锅炉监控系统开发及燃烧过程优化控制研究

摘要

锅炉，是非常常见的供热供暖设备，广泛的应用于人类的生产生活中。然而锅炉燃烧过程一旦没有得到有效的控制，就会造成燃烧效率低下，产生一定的经济损失，或者排出的烟气含碳量过高，对环境造成破坏和污染。如果没有控制得当，甚至会发生危险，危及人员生命及财产安全。因此几十年来，人们对于锅炉的控制技术的研究一直没有停止过。
　　本文针对辽河油田采油厂某锅炉房的2台蒸汽锅炉和3台热水锅炉为控制对象，阐述了锅炉组过程工艺及该锅炉组控制系统的相关设备与作用。建立了三层具有分布式结构的冗余监控系统，给出了总体控制方案。完成了下位机硬件组态、网络组态以及上位机监控系统的开发。其中，采用具有冗余功能的SIEMENS公司S7-400H系列PLC作为主控制器，与ET200远程I/O站结合，构成现场控制级;监控级应用西门子公司的WinCC人机交互软件来开发监控画面，实现了过程参数的实时显示与数据处理、数据记录、历史曲线及报警记录等功能。
　　同时，针对当前锅炉燃烧控制系统大多采用的工程整定PID控制器存在的不足，研究了基于非线性优化方法的模糊PID控制器。模糊PID控制器虽然在性能要优于传统PID，然而对于PID控制参数的初值设定，仍然需要工程技术人员具备一定的经验或时间来找到一组合适的初值。本文将PID控制参数初值的设定，看作为一个带约束的非线性规划问题，用基于序列二次规划算法来解决这一初值设定问题，提出了基于非线性优化算法来设定控制参数初值的模糊PID控制器。并与传统工程整定法的PID控制器进行了仿真对比研究。通过仿真实验，验证了本文非线性优化模糊PID控制器，具有良好的控制效果及抗干扰性，对于系统建模误差有较强的鲁棒性，具有工程实用意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 项目背景及研究意义

1．2 相关技术发展现状

1．2．1 模糊控制技术的发展

1．2．2 非线性优化技术的发展

1．3 本文研究内容

2 燃煤链条式锅炉群系统工艺流程

2．1 燃煤链条式锅炉设备简介

2．2 锅炉燃烧过程概述

2．2．1 煤燃烧过程简介

2．2．2 烟气向水传热过程

2．2．3 水的气化过程

2．3 锅炉燃烧控制系统控制任务

2．4 本章小结

3 燃煤链条式锅炉燃烧过程控制方案设计

3．1 锅炉燃烧控制系统的组成

3．2 锅炉燃烧系统控制方案

3．2．1 给煤量控制系统

3．2．2 引风量控制系统

3．3 燃烧过程控制系统组态

3．3．1 硬件组态及参数配置

3．3．2 PC站的组态及参数配置

3．3．3 网络组态

3．4 本章小结

4 锅炉群燃烧过程监控系统设计

4．1 锅炉群燃烧系统分布式结构

4．2 监控系统的开发

4．2．1 设计思路

4．2．2 监控系统的架构

4．3 监控画面设计

4．3．1 锅炉组监控主界面

4．3．2 各锅炉监控主界面

4．3．3 参数设定界面

4．3．4 过程变量记录

4．3．5 报警记录

4．4 本章小结

5 锅炉燃烧控制优化算法研究

5．1 带约束的非线性优化方法

5．2 模糊控制策略

5．2．1 模糊控制原理

5．2．2 模糊控制器的组成和功能

5．2．3 模糊PID控制器的设计

5．3 控制器的设计

5．4 算法仿真研究

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