个实施例;以及
[0019] 图5B示出了图4的误差检测单元的一个实施例;
[0020] 图5C示出了包含在图5B的函数块中的函数f (X)的例子;
[0021] 图示出了控制图1的蒸汽驱动涡轮的锅炉蒸汽循环的方式的示意图,该方式包括防止饱和蒸汽进入产生蒸汽的锅炉系统的过热器部分;
[0022] 图5E示出了图的防止块的一个实施例。
[0023] 图5F示出了包含在图5E的模糊器内的函数g(X)的例子;
[0024] 图6示出了控制产生蒸汽的锅炉系统的示例性方法;
[0025] 图7示出了产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制的示例性方法;
[0026] 图8示出了防止饱和蒸汽进入产生蒸汽的锅炉系统的过热器部分的示例性方法。
具体实施方式
[0027] 尽管下文提出了本发明的许多不同实施方式的详细描述,但是应当理解,本发明的法定保护范围由本专利申请最后所提出的权利要求的文字限定。详细描述仅作为示例而加以解释,并未描述本发明的每个可能的实施方式,因为描述每个可能的实施方式是不切实际的,即使并非不可能。可通过使用现有技术或在本专利提交之后发明的技术来实现许多替代的实施方式,其仍将落入限定本发明的权利要求的保护范围中。
[0028] 图1示出了用于可以被用于例如热电厂的典型的锅炉100的直流锅炉蒸汽循环的框图。锅炉100可以包括诸如过热蒸汽、再热蒸汽等的各种形式的蒸汽或水流经过的各种部分。虽然在图1中示出的锅炉100具有水平地放置的各种锅炉部分,但是在实际的实施方式中,该些部分中的一个或多个可以互相垂直地放置,尤其因为加热在诸如水冷壁吸收部分的各种不同的锅炉部分中的蒸汽的排烟垂直上升(或,螺旋地上升)。
[0029] 在任何情况下,如图1中所示,锅炉100包括熔炉和主水冷壁吸收部分102、主过热器吸收部分104、过热器吸收部分106和再热器部分108。附加地,锅炉100可以包括一个或多个过热冷却器或喷雾部分110和112以及均衡器114。在运行期间,由锅炉100产生的主蒸汽和过热器部分106的输出被用于驱动高压(HP)涡轮116,并且来自于再热器部分108的热的再热蒸汽被用于驱动中间压(IP)涡轮118。通常,锅炉110还可以被用于驱动低压(LP)涡轮,其在图1中未示出。
[0030] 主要负责产生蒸汽的水冷壁吸收部分102,包括多个管道,来自均衡器部分114的水或蒸汽经过该些管道在熔炉中被加热。当然,至水冷壁吸收部分102的供水可以被泵送通过均衡器部分114,并且这些水当其在水冷壁吸收部分102中时吸收大量热量。在水冷壁吸收部分102的输出处提供的蒸汽或水被供给至主过热器吸收部分104,并且随后被供给至过热器吸收部分106,其一起将蒸汽温度提高到很高的水平。来自过热器吸收部分106的主蒸汽输出驱动高压涡轮116以产生电能。
[0031] 一旦主蒸汽驱动高压涡轮116,蒸汽被路由至再热器吸收部分108,并且由再热器吸收部分108输出的热的再热蒸汽被用于驱动中间压涡轮118。喷雾部分110和112可以被用于将在涡轮116和118输入处的最终蒸汽温度控制在所期望的设定点。最后,来自中间压涡轮118的蒸汽可以通过低压涡轮系统(在此未示出),被供给至蒸汽冷凝器(在此未示出),在此,蒸汽被冷凝至液体形式,并且循环再次以各种锅炉供给泵泵送供水通过供水加热器串的级联为开始,以及随后通过均衡器以用于下一循环。均衡器部分114位于离开锅炉的热排气流中,并且在供水进入水冷壁吸收部分102之前使用热气来将附加的热传递给供水。
[0032] 如图1中所示,控制器或控制器单元120被通信地耦合至水冷壁吸收部分102内的熔炉,并且被通信地耦合至阀122和124,其控制被提供至喷雾部分110和112中的喷雾器的水量。控制器120还被耦合至各种传感器,包括位于水冷壁部分102、过热冷却器部分110、和过热冷却器部分112的输出处的中间温度传感器126A ;位于第二过热器部分106和再热器部分108处的输出温度传感器126B ;以及在阀122和124的输出处的流量传感器127。控制器120还接收其他输入,包括加热速度、指示发电站的实际或所期望的负载的负载信号(通常被称为前馈信号)和/或是发电站的实际或所期望的负载的微分的负载信号(通常被称为前馈信号),以及指示包括例如阻尼器设置、燃烧器摆动位置(burner tiltposit1n)等的锅炉的设置或特征的信号。控制器120可以产生并且发送其他控制信号至系统的各种锅炉和熔炉部分,并且可以接收其他测量值,例如阀位置、所测量的喷雾流、其他温度测量值等。虽然在图1中没有具体地示出,但是控制器或控制器单元120可以包括分离的部分、例程和/或控制设备,以用于控制锅炉系统的过热器和再热器部分。
[0033] 图2是示出了图1的锅炉系统100的各种部分的并且示出了在当前现有技术中在锅炉中施行控制的通常方式的示意图128。特别地,示意图128示出了图1的均衡器114、主熔炉或水冷壁部分102、第一过热器部分104、第二过热器部分106和喷雾部分110。在该情况中,被提供至过热器喷雾部分110的喷雾水从供给线路被分流至均衡器114。图2还示出了两个基于-PID的控制回路130和132,其可以由图1的控制器120或其他DCS控制器实现,以控制熔炉102的燃料和供水运行,来影响由锅炉系统输送至涡轮的输出蒸汽温度151。
[0034] 特别地,控制回路130包括第一控制块140,其以比例-积分-微分(PID)控制块的形式被示出,其使用以相应于用于控制锅炉系统100的一部分或与其相关联的控制变量或受控变量131A的所期望的或最优的值的因素或信号的形式的设定点131A作为主输入。所期望的值131A可以相应于,例如所期望的过热器喷雾设定点或最优燃烧器摆动位置。在其他情况中,所期望的或最优的值131A可以相应于锅炉系统100内的阻尼器的阻尼器位置、喷雾阀的位置、喷雾的量、用于控制锅炉系统100的该部分或与其相关联的一些其他控制变量、受控变量或干扰量或它们的组合。一般地,设定点131A可以相应于锅炉系统100的控制变量或受控变量,并且可以通常由用户或操作员设置。
[0035] 控制块140将设定点131A与当前用于产生所期望的输出值的实际控制变量或受控变量131B的测量值比较。为了清楚起见,图2示出了在控制块140处的设定点131A相应于所期望的过热器喷雾的实施例。控制块140将过热器喷雾设定点与当前正被用于产生所期望的水冷壁出口温度设定点的实际过热器喷雾量(例如,过热器喷雾流)的测量值比较。水冷壁输出温度设定点指示使用由所期望的过热器喷雾设定点指定的喷雾流的量来控制在第二过热器106的输出(标记151)处的温度处于所期望的涡轮输入温度所需的所期望的水冷壁出口的温度。该水冷壁输出温度设定点被提供至第二控制块142 (也被示出为PID控制块),其将水冷壁输出温度设定点与指示所测量的水冷壁蒸汽温度的信号比较,并且运行以产生供应控制信号。随后,该供应控制信号例如,基于加热速度(其指示或基于能量需求)在乘法器块144中被缩放。乘法器块144的输出作为控制输入被提供至燃料/供水电路146,其运行以控制熔炉/锅炉组合的加热速度与供水比例或控制被提供至主熔炉部分102的燃料与空气混合。
[0036] 由控制回路132控制过热器喷雾部分110的运行。控制回路132包括控制块150 (以PID控制块的形式被示出),其将用于在至涡轮116的输入处的蒸汽的温度的温度设定点(通常基于涡轮116的特征而固定或紧密地设置)与在涡轮116的输入(标记151)处的蒸汽的实际温度的测量值比较,来基于两者之间的差产生输出控制信号。控制块150的输出被提供至加法器块152,其将来自控制块150的控制信号加至由块154得出的前馈信号,该前馈信号作为例如相应于由涡轮116产生的实际或所期望的负载的负载信号的微分。加法器152的输出随后被作为设定点提供至另一个控制块156 (再次被示出为PID控制块),该设定点指示在至第二过热器部分106的输入(标记158)处的所期望的温度。控制块156将来自块152的设定点与在过热器喷雾部分110的输出处的蒸汽温度158的中间测量值比较,并且基于两者之间的差来产生控制信号,以控制阀122,其控制被提供在过热器喷雾部分HO中的喷雾的量。如在此所使用的,在测量期望被控制的应变的过程变量的位置的上游的位置确定“中间”测量值或控制变量或受控变量的值。例如,如图2所示,在测量输出蒸汽温度151的位置的上游的位置确定“中间”蒸汽温度158(例如,在比输出蒸汽温度151更远离涡轮116的位置确定“中间蒸汽温度”或“中间蒸汽的温度” 158)。
[0037] 因此,由图2的基于-PID的控制回路130和132可见,熔炉102的运行被直接作为所期望的过热器喷雾131A、中间温度测量值158以及输出蒸汽温度151的函数而控制。特别地,控制回路132通过控制过热器喷雾部分110的运行来运行以将在涡轮116的输入(标记151)处的蒸汽的温度保持在设定点,并且控制回路130控制被提供至熔炉102并且在熔炉102内燃烧的燃料的运行,以将过热器喷雾保持在预定的设定点(以由此尝试将过热器喷雾运行或喷雾量保持在“最优”水平)。
[0038] 当然,虽然所述的实施例使用过热器喷雾流量作为至控制回路130的输入,但是还可以使用一个或多个其他控制相关的信号或因素,或在其他情形中该些信号或因素可以被用作至控制回路130的输入,以得出一个或多个输出控制信号来控制锅炉/熔炉的运行,并且由此提供蒸汽温度控制。例如,控制块140可以将实际的燃烧器摆动位置与最优的燃烧器摆动位置比较,最优的燃烧器摆动位置可以从离线单元表征得出(尤其对于由Combust1n Engineering制造的锅炉系统)或从分离的在线优化程序或其它源得出。在另一具有不同的锅炉设计配置的例子中,如果一个或多个排烟旁通阻尼器被用于主再热器蒸汽温度控制,则可以以指示所期望的(或最优的)和实际的阻尼器位置或与其相关的信号来替代或补充控制回路130中的指示所期望的(或最优的)和实际的燃烧器摆动位置的信号。
