基于數據挖掘的火電廠鋼球磨煤機制粉系統自動控制方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于數據挖掘技術的火電廠鋼球磨煤機制粉系統自動控制方法，采用基于數據挖掘技術的多入多出（ＭＩＭＯ）模糊控制器對給煤量，熱風門開度、再循環風門開度和冷風門開度進行自動調節，ＭＩＭＯ模糊控制器中的隸屬度函數是在對現場記錄數據使用基于模糊加權共享最近鄰的密度聚類算法基礎上建立，控制規則通過對現場數據進行模糊控制規則挖掘后得到，避免了模糊控制器傳統方法的主觀性和局限性，為火電廠鋼球磨煤機制粉系統安全可靠的運行提供了保證。該方法不僅使制粉系統一直在最佳方式下運行，還可有效降低磨煤機震動、防止磨煤機滿灌和斷煤，杜絕事故的發生，減輕工人勞動強度，減少維護量，改善工作環境，并使粉塵污染和噪聲污染有所改善。

Automatic control method of ball mill coal pulverizing system based on Data Mining

The invention discloses a method based on data mining technology in thermal power plant ball mill coal pulverizing system automatic control method, using multi data mining based on multi fuzzy controller (MIMO) for coal quantity, hot air valve, recirculation throttle opening and air door opening for automatic control, fuzzy MIMO the membership function in the controller is in the field of data based on fuzzy weighted sharing based on density clustering algorithm the nearest neighbor set, control rules obtained by the fuzzy control rules of field data, to avoid the subjectivity and limitation of traditional fuzzy controller method, provides the guarantee for the safe and reliable operation of power plant ball mill the coal pulverizing system. This method not only makes the coal pulverizing system has been running in the best way, but also can effectively reduce the mill vibration, prevent mill filling and broken coal, eliminate accidents, reduce labor intensity, reduce the amount of maintenance, improve the working environment, and the dust pollution and noise pollution has improved.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種控制方法，涉及火力發電廠鋼球磨煤機制粉系統的自動 控制，特別是一種基于數據挖掘技術的火電廠鋼球磨煤機制粉系統自動控制 方法。
技術介紹
