锅炉自动控制系统论文提纲

论文题目：基于树莓派的储热式电锅炉自动控制系统研制

摘要：能源短缺和空气污染已成为全世界共同面临的两大难题,目前我国多数地区仍以燃煤锅炉作为供热设备,大量散烧煤未经处理直接燃烧对生态环境造成了严重影响。北京现已开始实施区域化供暖项目,并使用清洁能源代替原有的煤炭供暖。为了响应国家环保、电力部门号召,在改变以煤为主的传统能源格局转向多元化供给模式转变的大方向下,以“电代煤”、“削峰填谷”为指导思想的储热式电锅炉应运而生。本文以储热式电锅炉为背景建立模型,设计了一套基于储热电锅炉无线网络的DCS分布式控制系统。该储热式电锅炉采用低谷电加热蓄热方式,具有传统供暖设备无法比拟的优点。首先,其控制系统采用树莓派作为现场核心控制器,设计包括温度采集模块、储热供水模块、变频风机模块、通讯模块以及其他外围模块;然后,在供暖温度的调节中采用专家模糊PID智能控制算法,以满足现代企业对储热式电锅炉供暖精度的需求;其次,利用Python语言编写现场控制器程序并采用PyQt5开发库设计储热式电锅炉上位机服务端界面,上位机界面可以设置各个控制点电锅炉的加热管、风机、水泵的模式以及分时段控制温度,并具有报警记录功能和显示实时温度、频率曲线的功能;最后,上位机通过无线网络实现与现场控制器的通讯功能,完成对每一个客户端自动控制系统的远程实时监测与管理控制。试验结果表明,本文设计的储热式电锅炉自动控制系统克服了传统控制系统在测控功能、人机交互界面、数据处理、网络功能和智能算法等方面存在的不足,实现安全、稳定、高效的向用户供暖,对供暖控制系统实际开发具有借鉴意义。

关键词：储热式电锅炉;供暖温度控制;树莓派;专家模糊PID;上位机

学科专业：电气工程（专业学位）

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外相关课题的研究现状

1.2.1 储能技术研究现状

1.2.2 储热式电锅炉控制系统的研究现状

1.3 本文的主要工作及研究要点

1.4 课题章节安排

第二章 储热式电锅炉控制系统总体设计

2.1 储热式电锅炉控制系统功能概述

2.2 储热电锅炉控制系统设计方案

2.2.1 控制系统总体结构

2.2.2 现场控制端控制系统设计

2.2.3 上位机的功能及要求

2.3 现场供暖温度控制系统软硬件方案

2.3.1 控制系统硬件平台

2.3.2 控制系统软件平台

2.4 本章小结

第三章 储热式电锅炉控制系统算法研究

3.1 被控对象系统的分析

3.1.1 储热式电锅炉的原理

3.1.2 控制系统模型辨别

3.2 PID控制算法及改进技术

3.2.1 常规PID控制算法

3.2.2 PID技术的改进

3.3 专家模糊PID控制器设计

3.3.1 专家模糊PID算法原理

3.3.2 专家模糊PID控制算法设计

3.4 RBF神经网络PID控制器设计

3.4.1 径向基神经网络原理

3.4.2 基于RBF神经网络PID控制算法设计

3.5 控制算法模型仿真

3.5.1 PID控制算法仿真模型

3.5.2 专家模糊PID控制算法仿真模型

3.5.3 RBF神经网络网络PID控制算法仿真模型

3.5.4 仿真结果与性能分析

3.6 本章小结

第四章 储热式电锅炉控制系统硬件设计

4.1 硬件总体控制系统设计

4.2 微控制器介绍

4.3 温度采集模块设计

4.3.1 温度传感器介绍

4.3.2 温度的采集控制

4.4 控制执行模块设计

4.4.1 储热供水模块

4.4.2 变频风机硬件选型

4.5 通讯模块设计

4.5.1 通信接口电路设计

4.5.2 串口通讯转换模块

4.6 其他外围模块设计

4.6.1 存储模块设计

4.6.2 电源模块的设计

4.6.3 液位测量模块设计

4.6.4 报警模块设计

4.7 本章小结

第五章 储热式电锅炉控制系统软件设计

5.1 软件开发平台的搭建与配置

5.1.1 Python语言简介

5.1.2 安装树莓派操作系统

5.2 客户端软件总体设计与实现

5.2.1 温度采集软件设计与实现

5.2.2 加热管循环泵软件设计与实现

5.2.3 变频风机的软件设计与实现

5.3 通讯协议及调用接口软件设计

5.3.1 C/S架构通讯模式

5.3.2 TCP/IP通讯协议

5.3.3 Socket通讯接口设计

5.4 上位机图形界面设计与开发

5.4.1 图形界面开发环境的搭建

5.4.2 登录界面设计

5.4.3 主页界面设计

5.4.4 控制设备界面设计

5.4.5 报警界面设计

5.4.6 实时曲线功能设计

5.5 控制系统测试

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