[0039] 附加地,虽然图2的控制回路130被示出为产生控制信号,以控制被提供至熔炉102的燃料的燃料/空气混合,但是控制回路130可以产生其他种类或类型的控制信号,来控制熔炉的运行,诸如被用于将燃料和供水提供至熔炉/锅炉组合的燃料与供水比例、用于或被提供至熔炉的燃料的总量或量或类型等。更进一步地,控制块140可以使用干扰量作为其输入,即使该干扰量本身不被用于直接控制应变量(在上述实施例中,所期望的输出蒸汽温度151)。
[0040] 此外,由图2的控制回路130和132所见,在控制回路130和132中对熔炉的运行的控制是保守的。即,仅当检测到设定点与实际值之间的差之后,控制回路130和132(或其的部分)响应以开始改变。例如,仅当控制块150检测到输出蒸汽温度151与所期望的设定点之间的差之后,控制块150产生至加法器152的控制信号,并且仅当控制块140检测到干扰量或受控变量的所期望的值与实际的值的差之后,控制块140产生相应于水冷壁出口温度设定点的控制信号至控制块142。该保守控制响应能够导致较大的输出偏差,其引起在锅炉系统上的应力,由此减少了管道、喷雾控制阀和系统的其他部件的寿命,并且特别当该保守控制与变化的锅炉运行条件耦合时。
[0041] 图3示出了用于蒸汽锅炉发电系统的再热器部分108的典型的(现有技术的)控制回路160,其可以例如由图1的控制器或控制单元120实现。在此,控制块161可以运行在相应于用于控制锅炉系统100或与其相关联的控制变量或受控变量162的实际值的信号上。为了清楚起见,图3示出了控制回路160的一个实施例,其中输入162相应于蒸汽流(其通常由负载需求所确定)。控制块161产生与蒸汽流有关的、输入至涡轮118的蒸汽的温度的温度设定点。控制块164(被示出为PID控制块)将该温度设定点与在再热器部分108的输出处的实际蒸汽温度163的测量值比较,以产生由在两个温度之间的差导致的控制信号。块166随后将该控制信号与蒸汽流的测量值相加,并且块166的输出被提供至喷雾设定点单元或块168以及被提供至平衡器单元170。
[0042] 平衡器单元170包括平衡器172,其提供控制信号至过热器阻尼器控制单元174以及至再热器阻尼器控制单元176,其运行以在锅炉的各种过热器部分和再热器部分中控制排烟阻尼器。如将要理解的,排烟阻尼器控制单元174和176更改或改变阻尼器设定,来控制来自熔炉的排烟量,该排烟量被引至锅炉的过热器和再热器部分中的每个。因此,控制单元174和176由此控制或平衡被提供至锅炉的每个过热器和再热器部分的能量的量。因此,平衡器单元170是被提供在再热器部分108上的主控制,以控制熔炉102内产生的能量或热量的量,其被用于图1的锅炉系统的再热器部分108的运行。当然,由平衡器单元170提供的阻尼器的运行对提供至再热器部分108和过热器部分104和106的能量或热量的比率或相对量进行控制,因为将更多的排烟引至一个部分通常减少了被提供至其他部分的排烟的量。更进一步地,虽然平衡器单元170在图3中被示为施行阻尼器控制,但是平衡器170还能够使用锅炉燃烧器摆动位置来提供控制,或在一些情况下,使用以上两者来进行控制。
[0043] 由于蒸汽温度中的暂时或短时起伏,以及平衡器单元170的运行与过热器部分104和106以及再热器部分108的运行是相配合的,所以平衡器单元170可能不能够提供在再热器部分108的出口处的蒸汽温度163的完全控制,以确保在该位置161处获得所期望的蒸汽温度。因此,由再热器喷雾部分112的运行提供在涡轮118的输入处的蒸汽温度163的辅助控制。
[0044] 特别地,由喷雾设定点单元168和控制块180的运行提供再热器喷雾部分112的控制。在此,喷雾设定点单元168以熟知的方式,将平衡器单元170的运行考虑在内,基于多个因素来确定再热器喷雾设定点。然而,通常,喷雾设定点单元168被配置为仅当平衡器单元170的运行不能够提供足够或适当的对在涡轮118的输入处的蒸汽温度161的控制时,运行再热器喷雾部分112。在任何情况下,再热器喷雾设定点被提供给控制块180(再次被示出为PID控制块)作为设定点,控制块180将该设定点与在再热器部分108的输出处的实际的蒸汽温度161的测量值比较,并且基于两个信号之间的差产生控制信号,并且该控制信号被用于控制再热器喷雾阀124。如所知的,随后再热器喷雾阀124运行以提供所控制的再热器喷雾的量,来施行在再热器108的输出处的蒸汽温度的进一步的或附加的控制。
[0045] 在一些实施例中,可以使用与图2中所述的类似的控制方案来施行再热器喷雾部分112的控制。例如,将再热器部分变量162用作至图3的控制回路160的输入并不限于在特别的例子中的、用于实际控制再热器部分的受控变量。因此,将实际不用于控制再热器部分108的再热器受控变量162用作至控制回路160的输入,或将锅炉系统100的一些其他控制变量或干扰量用作至控制回路160的输入是可能的。
[0046] 类似于图2的基于-PID的控制回路130和132,基于-PID的控制回路160也是保守的。即,仅当检查到设定点与实际值之间的所检测的差或误差之后,基于-PID的控制回路160(或其部分)响应以开始改变。例如,仅当控制块164检测到再热器输出蒸汽温度163与由控制块161产生的所期望的设定点之间的差之后,控制块164产生至加法器166的控制信号,并且仅当控制块180检测到再热器输出温度163与在块168处确定的设定点之间的差之后,控制块180产生至喷雾阀124的控制信号。与变化的锅炉运行条件有关的该保守的控制响应能够引起较大的输出偏差,其可以缩短管道、喷雾控制阀、以及系统的其他部件的寿命。
[0047] 图4示出了用于控制产生蒸汽的锅炉系统100的控制系统或控制方案200的一个实施例。控制系统200可以控制锅炉系统100的至少一部分,诸如控制变量或锅炉系统100的其他应变的过程变量。在图4中示出的例子中,控制系统200控制从锅炉系统100输送至涡轮116的输出蒸汽202的温度,但在其他实施例中,控制方案200可以附加地或替代地控制锅炉系统100的另一部分(例如,诸如进入第二过热器部分106的蒸汽的温度的中间部分、或系统输出、输出参数、或诸如在涡轮118处的输出蒸汽的压强的输出控制变量)。在一些实施例中,多个控制方案200可控制不同的输出参数。
[0048] 控制系统或控制方案200可以在锅炉系统100的控制器或控制器单元120中施行或可以与锅炉系统100的控制器或控制器单元120通信地耦合。例如,在一些实施例中,控制系统或控制方案200的至少一部分可以被包括在控制器120中。在一些实施例中,整个控制系统或控制方案200可以被包括在控制器120中。
[0049] 当然,图4的控制系统200可以替代图2的基于-PID的控制回路130和132。然而,不同于类似控制回路130和132的保守(例如,其中,直至在期望被控制的锅炉系统100的部分与相应的设定点之间检测到差或误差之后,控制调节才开始),控制方案200本质上至少部分地前馈,以便在检测到在锅炉系统100的部分处的差或误差之前,开始控制调节。具体地,控制系统或方案200可以基于一个或多个干扰量的变化率,该一个或多个干扰量影响期望被控制的锅炉系统100的部分。动态矩阵控制(dynamic matrix control,DMC)块可以接收在输入处的一个或多个干扰量的变化率,并且可以基于该变化率引起过程在最优点运行。此外,当变化率本身变化时,该DMC块可以随时间连续地优化过程。因此,当DMC块连续地估计最佳响应,并且基于当前输入预测地优化或调节过程时,该动态矩阵控制块本质上前馈的或预测的,并且能够控制过程更紧密地围绕其设定点。因此,采用基于-DMC的控制方案200,过程部件不受温度或其他这样的因素的较宽的偏差。与之相反,基于PID的控制系统或方案根本不能够预测或估计最优化,因为基于PID的控制系统或方案需要作为结果的受控变量的测量值或误差实际上发生,来确定任何过程调节。因此,基于PID的控制系统或方案比控制系统或方案200相对于所期望的设定点的振荡更大,并且在基于PID的控制系统中的过程部件通常由于这些极端而较早地失灵。
[0050] 与图2的基于PID的控制回路130和132进一步地相比,基于DMC的控制系统或方案200不需要接收相应于期望被控制的锅炉系统100的部分的任何中间或上游值,诸如在喷雾阀122之后并且在第二过热器部分106之前确定的中间蒸汽温度158,作为输入。而且,因为基于DMC的控制系统或方案200是至少部分地预测的,所以基于DMC的控制系统或方案200不像基于PID的方案那样样需要中间“检测点”来试图优化过程。下文将更详细地描述控制系统200的这些不同和详情。
[0051] 特别地,控制系统或方案200包括变化率确定器205,其接收相应于控制方案200的实际的干扰量的测量值的信号,该干扰量当前影响锅炉系统100的所期望的运行或控制方案200的控制或应变的过程变量202的所期望的输出值,类似于在图2的控制块140处接收的控制或受控变量131B的测量值。在图4中示出的实施例中,锅炉系统100的所期望的运行或控制方案200的受控变量是输出蒸汽温度202,并且在变化率确定器205处输入至控制方案200的干扰量是被输送至熔炉102的燃料与空气比例208。然而,至变化率确定器205的输入可以是任何干扰量。例如,控制方案200的干扰量可以是用于锅炉系统100而不是控制方案200的、一些其他的控制回路的受控变量,诸如阻尼器位置。控制方案200的干扰量可以是用于锅炉系统100而不是控制方案200的、一些其他的控制回路的控制变量,诸如图1的中间温度126B。输入至变化率确定器205的干扰量可以同时被视为另一特定控制回路的控制变量、以及锅炉系统100中的又一控制回路的受控变量,诸如燃料与空气比例。干扰量可以是另一控制回路的一些其他的干扰量,诸如环境空气压强或一些其他过程输入变量。可以结合基于DMC的控制系统或方案200使用的可能的干扰量的例子包括,但不限于,熔炉燃烧器摆动位置;蒸汽流量;吹灰的量;阻尼器位置;功率设定;熔炉的燃料与空气混合比例;熔炉的加热速度;喷雾流;水冷壁蒸汽温度;相应于涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号;流温度;燃料与供水比例;输出蒸汽的实际温度;燃料量;燃料类型;或其他一些受控变量、控制变量或干扰量。在一些实施例中,干扰量可以是一个或多个控制变量、受控变量和/或干扰量的组合。
