CN115951618A - 一种基于人工智能的火电厂自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，涉及工业控制领域，包括：数据采集模块，用于采集火电厂多个自动调节回路数据信息，包括机组负荷、自动调节回路中被控对象的设定值、传感器采集的测量值以及执行器开度指令、开度反馈值；检测模块，用于检测进入火电厂锅炉的煤粉的进煤参量、排出的炉渣的排出参量、除尘器排出的细灰的排出参量；修正模块，用于将数据采集模块传递来的各机组的运行参数与设置在数据库中的目标值进行比较，并对各机组的运行参数进行修正，使机组在最佳参数和工况条件下运行，同时将数据传递给自动控制系统。能够有效地满足了火电厂对生产过程的控制要求。

Description

一种基于人工智能的火电厂自动控制系统

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体而言，涉及一种基于人工智能的火电厂自动控制系统。

背景技术

随着工业自动化水平的提高，工业控制系统的规模越来越大，一个大型的工业控制系统有成百套控制回路，过程控制技术面临的重要任务之一就是对控制系统的监视和维护。在控制系统的使用过程中，有很多原因会导致控制器性能下降，比如设备的老化、非线性的作用等，为了确保控制器能在设计的性能下工作，就需要对大量的过程数据进行分析来判断控制器在工作过程中性能如何。一个大的自动化系统控制回路众多，人工来分析数据并判断控制器性能的好坏工作量相当大，这种人工监视评价控制器的性能的方法难以适应当前的高度自动化水平。研究控制系统的性能评价方法，形成与当前自动化水平相适应的控制系统性能评价体系，对实际的控制系统进行监视，确保控制器在工作过程中性能良好有很重要的意义。

主要原因在于电厂使用的控制系统(DCS、PLC等)、电厂厂级监控信息系统(SIS)和各种电厂应用软件往往都是由不同厂商提供的，由于技术保密和商业竞争等因素，各产品提供商都不愿意提供自己产品的接口，造成了不同厂商提供的产品无法很好的兼容。目前国内外对于发电生产过程的控制、优化控制与生产状态监控、在线监控、大型机电设备的设备状态监控、故障诊断和电厂优化运行是完全分离的，没有一家进行有机的整合。做控制的只关心生产过程的控制情况，做设备状态监控与诊断的只关心状态监测与诊断，做优化系统的只关心优化的算法。此外，由于电厂普遍存在重硬轻软的现象，先进的硬件系统因缺乏应用软件，很难发挥其应有的效益。即使电厂购买了所需的各种应用软件(系统)，由于各系统(软件)的相对独立，各系统间的信息无法相互及时传输，无法真正解决电厂自动化问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其能够集测量、控制、故障应急处理、分析诊断、操作指导、优化运行以及生产管理于一体，有效地满足了火电厂对生产过程的控制要求。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其包括数据采集模块，用于采集火电厂多个自动调节回路数据信息，包括机组负荷、自动调节回路中被控对象的设定值、传感器采集的测量值以及执行器开度指令、开度反馈值；

检测模块，用于检测进入火电厂锅炉的煤粉的进煤参量、排出的炉渣的排出参量、除尘器排出的细灰的排出参量；

修正模块，用于将数据采集模块传递来的各机组的运行参数与设置在数据库中的目标值进行比较，并对各机组的运行参数进行修正，使机组在最佳参数和工况条件下运行，同时将数据传递给自动控制系统。

在本发明的一些实施例中，上述数据采集模块还包括：数据分析子模块，用于以预设时间点为周期执行，对采集到的火电厂多个自动调节回路数据信息依次计算，检查控制回路是否存在执行器或者传感器故障。

在本发明的一些实施例中，上述还包括：数据写入子模块，用于将预设时间点内自动调节回路中传感器测量值、执行器开度指令、自动调节回路中被控对象的设定值以及机组负荷的历史值写入csv格式文件中。

在本发明的一些实施例中，上述检测模块还包括：图像检测子模块，用于对煤粉在煤粉输送带上运输经过研磨和干燥的煤粉图像数据进行图像检测。

在本发明的一些实施例中，上述还包括：从俯视角度及侧视角度检测煤粉在煤粉输送带上的毫米波图片，检测运输火电厂渣斗中排出的细灰及火电厂除尘器中的气体压力。

在本发明的一些实施例中，上述修正模块还包括：数据传递子模块，用于自动控制系统将各种数据和信息集成在一起显示出来并传递给修正模块进行故障诊断及优化控制。

在本发明的一些实施例中，上述还包括：确认主厂房和辅助车间的各控制点，自动控制系统实时监控各控制点的设备状态，及时进行故障诊断并预警。

在本发明的一些实施例中，上述还包括：控制模块，用于通过冗余控制网络ELIN用于连接数据采集模块、检测模块、修正模块、工程师站、操作员站和历史数据站，完成各控制点的通讯和数据交换，传输速率100Mbps，通讯介质为双绞线，采用TCP/IP协议。

在本发明的一些实施例中，上述包括：用于存储计算机指令的至少一个存储器；与上述存储器通讯的至少一个处理器，其中当上述至少一个处理器执行上述计算机指令时，上述至少一个处理器使上述系统执行：数据采集模块、检测模块、修正模块及控制模块。

