基于OPC的PCS7主蒸汽温度模糊自适应PID控制系统的设计与实现
发布时间：2021-08-26 19:57
锅炉是火力发电、化工、制造业、石油等工业部门的重要能源设备,锅炉主蒸汽温度是保证锅炉正常运行的重要指标,主蒸汽温度的稳定会直接影响到工业生产的安全性和经济性。由于主蒸汽温度对象具有迟延和惯性,使用普通PID控制很难保证主蒸汽温度的高精度控制要求。大量文献致力于应用智能控制解决主蒸汽温度控制中的迟延和惯性问题,基本都停留在仿真阶段,很少有应用于工程实际。SMPT1000是由西门子公司开发的,实物模拟装置与数字仿真技术相结合的实验装置,用于实验室进行锅炉的模拟实验。本文以SMPT1000中锅炉模型为被控对象,PCS7作为过程控制装置,通过PCS7采集SMPT1000中锅炉主蒸汽温度,输出减温水流量信号,MATLAB实现模糊自适应PID控制,借助OPC通讯实现PCS7和MATLAB的数据传输,从而完成对主蒸汽温度的控制。本文通过施加减温水阀门开度阶跃实验的方法来获取主蒸汽温度的动态特性,并借助MATLAB中Curve Fitting Tool工具箱拟合出主蒸汽温度的传递函数。基于此进行了模糊自适应PID控制系统的设计,开展了基于MATLAB的仿真研究,仿真结果表明模糊自适应PID较普通PID...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SMPT1000工艺流程
第二章主蒸汽温度特性7汽侧负荷变化带来的扰动和减温水流量和温度变化带来的扰动[26]。蒸汽负荷主要是蒸汽流量。烟气侧的扰动影响因素有很多包括：燃料中水分的影响、燃烧器喷嘴的角度影响、受热面结痂的影响、烟气含氧量的影响以及烟气的温度的影响等都会导致主蒸汽温度的变化。减温水侧扰动主要包括从减温器喷出水的温度以及减温器的出水流量的影响。本文主要研究减温水出口流量对主蒸汽温度的影响。在SMPT1000中将减温水阀门开度从23%调整为18%获得主蒸汽温度对减温水调门开度特性曲线如图2.2所示。图2.2减温水阀门阶跃扰动下主蒸汽温度的动态特性由图2.2可知，锅炉主蒸汽温度对象具有迟延、惯性、有自平衡能力，可以用式(2-1)所示的传递函数描述：seTsKSG1)((2.1)其中，τ——迟延时间；T——惯性时间常数；K——放大系数。为了确定主蒸汽温度的准确数学模型，本文借助MATLAB中的CurveFittingTool工具箱，使用插值法进行曲线拟合从而确定主蒸汽温度的传递函数。
基于OPC的PCS7主蒸汽温度模糊自适应PID控制系统的设计与实现8MATLAB作为OPC客户机，通过OPC通信，以0.5秒为采样周期从OPC服务器PCS7中（其中MATLAB和PCS7的OPC配置见第四章内容）获得主蒸汽温度数值，获得主蒸汽温度的变化数据见附录1。将主蒸汽温度和时间分别导入到CurveFittingTool工具箱的Xdata、Ydata中，选择拟合方程为CustomEquation方式，拟合方程式为Y=K*(1-exp(-(x-b)/c))，拟合出来的曲线如图3.2所示。其中结果框中显示了拟合后的方程式的参数值，K代表放大系数、b代表了滞后时间，c代表了时间常数。图2.3CurveFittingTool工具箱曲线拟合结果所以获得被控对象的传递函数为：sessG096.364.161276)((2.2)由图2.3可知，在结果栏中的Goodnessoffit可以得到传递函数的拟合误差。其中SSE代表和方差，R-square代表确定系数为0.9678，RMSE代表均方根为15.86。其中确定系数R-square越接近1，拟合度越高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火电机组主蒸汽温度内模控制系统设计[J]. 杨慎敏,张洪涛,刘永红,徐欣航,侯倩,潘君炜. 河北电力技术. 2019(05)
[2]基于OPC的SIMATIC PCS7预测控制实验系统设计与实现[J]. 刘宝,张晨. 实验技术与管理. 2017(04)
[3]基于SIMATIC PCS7的预测控制在2×2耦合四容水箱系统的控制实现[J]. 史运涛,何安. 化工自动化及仪表. 2014(08)
[4]基于控制历史的锅炉主汽温度自适应PID控制[J]. 陈林海,高强权,韩磊. 计算机仿真. 2014(01)
[5]基于OPC通信技术的火电厂DCS后台控制[J]. 王杰,高昆仑,王万召. 电力自动化设备. 2013(04)
[6]模糊控制系统设计与分析[J]. 吕祖强. 黑龙江科技信息. 2011(22)
[7]基于粒子群算法的火电厂热工过程模型辨识[J]. 张洪涛,胡红丽,徐欣航,刘永红. 热力发电. 2010(05)
[8]模糊控制理论综述[J]. 楚焱芳,张瑞华. 科技信息. 2009(20)
[9]主汽温控制现状及其新方法应用研究[J]. 吴吕斌,罗自学,周怀春,张云涛. 电站系统工程. 2009(01)
[10]基于Solaris的DCS内嵌式先进控制与优化软件的设计和应用[J]. 弓岱伟,孙德敏,孟祥荣. 小型微型计算机系统. 2008(08)