[0052] 此外,虽然示出为在变化率确定器205处仅接收一个相应于控制系统或方案200的干扰量的测量值的一个信号,但是,在一些实施例中,变化率确定器205可以接收一个或多个相应于控制系统或方案200的一个或多个干扰量的信号。然而,与图2的标记131A相反,变化率确定器205不需要接收相应于例如图4中的所测量的干扰量的设定点或所期望的/最优的值,不需要接收用于燃料与空气比例208的设定点。
[0053] 变化率确定器205被配置为确定干扰量输入208的变化率,并且产生相应于输入208的变化率的信号210。图5A示出了变化率确定器205的一个例子。在该例子中,变化率确定器205包括至少两个超前滞后块214和216,每个超前滞后块将时间超前或时间滞后的量加至所接收的输入208。使用两个超前滞后块214和216的输出,变化率确定器205确定在两个不同时间点的、信号208的两个测量值之间的差,并且因此,确定信号208的变化率或斜率。
[0054] 特别地,可以在可以加上时间延迟的第一超前滞后块214的输入处接收相应于干扰量的测量值的信号208。由第一超前之后块214产生的输出可以在差分块218的第一输入处被接收。第一超前滞后块214的输出还可以在第二超前滞后块216的输入处被接收,块216可以加上与第一超前滞后块214所加的时间延迟相同或不同的附加的时间延迟。第二超前滞后块216的输出可以在差分块218的第二输入处被接收。差分块218可以确定超前滞后块214与216的输出之间的差,并且,通过使用超前滞后块214、216的时间延迟,可以确定干扰量208的变化率或斜率。差分块218可以产生相应于干扰量208的变化率的信号210。在一些实施例中,超前滞后块214、216中的一个或两个可以被调节,以改变其各自的时间延迟。例如,对于随时间变化缓慢变化的干扰输入208,可以增加在一个或两个超前滞后块214、216处的时间延迟。在一些例子中,变化率确定器205可以收集信号208的多于两个的测量值,以便更精确地计算变化率或斜率。当然,图5A仅是图4的变化率确定器205的一个例子,其他的例子也是可能的。
[0055] 回到图4,相应于干扰量的变化率的信号210被增益块或增益调节器220接收,该增益块或增益调节器220将增益引入信号210。增益可以是放大的或增益可以是缩小的。可以手动地或自动地选择由增益块220引入的增益的量。在一些实施例中,可以省略增益块 220。
[0056] 相应于控制系统或方案200的干扰量的变化率的信号210 (包括由可选的增益块220引入的任何所期望的增益)可以在动态矩阵控制(DMC)块222处被接收。DMC块222还可以接收待控制的锅炉系统100的部分(例如,控制系统或方案200的控制或受控变量;在图4的例子中,蒸汽输出的温度202)的当前或实际值的测量值和相应的设定点203,作为输入。动态矩阵控制块222可以基于所接收的输入来施行模型预测控制,以产生控制输出信号。注意到与图2的基于-PID的控制回路130和132不同,DMC块222不需要接收相应于待控制的锅炉系统100的部分的中间测量值的任何信号。然而,如果需要,该些信号可以用作至DMC块222的输入,例如,当相应于中间测量值的信号被输入至变化率确定器205中,并且变化率确定器205产生相应于中间测量值的变化率的信号时。此外,虽然在图4中未示出,除了相应于变化率的信号210、相应于受控变量(例如,标记202)的实际值的信号、以及其设定点203之外,DMC块222还可以接收其他输入。例如,DMC块222可以接收除了相应于变化率的信号210之外的、相应于零个或更多个干扰量的信号。
[0057] 一般而言,由DMC块222施行的模型预测控制是多输入-单输出(multiple-1nput-single-output, MISO)控制策略,其中测量多个过程输入中的每个的变化在多个过程输出中的每个上的影响,并且该些所测量的响应随后被用于创建过程的模型。然而,在一些情况下,可以使用多输入-多输出控制(multiple-1nput-multiple-output,ΜΙΜΟ)策略。无论是 MISO 或 ΜΙΜ0,过程的模型被数学地倒转,并且随后被用于基于对过程输入所做的改变来控制一个或多个过程输出。在一些情况下,过程模型包括针对过程输入中的每个的过程输出响应曲线或由该些曲线得出,并且这些曲线可以基于一系列,例如,被传递至过程输入中的每个的伪随机步进变化而被创建。这些响应曲线能够用于以熟知的方式建模过程。模型预测控制在本领域中是已知的,并且因此,在此不详述模型预测控制的特征。然而,在Qin,S.Joe and Thomas A.Badgwell的 “An Overview of Industrial Model Predictive Control Technology,,,AIChEConference,1996中大体上描述了预测模型控制。
[0058] 此外,诸如MPC控制例程的先进控制例程的产生和使用可以被集成至用于产生蒸汽的锅炉系统的控制器的配置过程中。例如,在此清楚地引用Wojsznis等的第6,445,963号名为‘‘Integrated Advanced Control Blocks in Process Control Systems,,的美国专利的公开内容,其公开了当配置过程工厂时,使用从过程工厂收集的数据来产生诸如先进控制器(例如,MPC控制器或神经网络控制器)的先进控制块的方法。特别地,美国专利号6,445,963公开了配置系统,其以与其他使用诸如现场总线范例的、特定的控制范例的控制块的创建和下载集成的方式在过程控制系统内创建先进的多输入-多输出控制块。在该情况中,通过创建具有分别待连接至过程输出和输入的所期望的输入和输出的控制块(诸如,DMC块222)来初始化先进控制块,用于控制过程,诸如用于产生蒸汽的锅炉系统中的过程。控制块包括数据收集例程和与其相关联的波形发生器,并且可以具有控制逻辑,其是未整定的或未得到的,因为该逻辑缺少整定参数、矩形系数或需要被实现的其他控制参数。控制块被放置在过程控制系统内,已定义的输入和输出通信地耦合在控制系统内,耦合的方式是如果先进控制块正被用于控制过程,则连接该些输入和输出。接着,在测试程序期间,控制块使用由特定的用于得出过程模型的波形发生器产生的波形,经由控制块输出来系统地干扰过程输入中的每个。随后,经由控制块输入,控制块协调数据的收集,该些数据关于每个过程输出中对于被传递至每个过程输入的每个所产生的波形的响应。该数据可以,例如被发送至数据历史记录,以被存储。在对于过程输入/输出对中的每个已经收集了足够的数据之后,运行过程建模程序,其中使用例如,任何已知或所期望的模型产生或确定例程来根据所收集的数据产生一个或多个过程模型。作为该模型产生或确定例程的一部分,模型参数确定例程可以得出控制逻辑需要的、用于控制过程的模型参数,例如矩阵系数、死区时间、增益、时间约束等。模型产生例程或过程模型创建软件可以产生不同类型的模型,包括非参数模型,诸如有限冲击响应(finite impulse response,FIR)模型、和参数模型,诸如有源自回归(auto-regressive with external inputs,ARX)模型。控制逻辑参数以及,如果需要,过程模型被随后下载至控制块,以完成先进控制块的形成,以便先进控制块能与在其中的模型参数和/或过程模型一起能够用于在运行期间控制过程。当需要时,存储在控制块中的模型可以被重新确定、改变或更新。
[0059] 在由图4所示出的例子中,至动态矩阵控制块222的输入包括相应于控制方案200的一个或多个干扰量(诸如前述的干扰量中的一个或多个)的变化率的信号210、相应于受控输出202的实际值或水平的测量值的信号、以及相应于受控输出的所期望值的或最优值的设定点203。通常(但非必需),由产生蒸汽的锅炉系统100的用户或操作员确定设定点203。DMC块222可以使用动态矩阵控制例程以基于输入和所储存的模型(通常是参数模型,但是在一些情况下可以是非参数模型)来预测最优响应,并且DMC块222可以基于最优响应来产生用于控制现场设备的控制信号225。一旦接收到由DMC块222产生的信号225,现场设备可以基于从DMC块222接收的控制信号225来调节其运行,并且关于所期望的或最优值影响输出。以这种方式,在任何差或误差发生在输出值或水平之前,控制方案200可以前馈一个或多个干扰量的变化率210,并且可以提供提前的校正。此外,当一个或多个干扰量的变化率210变化时,DMC块222基于变化的输入210来预测随后的最优响应,并且产生相应的更新的控制信号225。
[0060] 在图4中特别地示出的例子中,至变化率确定器205的输入是正被输送至熔炉102的燃油与空气比例208,由控制方案200控制的产生蒸汽的锅炉系统100的部分是输出蒸汽温度202,以及控制方案200通过调节喷雾阀122来控制输出蒸汽温度202。因此,DMC块222的动态矩阵控制例程使用由变化率确定器205产生的、相应于燃料与空气比例208的变化率的信号210、相应于实际输出蒸汽温度202的测量值的信号、所期望的输出蒸汽温度或设定点203、以及参数模型来确定用于喷雾阀122的控制信号225。由DMC块222使用的参数模型可以识别输入值与喷雾阀122的控制之间的确切的关系(而不是如PID控制中的仅仅识别方向)。DMC块222产生控制信号225,并且一旦接收其,喷雾阀122基于控制信号225来调节喷雾流的量,因此朝着期望的温度影响输出蒸汽温度202。以这种前馈方式,控制系统200控制喷雾阀122,并且因此基于燃料与空气比例208的变化率来控制输出蒸汽温度202。如果燃料与空气比例208随后改变,则随后DMC块222可以使用更新的燃料与空气比例208、参数模型,并且在一些情况下,使用先前的输入值,以确定随后的最优响应。可以产生随后的控制信号225并且将其发送至喷雾阀122。
[0061] 由DMC块222产生的控制信号225可以由增益块或增益调节器228 (例如,加法器增益调节器)接收,在信号225被传递至现场设备122之前,该增益块或增益调节器228将增益引入至控制信号225。在一些情况下,增益可以是放大的。在一些情况下,增益可以是缩小的。可以手动地或自动地选择由增益块228引入的增益的量。在一些实施例中,可以省略增益块228。