我國的燃煤火力發電廠中，鋼球磨煤機制粉系統應用非常廣泛，作為其 中關鍵設備的磨煤機，絕大部分依然運行于人為判斷和手工操作的原始狀 態，磨煤機在運行過程中，堵煤、超溫、跑粉、漏風、欠煤等現象時有發生， 有時甚至造成設備損壞事故，導致機組停運，給電廠帶來很大的經濟損失。更重要的是，磨煤機是電廠的耗電大戶，其耗電量約占廠用電的20%左右， 由于磨煤機目前仍采用人工控制的手段，磨煤機無法一直運行在最佳工況 下，造電廠用電消耗大，經濟效益差。國外火力發電廠制粉系統的自動化程度較高，計算機控制技術也得到了 普遍的使用，但是國外電廠多采用的是中速磨煤機直吹式制粉系統，與國內 廣泛采用的鋼球磨煤機制粉系統結構不同，無法照搬。國內也有一部分火力發電廠采用了磨煤機的自動控制裝置，除硬件選擇 上參差不齊外，在控制策略和控制算法上也不盡相同。國內目前對于制粉系 統的自動控制大部分僅以磨煤機內存煤量為控制目標來調節給煤量，我們知 道，制粉系統的制粉量(即出力)的大小受磨制出力、干燥出力和通風出力 三者的限制，如果僅對給煤量的自動調節只是對其磨煤出力實施了控制，而 其它兩個出力的還是以手動進行操作，雖然在控制算法上，國內也采用了一 些先進的控制算法，但由于其是手動配合自動調節，使得從結構上就處于一種半自動的狀態，而且沒有對三個出力同時優化，最終導致使用效果上也不 盡人意。針對單回路存在的問題，目前對制粉系統的多回路控制的研究也有了長 足的發展，所謂多回路即是根據磨煤出力、干燥出力和通風出力為控制目標， 來調節給煤量和風門的開度。相關的控制輸入量是內存煤量、出口溫度和入 口負壓，而控制輸出量則為給煤量、熱風門開度和再循環風門開度(或冷風 門開度)。在多回路控制方面，有的采用的是經典的PID算法，該算法是根 據內存煤量來控制給煤量、根據出口溫度來控制熱風門以及根據入口負壓來 控制再循環風門開度(或冷風門開度)，從結構看是將三個回路獨立控制，這種模式使控制器設計簡單，易于實現。但后期的參數調節，需要設定3 套PID參數而且還要互相配合，這就成了一個難點。此外，由于制粉系統 的一個主要特點就是其強耦合性，將三個回路獨立實施控制，這種方法不僅 缺少可靠的理論依據而且在實際中也無法從根本上解決耦合問題。有的采用 預測控制或解耦控制算法，但這類控制需要知道控制對象的數學模型，而制 粉系統為非線性的復雜系統，其精確的數學模型不易得到，因此使得這類算 法不適合推廣應用。神經網絡不太依賴對控制對象的數學模型，但是，由于 神經網絡類的算法均需要一個訓練集而且其訓練過程比較繁瑣，而制粉系統 在控制的實時性上有一定要求，使得神經網絡在實際推廣和應用上受到了不 少的限制。模糊控制也不需要控制對象的模型且較常規方法具有很好的穩定 性和魯棒性，但在模糊控制中，隸屬度函數和控制規則的建立通常是跟據以 往的設計經驗以及專家和操作人員的知識和經驗，這就不可避免的會產生一 定的局限性和主觀性，從而影響到模糊控制器的控制品質，而且對于這種多 入多出(MIMO)模糊控制器，均會遇到規則的爆炸問題，從而使得模糊控 制器的設計變得十分困難。為解決這些問題，直接對現場記錄的數據庫的數 據挖掘，從而自動構建出隸屬度函數和控制規則庫。因此，在此基礎上設計 出來的MIMO模糊控制器更適合控制對象的特性，為球磨機能夠在自動控 制下始終穩定、高效運行提供了保證。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種基于數據挖掘技術的火電廠鋼球磨煤機制 粉系統自動控制方法，該方法通過對給煤量、熱風門開度、再循環風門開度 和冷風門開度的調節使得制粉系統在安全穩定的前提下一直在最佳方式下 運行。這樣不僅為鍋爐系統的優質燃燒提供了有效保證，而且能夠提高火電 廠的經濟效益。為了實現上述任務，本專利技術采取如下的技術解決方案 一種基于數據挖掘技術的火電廠鋼球磨煤機制粉系統自動控制方法，其 特征在于，該方法以磨機負荷、磨機出口溫度、磨機入口負壓和磨機出入口壓差作為控制目標，使用MIMO模糊控制器對給煤量、熱風門開度、再循環風門開度和冷風門開度進行調節，從而實現火電廠鋼球磨煤機制粉系統的自動控制。其中，MIMO模糊控制的隸屬度函數和控制規則是通過對現場記 錄數據進行數據挖掘自動獲得的，具體包括以下步驟-1)根據人工操作狀態下現場記錄的磨機負荷^/、磨機出口溫度w、磨 機入口負壓"P、磨機出入口壓差;^和設定值之間偏差的歷史數據，構建輸 入空間數據庫。這四個變量都是按照相等的時間間隔同時被寫入數據庫內， 則每一條記錄可以看作為一個對象。如果將這四個變量看作是數據庫的維， 則輸入空間數據庫是個四維數據庫，這四個維分別是磨機負荷的偏差^,、 磨機出口溫度的偏差e。,、磨機入口負壓的偏差 、磨機出入口壓差的偏差 。此外，由于磨機入口負壓和磨機出入口壓差之間存在著耦合關系，則 稱這兩個維是耦合維；同理，構建的輸出空間數據庫則包括給煤量",、熱風 門開度&、再循環風門開度",和冷風門開度^這四個維，且輸出空間數據庫 沒有耦合維；2) 為了方便后面的計算，將所有數據的數值歸一化歸-化后數據=(設定值-測量值)偏差的值域3) 根據輸入變量的重要性，給輸入空間數據庫中的每個維，即^,,、 e ,、& 和 ，分別賦以權重^氣， < 禾口 M;4 )計算輸入空間數據庫中對象;c和y間關于維 的絕對距離為 "《=|《-《|，其中《表示對象x維^的值，《表示對象y維 的值。