硕士论文
[1]锅炉主蒸汽温度控制策略研究及仿真分析[D]. 吕书艳.新疆大学 2017
[2]锅炉主蒸汽温度多级智能控制系统方法改进研究[D]. 祝维靖.重庆大学 2017
[3]基于OPC和PLC的煤矿主扇风机在线监控系统的研究与设计[D]. 赵涛.太原理工大学 2010
[4]自抗扰控制技术在火电机组DCS中的应用研究[D]. 聂玲.华北电力大学（北京） 2010
[5]镍基高温合金微观疲劳性能的实验研究[D]. 侯方.中国科学技术大学 2009
本文编号：3364871
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SMPT1000工艺流程
第二章主蒸汽温度特性7汽侧负荷变化带来的扰动和减温水流量和温度变化带来的扰动[26]。蒸汽负荷主要是蒸汽流量。烟气侧的扰动影响因素有很多包括：燃料中水分的影响、燃烧器喷嘴的角度影响、受热面结痂的影响、烟气含氧量的影响以及烟气的温度的影响等都会导致主蒸汽温度的变化。减温水侧扰动主要包括从减温器喷出水的温度以及减温器的出水流量的影响。本文主要研究减温水出口流量对主蒸汽温度的影响。在SMPT1000中将减温水阀门开度从23%调整为18%获得主蒸汽温度对减温水调门开度特性曲线如图2.2所示。图2.2减温水阀门阶跃扰动下主蒸汽温度的动态特性由图2.2可知，锅炉主蒸汽温度对象具有迟延、惯性、有自平衡能力，可以用式(2-1)所示的传递函数描述：seTsKSG1)((2.1)其中，τ——迟延时间；T——惯性时间常数；K——放大系数。为了确定主蒸汽温度的准确数学模型，本文借助MATLAB中的CurveFittingTool工具箱，使用插值法进行曲线拟合从而确定主蒸汽温度的传递函数。
基于OPC的PCS7主蒸汽温度模糊自适应PID控制系统的设计与实现8MATLAB作为OPC客户机，通过OPC通信，以0.5秒为采样周期从OPC服务器PCS7中（其中MATLAB和PCS7的OPC配置见第四章内容）获得主蒸汽温度数值，获得主蒸汽温度的变化数据见附录1。将主蒸汽温度和时间分别导入到CurveFittingTool工具箱的Xdata、Ydata中，选择拟合方程为CustomEquation方式，拟合方程式为Y=K*(1-exp(-(x-b)/c))，拟合出来的曲线如图3.2所示。其中结果框中显示了拟合后的方程式的参数值，K代表放大系数、b代表了滞后时间，c代表了时间常数。图2.3CurveFittingTool工具箱曲线拟合结果所以获得被控对象的传递函数为：sessG096.364.161276)((2.2)由图2.3可知，在结果栏中的Goodnessoffit可以得到传递函数的拟合误差。其中SSE代表和方差，R-square代表确定系数为0.9678，RMSE代表均方根为15.86。其中确定系数R-square越接近1，拟合度越高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]火电机组主蒸汽温度内模控制系统设计[J]. 杨慎敏,张洪涛,刘永红,徐欣航,侯倩,潘君炜. 河北电力技术. 2019(05)
[2]基于OPC的SIMATIC PCS7预测控制实验系统设计与实现[J]. 刘宝,张晨. 实验技术与管理. 2017(04)
[3]基于SIMATIC PCS7的预测控制在2×2耦合四容水箱系统的控制实现[J]. 史运涛,何安. 化工自动化及仪表. 2014(08)
[4]基于控制历史的锅炉主汽温度自适应PID控制[J]. 陈林海,高强权,韩磊. 计算机仿真. 2014(01)
[5]基于OPC通信技术的火电厂DCS后台控制[J]. 王杰,高昆仑,王万召. 电力自动化设备. 2013(04)
[6]模糊控制系统设计与分析[J]. 吕祖强. 黑龙江科技信息. 2011(22)
[7]基于粒子群算法的火电厂热工过程模型辨识[J]. 张洪涛,胡红丽,徐欣航,刘永红. 热力发电. 2010(05)
[8]模糊控制理论综述[J]. 楚焱芳,张瑞华. 科技信息. 2009(20)
[9]主汽温控制现状及其新方法应用研究[J]. 吴吕斌,罗自学,周怀春,张云涛. 电站系统工程. 2009(01)
[10]基于Solaris的DCS内嵌式先进控制与优化软件的设计和应用[J]. 弓岱伟,孙德敏,孟祥荣. 小型微型计算机系统. 2008(08)
硕士论文
[1]锅炉主蒸汽温度控制策略研究及仿真分析[D]. 吕书艳.新疆大学 2017
[2]锅炉主蒸汽温度多级智能控制系统方法改进研究[D]. 祝维靖.重庆大学 2017
[3]基于OPC和PLC的煤矿主扇风机在线监控系统的研究与设计[D]. 赵涛.太原理工大学 2010
[4]自抗扰控制技术在火电机组DCS中的应用研究[D]. 聂玲.华北电力大学（北京） 2010
[5]镍基高温合金微观疲劳性能的实验研究[D]. 侯方.中国科学技术大学 2009
本文编号：3364871
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