[0062] 然而,就其本身而言,部分地由于通过系统的水和蒸汽的较大的量,产生蒸汽的锅炉系统通常较慢地响应来控制。为了有助于缩短响应时间,除了主动态矩阵控制块222之夕卜,控制方案200可以包括微分动态矩阵控制(DMC)块230。微分DMC块230可以使用所存储的模型(或是参数模型或是非参数模型)以及微分动态矩阵控制例程来确定增强的量,基于在微分DMC块230的输入处接收的干扰量的变化率或微分,通过该增强的量来放大或更改控制信号225。在一些情况中,控制信号225还可以基于干扰量的所期望的权重、和/或其变化率的所期望的权重。例如,特别的干扰量可以被较重地加权,以便对受控输出(例如,标记202)具有较大的影响。通常,当DMC块222和230每个接收不同组的输入以产生不同输出时,存储在微分DMC块230中的模型(例如,微分模型)可以不同于存储在主DMC块222 (例如,主模型)中的模型。微分DMC块230可以在其输出处产生增强信号或相应于增强的量的微分信号232。
[0063] 加法器块238可以接收由微分DMC块230产生的增强信号232 (包括由可选的增益块235引入的任何所期望的增益)以及由主DMC块222产生的控制信号225。加法器块238可以将控制信号225与增强信号232组合以产生加法器输出控制信号240来控制诸如喷雾阀122的现场设备。例如,加法器块238可以将两个输入信号225和232相加,或可以以一些其他方式通过增强信号232来放大控制信号225。加法器输出控制信号240可以被传递至现场设备来控制现场设备。在一些实施例中,通过增益块228,以诸如先前所述的用于增益块228的方式,可选的增益可以被引入加法器输出控制信号240。
[0064] —旦接收到加法器输出控制信号240,诸如喷雾阀122的现场设备可以被控制,以便锅炉系统100的响应时间短于当现场设备被控制信号225单独控制时的响应时间,以便将期望被控制的锅炉系统的部分更快地移动至所期望的运行值或水平。例如,如果干扰量的变化率较慢,则锅炉系统100能够给予更多的时间来对变化作出响应,并且微分DMC块230会产生相应于较低的增强的增强信号,其将与主DMC块230的控制输出组合。如果变化率较快,则锅炉系统100会必须更快地响应,并且微分DMC块230会产生相应于更大的增强的增强信号,其将与主DMC块230的控制输出组合。
[0065] 在图4所示出的例子中,微分DMC块230可以接收来自变化率确定器205的、相应于燃料与空气比例208的变化率的信号210,其包括由可选的增益块220引入的任何所期望的增益。基于信号210和存储在微分DMC块230中的参数模型,微分DMC块230可以(经由,例如,微分动态矩阵控制例程)确定将与由主DMC块222产生的控制信号225组合的增强的量,并且可以产生相应的增强信号232。由微分DMC块230产生的增强信号232可以由增益块或增益(例如,微分或增强增益调节器)235接收,增益块或增益235将增益引入增强信号232。增益可以是放大的或增益可以是缩小的,并且可以手动地或自动地选择由增益块235引入的增益的量。在一些实施例中,可以省略增益块235。
[0066] 虽然未示出,但是控制系统或方案200的各种实施例是可能的。例如,微分DMC块230、其相应的增益块235、以及加法器块238可以是可选的。特别地,在一些较快的响应系统中,可以省略微分DMC块230、增益块235以及加法器块238。在一些实施例中,可以省略增益块220、228和235中的一个或所有。在一些实施例中,单个变化率确定器205可以接收相应于多个干扰量的一个或多个信号,并且可以将相应于一个或多个变化率的单个信号210发送至主DMC块222。在一些实施例中,多个变化率确定器205可以各自接收相应于不同的干扰量的一个或多个信号,并且主DMC块222可以接收来自多个变化率确定器205的多个信号210。在包括多个变化率确定器205的实施例中,多个变化率确定器205中的每个可以与不同的相应的微分DMC块230连接,并且多个微分DMC块230可以分别提供其各自的增强信号232至加法器块238。在一些实施例中,多个变化率确定器205可以分别提供其各自的增强输出210至单个微分DMC块230。当然,控制系统200的其他实施例也是可能的。
[0067] 此外,因为产生蒸汽的锅炉系统100通常包括多个现场设备,控制系统或方案200的实施例可以支持多个现场设备。例如,不同的控制系统200可以相应于多个现场设备中的每个,以便每个不同的现场设备可以由不同的变化率确定器205、不同的主DMC块222以及不同的(可选的)微分DMC块230控制。即,控制系统200的多个实例可以被包括在锅炉系统100中,多个实例中的每个相应于不同的现场设备。在锅炉系统100的一些实施例中,控制方案200的至少一部分可以服务多个现场设备。例如,单个变化率确定器205可以服务诸如多个喷雾阀的多个现场设备。在示出的场景中,如果基于燃料与空气比例的变化率期望控制多于一个喷雾阀,则单个变化率确定器205可以产生相应于燃料与空气比例的变化率的信号210,并且可以将信号210输送至相应于不同的喷雾阀的不同的主DMC块222。在另一例子中,单个主DMC块222可以控制在锅炉系统100的部分或整个锅炉系统100中的所有喷雾阀。在其他例子中,单个微分DMC块230可以将增强信号232传递至多个主DMC块222,在其中,多个主DMC块222中的每个将其所产生的控制信号225提供至不同的现场设备。当然,用于控制多个现场设备的控制系统或方案200的其他实施例也是可能的。
[0068] 在一些实施例中,控制系统或方案200和/或控制器单元120可以动态地整定。例如,可以通过使用误差检测单元或块250来动态地整定控制系统或方案200和/或控制器单元120。特别地,误差检测单元可以检测输出参数的期望值203和输出参数的实际值202之间的误差或差异的存在。误差检测单元250可在第一输入处接收相应于输出参数202 (在这一例子中,是输出蒸汽的温度202)的信号。误差检测单元250在第二输入处可接收相应于输出参数202的设定点203的信号。误差检测单元250可确定在第一输入和第二输入处接收的信号之间的差的幅度,并将该指示差的幅度的信号252提供至主动态矩阵控制块222。
[0069] 主DMC块222可在第三输入处接收相应于干扰量的变化率的信号210。如上文所述,增益块220可更改或不更改相应于干扰量的变化率的信号210。DMC控制块222可基于由误差检测单元250生成的输出信号252 (例如基于在输出参数的实际值202和设定点203之间的差的幅度)调整相应于干扰量的变化率的信号210。在一些实施例中,如果误差检测单元250的输出信号252指示较大的差的幅度,这可能指示在输出参数202的实际值和输出参数202的期望值203之间有较大的误差或差异。相应地,DMC块222可以更积极地调整或整定相应于干扰量的变化率的信号210,以更快地改善该误差或差异,例如相应于干扰量的变化率的信号210可受更大幅度的调整。类似地,如果误差检测单元250的输出信号252指示较小的差或误差的幅度,DMC控制块222可较不积极地调整或整定相应于干扰量的变化率的信号210,例如,相应于干扰量的变化率的信号210可受较小幅度的调整。如果输出信号252指示在输出参数202的实际水平和输出参数202的期望水平203之间的差的幅度基本上是O或在在一定的容限内(由操作员或系统参数定义),则控制系统或方案200可以以如下方式操作,诸如在可接受的范围内保持输出参数202,以及不调整相应于干扰量的变化率的信号210。
[0070] 以这种方式,动态矩阵控制块222可提供控制系统或方案200的动态整定。例如,DMC块可基于在输出参数202的实际水平和输出参数202的期望水平203之间的差或误差的幅度提供干扰量的变化率210的动态整定。随着差或误差在幅度上改变,干扰量的变化率210的调整的幅度可相应地改变。
[0071] 应注意,尽管图4将误差检测块或单元250示出为与DMC块分离的实体,在一些实施例中,误差检测块或单元250的至少一部分和DMC块222可以被结合成一个实体。
[0072] 图5B示出了图4的误差检测块或单元250的一个实施例。在这一实施例中,误差检测单元250可包括差块或单元250A,其确定在输出参数202的实际水平和其相应的设定点203之间的差。例如,参考图4,差块250A可确定在实际输出蒸汽温度202和期望的输出蒸汽温度设定点203之间的差。在一个实施例中,差块或单元250A可在第一输入接收指示输出参数202的实际水平的信号,并在第二输入接收指示相应于输出参数202的设定点203的信号。差块或单元250A可生成指示在两个输入202和203之间的差的输出信号250B。
[0073] 误差检测单元250可包括绝对值或幅度模块250C,其接受差块250A的输出信号250B并确定在接收到的输入信号202和203之间的差的绝对值或幅度。在图5B所示的实施例中,绝对值块250C可生成输出250D,其指示在输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度。在一些实施例中,差块250A和绝对值块250C可包含在单一的块(未示出)内,其接收输入信号202、203并生成指示在输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度的输出信号250D。
[0074] 输出信号250D可以被提供至函数块或单元250E。该函数块或单元250E可包含函数f(x)的例程、算法或计算机可执行指令,该函数f(X)(附图标记250F)作用于信号250D(其指示在输出参数的实际水平202和期望水平203之间的差的幅度)。误差检测单元250的输出信号252可基于函数f (X)(附图标记250F)的输出,并可被提供至动态矩阵控制块222。由此,可以基于f(x)(附图标记250F)更改指示在输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度的输出信号250D,并且经更改或调整的信号252可被提供至动态矩阵控制块222,以动态地整定控制系统或方案200.