第二方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如一种基于人工智能的火电厂自动控制系统中任一项的系统。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

优化设备运行，大幅度提高设备的利用率，减少因设备故障导致停产而造成的直接经济损失，减少生产准备时间和非计划停机次数，提高电厂的综合效益，保证电厂的安全经济运行，减少电力污染物的产生。提高能源利用率，促进节能降耗。本发明通过对电力运行进程进行全面适时地监控，有利于电厂生产过程优化和设备运行效率的提高，达到优化生产，减少发电煤量单耗的目的，促进节能降耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统模块示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电子设备。

图标：10-数据采集模块；20-检测模块；30-修正模块；40-控制模块；101-存储器；102-处理器；103-通信接口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、系统、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、系统、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、系统、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例1

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统示意图，其如下所示：

数据采集模块10，用于采集火电厂多个自动调节回路数据信息，包括机组负荷、自动调节回路中被控对象的设定值、传感器采集的测量值以及执行器开度指令、开度反馈值；

在一些实施方式中，数据分析子模块，用于以预设时间点为周期执行，对采集到的火电厂多个自动调节回路数据信息依次计算，检查控制回路是否存在执行器或者传感器故障。数据写入子模块，用于将预设时间点内自动调节回路中传感器测量值、执行器开度指令、自动调节回路中被控对象的设定值以及机组负荷的历史值写入csv格式文件中。

在一些实施方式中，以10分钟为周期执行，按排列的自动调节回路依次计算，首先要检查该控制回路是否存在执行器或者传感器故障，如果存在故障则将此回路跳过，不进行控制评价指标计算，进行下一个自动调节回路的计算过程，如无故障则进入下一个流程；将10分钟内自动调节回路中传感器测量值、执行器开度指令、自动调节回路中被控对象的设定值以及机组负荷的历史值写入csv格式文件中；自动调节回路中被控对象的设定值发生变化，则认为该自动调节回路开始一个动态过程，否则，则认为该自动调节回路处于一个随机过程；如果自动调节回路处于动态过程，则计算该自动调节回路的确定性调节指标，包括调节时间、测量值上升时间、超调量；如果自动调节回路处于随机过程，则进行随机性指标即最小方差指标计算。

检测模块20，用于检测进入火电厂锅炉的煤粉的进煤参量、排出的炉渣的排出参量、除尘器排出的细灰的排出参量；

在一些实施方式中，图像检测子模块，用于对煤粉在煤粉输送带上运输经过研磨和干燥的煤粉图像数据进行图像检测。从俯视角度及侧视角度检测煤粉在煤粉输送带上的毫米波图片，检测运输火电厂渣斗中排出的细灰及火电厂除尘器中的气体压力。

在一些实施方式中，在火电厂运行时，当工况稳定时，获取煤粉使用量、煤渣排出量、细灰排出量以及其他工况监测数据和工况控制数据，然后主动控制改变煤粉使用量，然后进行动态监测以获取最优的煤粉使用量和目标工况的对应关系。其引入了煤渣排出量、细灰排出量这两个可以从燃烧结果反映出燃烧质量以及化学能释放结果的参量参与到动态控制，从而避免了采用锅炉内部数据带来的种种弊端，同时采用了相对控制理论，即保证系统安全的情况下，不计较相关参数的绝对值，而仅仅考量过程数据变化对系统工况变化对应关系，在保证系统安全和应有功率输出的基础上，尝试进行降低能源损耗。

修正模块30，用于将数据采集模块传递来的各机组的运行参数与设置在数据库中的目标值进行比较，并对各机组的运行参数进行修正，使机组在最佳参数和工况条件下运行，同时将数据传递给自动控制系统。

在一些实施方式中，数据传递子模块，用于自动控制系统将各种数据和信息集成在一起显示出来并传递给修正模块30进行故障诊断及优化控制。确认主厂房和辅助车间的各控制点，自动控制系统实时监控各控制点的设备状态，及时进行故障诊断并预警。

在一些实施方式中，设置在主厂房和辅助车间的各控制点，主厂房的控制点包括数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)、锅炉炉膛安全保护(FSSS)、电气控制系统(ECS)、汽机跳闸保护系统(ETS)和汽机数字式电液调节系统(DEH)；辅助车间的控制点包括烟气脱硫、水务处理、灰渣处理、输煤程制和空调控制。监控信息系统设有与其它系统传递数据的其它系统接口。

自动控制系统采用了火电厂锅、机、电完整的DCS控制方案，通过对火电机组运行的集中监视和分散控制，完成数据采集、处理、显示、报警、制表打印和性能分析计算，完成机组的全部自动调节功能、逻辑控制和联锁保护，实现以CRT为中心的监视和控制，确保机组以最佳方式运行，当机组发生异常情况或事故工况时，通过保护、联锁逻辑，自动切换有关设备，避免工艺设备的损坏，提供完善的事故追忆、操作记录、报警记录和事件记录，分清事故原因，提高运行水平，帮助电厂实现提高安全性和经济性的目的。