同 理，對象x和;;間關于維 的絕對距離為fl^ 。 J 和^^分別為"《和"^ 所對應的語言變量且語言值為{零，正小，正中，正大}。 1《和M^分別代表維 和維 的修正權重，它們對應的語言變量為^;和^L且語言值為(負大，負小，零，正小，正大}。 ^^和^v的論域選擇而《和『^的論域為。根據專家知識和現場操作人員的經驗，可以得到^ 、W,《 和^^對應的隸屬度離散值以及一系列模糊規則，使用最大一最小的推理方 法并按最大隸屬度去模糊化，即可提前求得修正權重模糊查詢表(如表1 所示)。表l:修正權重模糊查詢表<table>table see original document page 10</column></row><table>1.00. 31.0-l.O1.00. 70.5_1. 01. 01.0_1.005)在實際計算時，先求出"《'和W;S，然后查詢權重模糊查詢表得到w; 和h^，接著根據以下公式，計算出維^和維^的最終權重氣和w。"< m'叩=+ A則p ，=m>+、w.其中，*，和分別是維~和維 修正權重系數。6) 根據以下公式計算輸入空間數據庫中對象x和們司的模糊加權距離— J) = -VL)2 -《')2 -《)2 -</)27) 根據輸入空間數據庫中對象間的模糊加權距離，找出對象的4-最近 鄰，如果兩個對象分別在對方的4-最近鄰中，則這兩個對象間的模糊加權共 享最近鄰>朋"等于它們共享的近鄰個數；否則本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于數據挖掘技術的火電廠鋼球磨煤機制粉系統自動控制方法，其特征在于，該方法以磨機負荷、磨機出口溫度、磨機入口負壓和磨機出入口壓差作為控制目標，使用ＭＩＭＯ模糊控制器對給煤量、熱風門開度、再循環風門開度和冷風門開度進行調節，實現火電廠鋼球磨煤機制粉系統的自動控制，其中，模糊控制的隸屬度函數和控制規則是通過對現場記錄數據進行數據挖掘自動獲得；具體包括以下步驟：１）根據人工操作狀態下現場記錄的磨機負荷ｂｍｌ、磨機出口溫度ｏｔ、磨機入口負壓ｎｐ、磨機出入口壓差ｐｄ和設定值 之間偏差的歷史數據，構建輸入空間數據庫，上述四個變量按照相等的時間間隔同時被寫入數據庫內，每一條記錄看作一個對象；如果將四個變量看作是數據庫的維，則輸入空間數據庫是個四維數據庫，這四個維分別是磨機負荷的偏差ｅ↓［ｂｍｌ］、磨機出口溫度的偏差ｅ↓［ｏｔ］、磨機入口負壓的偏差ｅ↓［ｎｐ］、磨機出入口壓差的偏差ｅ↓［ｐｄ］；此外，磨機入口負壓和磨機出入口壓差之間存在的耦合關系，則稱這兩個維是耦合維；同理，構建的輸出空間數據庫則包括給煤量ｕ↓［ｆ］、熱風門開度ｕ↓［ｈ］、再循環風門開度ｕ↓［ｒ］和冷風門開度ｕ↓［ｃ］這四個維，且輸出空間數據庫沒有耦合維；２）使用基于模糊加權共享最近鄰的密度聚類算法，對輸入空間數據庫進行聚類，接著根據簇間鄰近性量度將發現的簇凝聚，使最終簇的個數等于ＭＩＭＯ模糊控制器中輸入變量語言 值的個數；３）計算步驟２）形成的簇的簇心，將簇和簇心投影到輸入變量的論域上；選擇三角形函數作為隸屬度函數，簇的投影形成區間的最小值和最大值作為三角型隸屬度函數的最左邊的值和最右邊的值，而簇心的投影作為三角型隸屬度函數的中心值；按照簇 心投影從小到大的順序，依次將這些隸屬度函數定義為輸入變量語言值的隸屬度函數，完成輸入變量隸屬度函數的構建；４）對輸出空間數據庫，重復步驟２）～步驟３），完成輸出變量隸屬度函數的構建；５）將輸入空間數據庫和輸出空間數據庫合成為 規則挖掘數據庫，該數據庫包括８個維，分別是ｅ↓［ｂｍｌ］、ｅ↓［ｏｔ］、ｅ↓［ｎｐ］、ｅ↓［ｐｄ］、ｕ↓［ｆ］、ｕ↓［ｈ］、ｕ↓［ｒ］和ｕ↓［ｃ］；在合成后的數據庫上使用模糊控制規則挖掘算法得到ＭＩＭＯ模糊控制器中使用的控制規則；６ ）在步驟１）～步驟５）的基礎上，使用多入多出ＭＩＭＯ模糊控制器對給煤量、熱風門開度、再循環風門開度和冷風門開度進行自動調節，從...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹暉，司剛全，張彥斌，賈立新，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]