[0075] 在一些实施例中,来自误差检测器250的输出信号252可以被存储在寄存器R中,DMC块222访问寄存器R以生成控制信号225.特别地,DMC块可将在寄存器R中的值与在寄存器Q中的值进行比较,以确定反映在控制信号225中的整定的积极度以控制控制系统200。在寄存器Q中的值可以例如由控制方案200或锅炉系统100内的另外的实体提供,可以手动地提供或者可以配置。在一个例子中,当R的值远离Q的值时,DMC可以更积极地整定控制信号225以控制过程。当R的值朝Q的值靠近时,DMC控制块222可相应地较不积极地调整控制信号225。在其他实施例中,可能出现相反的情况,当R的值朝Q的值靠近时,DMC可生成更积极的信号225,并当R的值远离Q的值时,DMC可生成较不积极的信号225。在一些实施例中,寄存器R和Q可以是DMC块222的内部寄存器。
[0076] 图5C示出了包括在图5B的函数块250E中的函数f (X)(附图标记250F)的例子。函数f (X)(附图标记250F)可以用在输出参数202的当前或实际值及其相应的设定点203之间的差作为输入,如X轴260所示。在一些实施例中,f(x)的输入260的值可由图5B中的信号250D表示。函数f(x)可以包括指示每个输入值260的输出值(例如y轴265)的曲线262。在一些实施例中,f (X)(附图标记250F)的输出265的值可以被存储在DMC块222的寄存器R中并可影响控制信号225。在图5C所示的例子中,在当前过程值及其设定点之间的温度误差或差的幅度为10可导致f(x)的输出为2,为O的误差可导致f(x)的输出为
20 ο
[0077] 当然,尽管图5C示出了函数f(x)的一个实施例,结合误差检测块250可以使用f(x)的另外的实施例。例如,曲线262可不同于图5C所示。在另一个例子中,X轴260和/或y轴265的值的范围可不同于图5C。在一些实施例中,函数f (x)的输出或y轴可不提供至寄存器R。在一些实施例中,函数f(x)的输出可以等于误差检测器250的输出252。f(x)的其他的实施例是可能的。
[0078] 在一些实施例中,函数f (X)(附图标记250F)的至少一部分是可更改的。也就是说,操作员可手动地更改函数f (X)的一个或多个部分,和/或可基于控制方案200或锅炉100的一个或多个参数自动地更改函数f (X)的一个或多个部分。例如,可改变或更改f(x)的一个或多个边界条件,可以更改f(x)内包含的常数,可以更改f(x)在输入值的某范围之间的斜率或曲线等。
[0079] 回到图5B,在误差检测块250的一些实施例中,可省略函数块250E。在这些实施例中,指示输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度的信号(附图标记250D)可以等于由误差检测块250生成的输出信号252。
[0080] 动态矩阵控制方案或控制系统200的一些实施例可包括防止饱和蒸汽进入过热器106。已知如果处于饱和温度的蒸汽被传递至最终的过热器106,饱和蒸汽可进入涡轮202并最终导致潜在的不期望的结果,诸如涡轮损坏。相应地,图示出了动态矩阵控制方案或系统200的一个实施例,其包括防止块282以辅助防止饱和蒸汽进入过热器106。为简明起见,图没有复制图4所示的整个控制方案或系统200。相反,图示出了图4的控制方案200的包括防止块282的一部分280。应注意,尽管图将防止块282示出为与DMC块222分离的实体,在一些实施例中,防止块282的至少一部分和DMC块222可以被结合成单一的实体。
[0081] 防止块282可在第一输入接收来自主DMC块222的控制信号225B。DMC块222可包括生成控制信号225A的例程,该例程类似于图4中生成控制信号225的DMC块222的例程。图的实施例280类似于图4之处还在于,控制信号225A被示出为在块238与增强信号232相加,并且在块228中通过增益更改相加的信号,以产生控制信号225B。如前文所述,在一些实施例中,块238和/或块228是可选的(如虚线285所示),并且可以省略块238和228中的一个或两个。例如,在省略了包括在虚线285内的块的实施例中,控制信号225B等于控制信号225A。
[0082] 防止块282可在第二输入接收指示大气压强(AP) 288的信号,以及可在第三输入接收指示当前中间蒸汽温度158的信号。基于大气压强,防止块282可确定饱和蒸汽温度。基于饱和蒸汽温度和当前中间蒸汽温度158,防止块282可以确定在温度158和288之间的温度差的幅度,并可相应于温度差的幅度确定对控制信号225B的调整或更改,以辅助防止中间蒸汽温度158达到饱和蒸汽温度。一旦将调整或更改施加至控制信号225B,防止块282可在输出提供经调整或更改的控制信号225C以控制中间蒸汽温度158。在图所示的例子中,经调整或更改的信号225C可被提供之喷雾阀122,并且喷雾阀122可基于该经更改的控制信号225C调整其打开或关闭,以辅助防止中间蒸汽温度158达到饱和蒸汽温度。
[0083] 图5E示出了图的防止单元或块282的实施例。防止单元或块282可在蒸汽表或蒸汽计算器282A的第一输入接收指示当前大气压强(AP) 288的信号,并在蒸汽表282A的第二输入接收单元蒸汽压强。蒸汽表或蒸汽计算器,诸如蒸汽表282A,可基于已知的大气压强和单元蒸汽压强确定饱和蒸汽温度282B。指示饱和蒸汽温度282B的信号可以由蒸汽表282A提供至比较器块或单元282C的第一输入。比较器块282C可在第二输入接收指示中间蒸汽温度158的信号,并可基于两个接收到的信号确定在饱和蒸汽温度282B和当前中间蒸汽温度158之间的温度差。在一个示例性的实施例中,比较器块或单元282C可确定温度差的幅度。在其他实施例中,比较器块或单元282C可确定温度差的方向,例如温度差是增加还是减小。比较器282C可将指示温度差的幅度或温度差的方向的信号提供至模糊器块或单元282E。
[0084] 模糊器块或单元282E可在第一输入接收信号282D,并在第二输入接收控制信号225B。基于来自比较器282C的信号282D (例如,基于在饱和蒸汽温度282B和中间蒸汽温度的当前值158之间的温度差),模糊器块282E可确定对控制信号225B的调整或更改,并可在输出生成经调整或更改的信号225C。
[0085] 在一些实施例中,可基于温度差的幅度和阈值T的比较来确定对控制信号225B的调整或更改,以使得直到与阈值T相交,模糊器282E才调整或更改信号225B。在一个例子中,阈值T可以是15华氏度(F),为了讨论的清楚性,在这里讨论的例子和实施例可参考阈值T为15华氏度。然而,能理解的是,阈值T的其他值和单位是可能的。此外,在一些实施例中,阈值T可能是手动或自动可调的。
[0086] 在包括阈值T的实施例中,当在饱和蒸汽温度282B和实际中间蒸汽温度之间的差的幅度小于T时(例如小于15华氏度),模糊块282E可对控制信号225B施加调整,以生成经更改的控制信号225C。例如,所施加的调整可以基于信号282D。经更改的控制信号225C可以被提供至喷雾阀112以控制喷雾阀122朝向关闭位置移动。喷雾阀122朝向关闭位置的移动可导致中间蒸汽温度158的增加,并因此可降低在饱和温度的蒸汽进入过热器106的可能性。当在饱和蒸汽温度282B和实际中间蒸汽温度158之间的差的幅度大于T时,中间蒸汽温度158可能距饱和蒸汽温度282B还有一可接受的距离,并且模糊器282E可不做任何调整而简单地将控制信号225B传递至现场设备122 (例如,经调整的控制信号225C等于控制信号225B)。
[0087] 当然,15华氏度仅仅是可能的阈值的一个例子。阈值可以被设定为其他值。实际上,阈值可以由操作员手动地、或者基于产生蒸汽的锅炉系统内的一个或多个值或参数自动地、或者即手动又自动地更改。
[0088] 在一些实施例中,模糊器282E确定对控制信号225B的调整可以是基于包含在模糊块282E内的函数g(x)(附图标记282F)的算法、例程或计算机可执行指令。函数g(x)可包含或不包含阈值T。例如,调整例程g(x)(附图标记282F)可基于不考虑阈值T的温度差的方向(例如,增加或减少)来生成经调整的控制信号225C以控制喷雾阀122的关闭和打开的速率。在另一个例子中,当温度差的幅度大于阈值T时调整例程g(x)可不调整控制信号225B,但是在温度差小于阈值T时可以相应于温度差的幅度的增加或减少的速率确定对控制信号225的调整。g(x)的实施例的其他例子也是可能的并可被用于模糊器282E。
[0089] 在一些例子中,算法或函数g(x)(附图标记282F)的至少一部分本身可以以类似于对图5C的f(x)的可能的更改或调整的方式而手动地或自动地更改或调整。
[0090] 图5F示出了函数g(x)(附图标记282F)的一个示例性实施例。在这一实施例中,函数g(x)(附图标记282F)的至少一部分被表示为曲线285。x轴288可包括值的范围,其相应于在饱和蒸汽温度282C和当前中间蒸汽温度158之间的温度差的幅度的范围。例如,X轴288的值的范围可以相应于由在图5E的模糊器282E接收的信号282D所指示的值的范围。y轴290可包括因子的值的范围,该因子将被施加至在饱和蒸汽温度和当前中间蒸汽温度之间的温度差的幅度,例如被施加至信号282D。在图5F中,y轴290的单位被示为分数,例如因子的范围可以从O值到多个分数值直到最大值1,在另外的实施例中,可以用其他单位诸如百分比、例如0%至100%来表示因子。
[0091] 采用曲线285,对于给定的温度差288的幅度,可确定相应的因子值290,并将所确定的因子值290施加至由模糊器282E接收的输入信号282D。经更改的输入信号随后可以被模糊器282E用于调整或更改控制信号225B以生成经调整或更改的控制信号225C,并且经调整的控制信号225C可以由模糊器282E输出。