控制模块40，用于通过冗余控制网络ELIN用于连接数据采集模块10、检测模块20、修正模块30、工程师站、操作员站和历史数据站，完成各控制点的通讯和数据交换，传输速率100Mbps，通讯介质为双绞线，采用TCP/IP协议。

在一些实施方式中，自动控制系统的系统网络为冗余Ethernet，用于连接工程师站、操作员站等，完成各站的通讯和数据交换，传输速率100Mbps，通讯介质为超五类双绞线，采用TCP/IP协议，基于交换型快速以态网。自动控制系统采用高配置的工业PC机作为人机接口的硬件。监控系统操作站显示的分辨力为1280×1024，具有32k种颜色，完全汉化显示(包括报警)。

T3500/DS开发软件是在WINDOWS NT工作平台上运行的一组支持通讯、策略组态、数据库生成、系统测试、运行和维护的工具软件。用于显示画面及报表等组态的软件工具，T3500/RT过程监控操作和控制是基于Windows NT平台的完全集成的控制系统组态软件。其核心部分是世界排名第一的工业自动化控制组态软件(FIX)，具有强大的控制和监视功能以及优良的人机界面。用于控制策略组态的LINtools软件组态方式灵活，为图形化、模块化的组态方式，组态工具提供IEC1131-3标准的多种功能及算法模块供用户选用，可完成数据采集、模拟量控制、顺序控制的控制策略组态。

实施例2

如图2所示，本申请实施例提供一种电子设备，其包括存储器101，用于存储一个或多个程序；处理器102。当一个或多个程序被处理器102执行时，实现如上述第一方面中任一项的系统。

还包括通信接口103，该存储器101、处理器102和通信接口103相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器101可用于存储软件程序及模块，处理器102通过执行存储在存储器101内的软件程序及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。该通信接口103可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

其中，存储器101可以是但不限于，随机存取存储器101(Random Access Memory，RAM)，只读存储器101(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器101(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。

处理器102可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102可以是通用处理器102，包括中央处理器102(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器102(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器102(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器102执行时实现如上述第一方面中任一项的系统。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述系统的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器101(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器101(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，优化设备运行，大幅度提高设备的利用率，减少因设备故障导致停产而造成的直接经济损失，减少生产准备时间和非计划停机次数，提高电厂的综合效益，保证电厂的安全经济运行，减少电力污染物的产生。提高能源利用率，促进节能降耗。本发明通过对电力运行进程进行全面适时地监控，有利于电厂生产过程优化和设备运行效率的提高，达到优化生产，减少发电煤量单耗的目的，促进节能降耗。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集火电厂多个自动调节回路数据信息，包括机组负荷、自动调节回路中被控对象的设定值、传感器采集的测量值以及执行器开度指令、开度反馈值；

检测模块，用于检测进入火电厂锅炉的煤粉的进煤参量、排出的炉渣的排出参量、除尘器排出的细灰的排出参量；

修正模块，用于将数据采集模块传递来的各机组的运行参数与设置在数据库中的目标值进行比较，并对各机组的运行参数进行修正，使机组在最佳参数和工况条件下运行，同时将数据传递给自动控制系统。

2.如权利要求1所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，所述数据采集模块还包括：

数据分析子模块，用于以预设时间点为周期执行，对采集到的火电厂多个自动调节回路数据信息依次计算，检查控制回路是否存在执行器或者传感器故障。

3.如权利要求2所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，还包括：

数据写入子模块，用于将预设时间点内自动调节回路中传感器测量值、执行器开度指令、自动调节回路中被控对象的设定值以及机组负荷的历史值写入csv格式文件中。

4.如权利要求1所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，所述检测模块还包括：

图像检测子模块，用于对煤粉在煤粉输送带上运输经过研磨和干燥的煤粉图像数据进行图像检测。

5.如权利要求4所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，还包括：

从俯视角度及侧视角度检测煤粉在煤粉输送带上的毫米波图片，检测运输火电厂渣斗中排出的细灰及火电厂除尘器中的气体压力。

6.如权利要求1所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，所述修正模块还包括：

数据传递子模块，用于自动控制系统将各种数据和信息集成在一起显示出来并传递给修正模块进行故障诊断及优化控制。

7.如权利要求6所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，还包括：

确认主厂房和辅助车间的各控制点，自动控制系统实时监控各控制点的设备状态，及时进行故障诊断并预警。

8.如权利要求1所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，还包括：

控制模块，用于通过冗余控制网络ELIN用于连接数据采集模块、检测模块、修正模块、工程师站、操作员站和历史数据站，完成各控制点的通讯和数据交换，传输速率100Mbps，通讯介质为双绞线，采用TCP/IP协议。

9.如权利要求8所述的一种基于人工智能的火电厂自动控制系统，其特征在于，包括：

用于存储计算机指令的至少一个存储器；

与所述存储器通讯的至少一个处理器，其中当所述至少一个处理器执行所述计算机指令时，所述至少一个处理器使所述系统执行：数据采集模块、检测模块、修正模块及控制模块。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9中任一项所述的系统。

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