[0092] 在图5F所示的曲线285的实施例中,当温度差大于阈值T (例如,X > T)时,中间蒸汽温度158充分高于饱和蒸汽温度282B,因此指示控制的当前水平足够将中间蒸汽温度158保持在期望的范围内。相应地,可不需要调整控制信号225B,并且照这样,曲线285可指示将被施加至输入信号282D的相应的因子基本上是O或者可忽略。在这种情况下,信号282D可最小地或几乎不受影响(控制信号225B、以及模糊器282E的输出控制信号225C可基本上等于输入信号225B)。
[0093] 当温度差的幅度小于阈值T(例如X < T)时,中间蒸汽温度285可能不期望地靠近蒸汽饱和温度。在这些情形下,控制信号225B可需要更积极的调整。照这样,随着温度差接近零,因子290可根据曲线285而增加。例如,当中间蒸汽温度基本上等于饱和的蒸汽温度(例如,x = 0)时,可将因子I施加于信号282D,以便信号282D可完全地影响控制信号225B以生成输出控制信号225C。在另一例子中,对于温度差7.5度(例如,x = 7.5),曲线285可指示待施加于输入信号282D的因子为0.5或50%,从而与温度差基本上为O时相比,经更改的信号282D可在控制信号225B上具有一半的效果。以这种方式,当控制方案200需要更积极的控制时,函数g(x)可更积极地采用信号282D的因子来调整输入控制信号225B。
[0094] 图5F包括叠加于曲线285的附加的曲线292,用于示出g(x)(附图标记282F)作用于现场设备的位置上的效果。曲线292可说明现场设备响应于由模糊器282E所生成的输出控制信号225C的移动。在该实施例中,现场设备可为影响中间蒸汽温度的喷雾阀,诸如阀122,尽管在此所描述的基本原理可应用于其他现场设备。
[0095] 曲线292可为在饱和蒸汽温度和当前中间蒸汽温度之间的温度差的幅度288的每个值均定义当前设备位置的位置因子290。在曲线292的这一实施例中,当饱和和中间蒸汽温度之间的差等于或者大于阈值T (例如,X > T)时,系统200可运行在所期望的温度差范围处或以上,因而无需喷雾阀122增加或减少其当前喷雾量以保持当前的运行状况。相应地,曲线292指示,对于大于阈值T的温度差,阀位置可不改变当前值(例如,设备位置因子为I)。
[0096] 然而,当中间蒸汽温度开始靠近饱和蒸汽温度(例如,X < T)时,中间蒸汽温度158可能需要增加。为了实现中间蒸汽温度158所需的增加,可需要减少由阀122当前提供的冷却喷雾的量。相应地,随着X靠近O,曲线292可指示位置因子290减少以朝着关闭位置移动阀。例如,曲线292指示,当温度差为7.5度时,待施加于当前阀位置的位置因子290可为0.5或50%,从而可由模糊器282E的输出控制信号225C来控制阀朝着其当前位置的一半移动。当中间蒸汽温度基本上等于饱和蒸汽温度(例如X = O)时,待施加于当前阀位置的位置因子290基本上为0,以便可由输出控制信号225C控制阀朝着当前位置的百分之O (例如,完全关闭)移动,从而控制中间蒸汽温度以尽可能快地上升。
[0097] 如上所述,曲线292在相应于g(x)(附图标记282F)的曲线285上的叠加示出了如何基于中间蒸汽温度值158来更改至模糊器282E的输入信号282D以及由模糊器282E输出的所得到的经调整或经更改的控制信号225C如何影响现场设备122的位置的众多可能的例子中的一个。当然,曲线285和292只是示例性的。曲线285和292的其他实施例也是可能的并且可结合当前所披露的一起使用。
[0098] 图6示出了控制产生蒸汽的锅炉系统的示例性方法300,诸如控制图1的产生蒸汽的锅炉系统100的示例性方法300。方法300还可以结合图4的控制系统或控制方案200的实施例而运行。例如,可以由控制系统200或控制器120施行方法300。为了清楚起见,下文同时参照图1的锅炉100和图4的控制系统或方案200来描述方法300。
[0099] 在块302处,可以获得或接收指示用于产生蒸汽的锅炉系统100的干扰量的信号208。干扰量可以是用于锅炉系统100的任何控制变量、受控变量或干扰量,诸如熔炉燃烧器摆动位置;蒸汽流量;吹灰的量;阻尼器位置;功率设定;熔炉的燃料与空气混合比例;熔炉的加热速度;喷雾流;水冷壁蒸汽温度;相应于涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号;流温度;燃料与供水比例;输出蒸汽的温度;燃料量;或燃料类型。在一些实施例中,一个或多个信号208可以相应于一个多个干扰量。在块305处,可以确定干扰量的变化率。在块308处,可以产生指示干扰量的变化率的信号210,并且信号210被提供至诸如主DMC块222的动态矩阵控制器的输入。在一些实施例中,可以由变化率确定器205施行块 302、305 和 308。
[0100] 在块310处,可以基于在块308处产生的、指示干扰量的变化率的信号210来产生相应于最优响应的控制信号225。例如,主DMC块222可以基于指示干扰量的变化率的信号210和相应于主DMC块222的参数模型产生控制信号225。在块312处,可以基于由块310产生的控制信号225来直接在蒸汽被输送至涡轮116或118之前控制由产生蒸汽的锅炉系统100产生的输出蒸汽的温度202。
[0101 ] 在一些实施例中,方法300可以包括附加的块315-328。在这些实施例中,在块315处,相应于由块305确定的干扰量的变化率的信号210也可以被提供至诸如图4的微分DMC块230的微分动态矩阵控制器。在块318处,可以基于干扰量的变化率来确定增强的量,并且在块320处,可以产生相应于在块318处确定的增强的量的增强信号或微分信号232。
[0102] 在块322处,在块320处产生的增强或微分信号232和在块310处产生的控制信号225可以被提供至加法器,诸如图4的加法器块238。在块325处,可以组合增强或微分信号232以及控制信号225。例如,可以将增强信号232与控制信号225相加,或可以以一些其他方式组合它们。在块328处,可以基于该组合来产生加法器输出控制信号,并且在块312处,可以基于加法器输出控制信号来控制输出蒸汽的温度。在一些实施例中,块312可以包括提供控制信号225至锅炉系统100中的现场设备以及基于控制信号225来控制现场设备,以便转而控制输出蒸汽的温度202。注意对于包括块315-328的方法300的实施例,省略从块310至块312的流程,并且方法300可以替代地从块310进行至块322,如虚线箭头所示。
[0103] 图7示出了动态整定诸如图1的锅炉系统的产生蒸汽的锅炉系统的控制的方法350。方法350可与图4的控制系统或控制方案200的实施例、与图5B的误差检测单元或块250的实施例、与图5C的函数f (X)的实施例、和/或与图6的方法300的实施例相结合地操作。为清楚起见,下面同时参照图1的锅炉系统100、图4的控制系统或方案200以及图5B的误差检测单元或块250来描述方法350。
[0104] 在块352处,获得或接收指示产生蒸汽的锅炉系统(诸如系统100)的输出参数或指示产生蒸汽的锅炉系统的输出参数的水平的信号。输出参数可例如对应于由产生蒸汽的锅炉系统产生的氨的量、产生蒸汽的锅炉系统的锅筒的水平、产生蒸汽的锅炉系统中的熔炉的压强、产生蒸汽的锅炉系统中的节流阀处的压强、或者锅炉系统的一些其他经量化或经测量的输出参数。在一个例子中,输出参数可对应于由锅炉系统100所产生的并被提供至涡轮的输出蒸汽的温度,诸如图4的温度202。在一些实施例中,指示产生蒸汽的锅炉系统的输出参数的信号可由诸如图4的误差检测块或单元250的误差检测块或单元来获得或接收。在一些实施例中,指示产生蒸汽的锅炉系统的输出参数的信号可直接由诸如图4的DMC块222的动态矩阵控制块来获得或接收。
[0105] 在块355处,获得或接收指示相应于输出参数的设定点的信号。例如,该设定点可为相应于锅炉系统所产生并被提供至涡轮的输出蒸汽的温度的设定点,诸如图4的设定点203。在一些实施例中,指示设定点的信号可由诸如图4的误差检测块或单元250的误差检测块或单元来获得或接收。在一些实施例中,指示设定点的信号可直接由诸如图4的DMC块222的动态矩阵控制块来获得或接收。
[0106] 在块358处,可确定在块352处所获得的输出参数的实际值(例如,附图标记202)与块355处所获得的输出参数的期望值(例如,附图标记203)之间的差或误差。例如,在输出参数的实际值202与期望值203之间的差可由误差检测块或单元250中的差块或单元250A来确定。在另一例子中,DMC块222可确定在输出参数的实际值202与期望值203之间的差。
[0107] 在块360处,可确定在块358处所确定的差/误差的幅度或大小。例如,可在块360处通过对在块358处所确定的差取绝对值来确定差的幅度。在一些实施例中,在块360处,图5B的绝对值块250C可确定在输出参数的实际值202与期望值203之间的差的幅度。
[0108] 在可选的块362处,可更改或调整在输出参数的实际值202与期望值203之间的差的幅度。例如,可通过诸如图5C中附图标记250F所示的函数f(x)更改或调整指示在输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度的信号(例如,由块360所产生的输出)。函数f (X)可接收指示在输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度的信号作为输入。当函数f(x)在指示差的幅度的信号上操作后,函数f(x)可产生相应于指示输出参数的实际值202和期望值203之间的差的经更改的或经调整的幅度的信号的输出。
[0109] 在一些实施例中,块362可由误差检测块250、诸如误差检测块250的函数块250E来施行。在一些实施例中,块362可由动态矩阵控制块222来施行。在一些实施例中,块262可以整个被省略,诸如当函数f (X)为不期望的或不需要的时候。在一些实施例中,在方法350中,块365可直接跟随块360。
[0110] 在块365处,指示输出参数的实际值202和期望值203之间的差的经更改的或经调整的幅度的信号可用于更改或调整相应于干扰量的变化率的信号,诸如图4的信号210。在一个优选的实施例中,可如此定义在块362中所使用的f (X)以使得,当输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度增加时,在块365处对相应于干扰量的变化率的信号的调整或更改的速率或幅度也增加,而当输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度减小时,在块365处对相应于干扰量的变化率的信号的调整或更改的速率或幅度也减小。对于可忽略的差/误差,或者对于在产生蒸汽的锅炉系统100的容差范围内的差/误差,可完全不调整或更改相应于干扰量的变化率的信号。以这种方式,当在输出参数的实际值202和期望值203之间的误差或差异的幅度在大小上变化时,相应于干扰量的变化率的信号也可在块365处相应地变化,如fU)所定义的。
[0111] 在块367处,可将由块365所产生的经更改或经调整的信号提供至DMC块222。如果相应于干扰量的变化率的信号210在块365处未更改或未调整,则等同于原始信号210的控制信号(包含任意期望的增益220)可被提供至DMC块222。
[0112] 在一些实施例中,块365可由DMC块222来施行。在这些实施例中,相应于f (x)的输出的信号可由DMC块222在第一输入处(例如,图4的附图标记252)接收,并且可被保存在第一寄存器或存储位置R。相应于干扰量的变化率的信号可在第二输入处(例如,图4的附图标记210或220)接收。DMC块222可比较在Q和R中所存储的值,并且可确定差的幅度或绝对值。基于Q和R之间的差的幅度或绝对值,DMC块222可确定对干扰量的变化率的调整或更改的量,并且可产生相应于干扰量的经更改或经调整的信号。随后,DMC块222可基于相应于干扰量的经更改或经调整的信号来产生控制信号225。
[0113] 在一些实施例中,作为由动态矩阵控制块222施行块365的替代,可由与DMC块222相连的另一块(未示出)来施行块365。在这些实施例中,可基于输出参数的实际值202和期望值203之间的差的幅度来更改或调整一干扰量的变化率(例如,图4的附图标记210或220)。随后,相应于该干扰量的经更改或经调整的信号可作为输入被提供至DMC块222以结合其他输入一起来产生控制信号225。
[0114] 在一些实施例中,图7的方法350可结合图6的方法300来操作。例如,相应于该干扰量的经更改或经调整的信号(例如,如图7的块365所产生的)可被提供至DMC块222作为输入252以用于产生控制信号225。在这一例子中,图7的方法350可代替图6的块308,诸如图6和7中所示的连接点A所示出的。
[0115] 图8示出了防止饱和蒸汽进入诸如图1的锅炉系统的产生蒸汽的锅炉系统的过热器部分的方法400。方法400可与图4或的控制系统或控制方案200的实施例、与图5E的防止单元或块282的实施例、与参照图5F所讨论的g(x)的实施例、和/或与图6的方法300和/或图7的方法350相结合地操作。为清楚起见,为清楚起见,下面同时参照图1的锅炉系统100、图4和的控制系统或方案200以及图5B和5E的防止单元或块282来描述方法400。
[0116] 在块310处,可基于指示在产生蒸汽的锅炉系统中所使用的干扰量的变化率的信号来产生控制信号。该控制信号可由动态矩阵控制器来产生。例如,如图4所示,动态矩阵控制器块222可基于指示干扰量208的变化率的信号210来生成控制信号225。注意,块310也可被包含在图6的方法300中。
[0117] 在块405处,可获得饱和蒸汽温度。例如,可通过获得当前大气压并且由蒸汽表或计算器基于该大气压确定饱和蒸汽温度来获得饱和蒸汽温度。例如,如图5E所示,蒸汽表282A可接收指示当前大气压的信号288,可确定相应的饱和蒸汽温度282B,并且可产生指示相应的饱和蒸汽温度282B的信号。
[0118] 在块408处,可获得中间蒸汽的温度。例如,可在锅炉100的、中间蒸汽被提供至过热器或最终过热器的位置处获得中间蒸汽的温度。在一个例子中,图中指示当前中间蒸汽的温度的信号158可由比较块或单元282C获得。
[0119] 在块410处,比较饱和蒸汽温度与当前中间蒸汽温度以确定温度差。在一些实施例中,可确定温度差的幅度。在一些实施例中,可确定温度差的方向(例如,增加或减少)。例如,如图所示,比较器282C可接收指示相应于饱和蒸汽温度的信号282B以及指示当前中间蒸汽温度的信号158,并且比较器282C可基于这两个所接收的信号确定温度差的幅度和/或方向。
[0120] 在块412处,可基于块410处所确定的温度差来确定对块310处所产生的控制信号的调整或更改。例如,诸如图5E的模糊器282E的模糊块或单元可基于指示温度差的信号282D来确定对控制信号225B的调整或更改。在一些实施例中,对控制信号的调整或更改可基于温度差的幅度与一阈值的比较。在一些实施例中,对控制信号的调整或更改可基于包含在模糊单元282E中的例程、算法或函数,诸如g(x)(附图标记282F)。
[0121] 在块415处,可产生相应于干扰量的变化率的经调整或经更改的控制信号。例如,模糊器282E可基于在块412处所确定的调整或更改来产生经调整或经更改的控制信号225C。
[0122] 在块418处,可基于经调整或经更改的控制信号来控制中间蒸汽温度。在图4的实施例中,现场设备122可接收经调整的控制信号225C并且相应地响应以控制中间蒸汽温度158。在现场设备122为喷雾阀的那些实施例中,基于经调整的控制信号225C,喷雾阀可朝着打开位置或朝着关闭位置而移动。
[0123] 在一些实施例中,图8的方法400可与图6的方法300相结合地操作。例如,可在方法300的控制输出蒸汽温度312之前执行方法400的块405至418,如图6和8中的连接点B所示。
[0124] 仍进一步地,在此所述的控制方案、系统和方法能够被分别应用至使用与所示出的或在此所述的不同的过热器和再热器部分的配置类型的产生蒸汽的系统。因此,虽然图
1-4示出了两个过热器部分和一个再热器部分,但是在此所述的控制方案可以用于具有更多个或更少个过热器部分和再热器部分的锅炉系统,并且这些锅炉系统在过热器和再热器部分中的每个内使用任何其他类型的配置。
[0125] 此外,在此所述的控制方案、系统和方法并不限于仅控制产生蒸汽的锅炉系统的输出蒸汽温度。通过在此所述的控制方案、系统和方法中的任何一个,可以附加地或替代地控制产生蒸汽的锅炉系统的其他应变的过程变量。例如,在此所述的控制方案、系统和方法分别被应用于控制用于氧化氮减少的氨的量、锅筒水平、熔炉压强、节流阀压强、和产生蒸汽的锅炉系统的其他应变的过程变量。
[0126] 尽管上述的正文对本发明的多个不同实施例作了详细的描述,但是应该理解本发明的范围应该由本专利最后所提出的解释权利要求的文字所限定。详细的说明只作为示例来解释而不能描述本发明的每个可能的实施例,描述每个可能的实施例是不切实际的,即使是可能的。能够使用当前的技术或者也能够使用本专利提交日之后所开发的技术来实现多个可替代的实施例,这些仍然处于本发明权利要求所限定的范围内。
[0127]因此,对此处所描述的或示出的技术和结构所作的许多修改和变型可以不偏离本发明的精神和范围。因此,应该理解此处所描述的方法和装置仅仅是说明性的并不限定本发明的范围。

Claims (28)

1.一种产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制的方法,包括: 确定相应于输出蒸汽温度的误差的存在,其中所述输出蒸汽由所述产生蒸汽的锅炉系统产生以用于输送至涡轮; 基于所述误差,调整指示所述产生蒸汽的锅炉系统中使用的干扰量的变化率的信号;由动态矩阵控制器基于所述经调整的指示所述干扰量的所述变化率的信号生成控制信号;以及 基于所述控制信号,控制所述输出蒸汽的所述温度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,确定相应于所述输出蒸汽温度的所述误差的所述存在包括检测在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于所述误差调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号包括基于在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,基于所述在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号包括,当所述在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度增加时,增加对所述指示所述干扰量的所述变化率的信号的调整的幅度。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,基于所述在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号还包括,当所述在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度降低时,降低所述对所述指示所述干扰量的所述变化率的信号的调整的幅度。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于, 还包括: 将所述指示所述干扰量的所述变化率的信号提供至所述动态矩阵控制器的第一输入,以及 将相应于所述误差的信号提供至所述动态矩阵控制器的第二输入;并且其中由所述动态矩阵控制器基于在所述第一输入和第二输入处接收的所述信号执行调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括: 将指示所述误差的幅度的信号提供至函数块的输入,用包含在所述函数块内的函数更改所述指示所述误差的所述幅度的信号,并基于所述经更改的所述指示所述误差的所述幅度的信号生成所述函数块的输出;并且 其中基于所述误差调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号包括基于所述函数块的所述输出调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于, 还包括:将所述指示所述干扰量的所述变化率的信号提供至所述动态矩阵控制器的第一输入,将指示所述函数块的所述输出的信号提供至所述动态矩阵控制器的第二输入;并且其中基于所述函数块的所述输出调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号包括由所述动态矩阵控制器基于在所述动态矩阵控制器的所述第一输入和所述第二输入处接收的所述信号调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于, 基于所述控制信号控制所述输出蒸汽温度包括将所述控制信号提供至所述产生蒸汽的锅炉系统的现场设备;以及 所述现场设备相应于所述产生蒸汽的锅炉系统的多个部分中的一个,所述多个部分包括熔炉、过热器部分和再热器部分。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号包括调整指示以下至少一项的信号的值:熔炉燃烧器摆动位置;蒸汽流量;吹灰的量;阻尼器位置;功率设定;所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例;所述熔炉的加热速度;喷雾流;水冷壁蒸汽温度;相应于所述涡轮的目标负载或实际负载中的一个的负载信号;流温度;燃料与供水比例;所述输出蒸汽的所述温度;燃料量;燃料类型;所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量,或所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
11.用于产生蒸汽的锅炉系统的动态整定控制器单元,所述动态整定控制器单元通信地耦合至现场设备和所述产生蒸汽的锅炉系统的锅炉,并且所述动态整定控制器单元包括: 动态矩阵控制器(DMC)包括: 第一 DMC输入,用于接收指示所述产生蒸汽的锅炉系统的干扰量的变化率的信号; 第二 DMC输入,用于接收相应于误差的信号,所述误差相应于由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的输出蒸汽温度, 动态矩阵控制例程,其: 基于所述相应于所述误差的信号调整所述指示所述干扰量的所述变化率的信号,并且 用所述经调整的指示所述干扰量的所述变化率的信号确定控制信号;以及 DMC输出,用于将所述控制信号提供至所述现场设备,以控制所述输出蒸汽温度。
12.根据权利要求11所述的动态整定控制器单元,其特征在于,所述相应于输出蒸汽温度的误差的信号包括指示在设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度的信号。
13.根据权利要求12所述的动态整定控制器单元,其特征在于,当所述在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度增加时,所述指示所述干扰量的所述变化率的信号的调整量的幅度增加,并当所述在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度降低时,所述指示所述干扰量的所述变化率的信号的调整量的幅度降低。
14.根据权利要求11所述的动态整定控制器单元,其特征在于, 所述产生蒸汽的锅炉系统包括多个部分,所述多个部分包括熔炉、过热器部分和再热器部分; 所述产生蒸汽的锅炉系统的所述多个部分的之一包括所述现场设备;并且 所述干扰量相应于干扰量组中的一个,所述干扰量组包括:熔炉燃烧器摆动位置;蒸汽流量;吹灰的量;阻尼器位置;功率设定;所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例;所述熔炉的加热速度;喷雾流;水冷壁蒸汽温度;相应于所述涡轮的目标负载或实际负载中的至少一个的负载信号;流温度;燃料与供水比例;所述输出蒸汽的所述实际温度;燃料量;燃料类型;所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量;和所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
15.根据权利要求14所述的动态整定控制器单元,其特征在于,所述干扰量组不包括中间蒸汽温度,其中所述中间蒸汽温度是在确定所述输出蒸汽温度的位置的上游确定的。
16.根据权利要求11所述的动态整定控制器单元,其特征在于,还包括误差检测单元,其生成所述相应于所述输出蒸汽温度的误差的信号。
17.根据权利要求16所述的动态整定控制器单元,其特征在于,所述误差检测单元: 在第一输入处接收相应于设定点的信号, 在第二输入处接收相应于所述输出蒸汽温度的信号,并且 基于在所述第一输入和在所述第二输入处接收的所述信号在输出处生成所述相应于所述输出蒸汽温度的误差的信号。
18.根据权利要求17所述的动态整定控制器单元,其特征在于,所述误差检测单元包括函数单元,其: 接收指示在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的差的幅度的信号, 用函数来调整所述指示在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的所述差的所述幅度的信号,并且 将所述经调整的指示在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的所述差的所述幅度的信号提供至所述误差检测单元的所述输出。
19.根据权利要求18所述的动态整定控制器单元,其特征在于,所述函数单元用于调整所述指示在所述设定点和所述输出蒸汽温度之间的所述差的所述幅度的信号的函数是可更改的。
20.一种产生蒸汽的锅炉系统,包括: 锅炉; 现场设备; 控制器,其被通信地耦合至所述锅炉和所述现场设备;以及 动态整定控制系统,其被通信地连接至所述控制器以接收指示干扰量的变化率的信号,所述动态整定控制系统包括例程,该例程 基于在所述锅炉的输出参数的设定点和水平之间的差的幅度更改所述指示所述干扰量的所述变化率的信号; 基于所述经更改的指示所述干扰量的所述变化率的信号来产生控制信号;以及 将所述控制信号提供至所述现场设备来控制所述锅炉的输出参数的水平。
21.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,当所述在所述设定点和所述锅炉的输出参数的水平之间的差的幅度增加时,所述例程增加对所述指示所述干扰量的所述变化率的信号调整的幅度,并且其中当所述在所述设定点和所述锅炉的输出参数的水平之间的差的幅度降低时,所述例程降低对所述指示所述干扰量的所述变化率的信号调整的幅度。
22.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,所述例程是动态矩阵控制例程,并且所述例程基于参数模型生成控制信号。
23.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,所述例程是第一例程,并且所述产生蒸汽的锅炉系统还包括第二例程,其: 接收相应于所述设定点的第一信号, 接收相应于所述锅炉的输出参数的水平的第二信号, 基于所述第一信号和所述第二信号生成指示在所述设定点和所述输出参数的水平之间的差的幅度的信号,并且 将所述指示在所述设定点和所述输出参数的水平之间的差的幅度的信号提供至所述第一例程。
24.根据权利要求23所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,所述第二例程用可更改的函数调整所述指示在所述设定点和所述输出参数的水平之间的差的幅度的信号,并将所述经调整的指示在所述设定点和所述输出参数的水平之间的差的幅度的信号提供至所述第一例程。
25.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,所述干扰量选自干扰量组,所述干扰量组包括:熔炉燃烧器摆动位置;蒸汽流量;吹灰的量;阻尼器位置;功率设定;所述产生蒸汽的锅炉系统的熔炉的燃料与空气混合比例;所述熔炉的加热速度;喷雾流;水冷壁蒸汽温度;相应于所述涡轮的目标负载或实际负载中的至少一个的负载信号;流温度;燃料与供水比例;所述输出蒸汽的所述实际温度;燃料量;燃料类型;所述产生蒸汽的锅炉系统的受控变量;和所述产生蒸汽的锅炉系统的控制变量。
26.根据权利要求25所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于, 所述干扰量组不包括相应于所述输出参数的中间值; 所述相应于所述输出参数的中间值是在所述产生蒸汽的锅炉系统中相应于中间值的上游位置处确定的;以及 相应于所述中间值的所述上游位置比确定所述输出参数的所述水平的位置更加远离接收来自所述产生蒸汽的锅炉系统的输出蒸汽的所述涡轮。
27.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于,所述现场设备是第一现场设备,所述动态整定控制系统是主控制系统,并且所述控制信号是第一主控制信号;以及 所述产生蒸汽的锅炉系统还包括第二现场设备和第二控制系统,其产生第二主控制信号,所述第二现场设备使用所述第二主控制信号来控制所述锅炉的所述输出参数水平或所述锅炉的不同的输出参数的水平。
28.根据权利要求20所述的产生蒸汽的锅炉系统,其特征在于所述输出参数是以下之一:由所述产生蒸汽的锅炉系统至涡轮的蒸汽输出的温度,由所述产生蒸汽的锅炉系统产生的氨的量,所述产生蒸汽的锅炉系统的锅筒的水平,所述产生蒸汽的锅炉系统中的熔炉的压强,或所述产生蒸汽的锅炉系统中的节流阀处的压强。
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