锅炉的计算机控制探究论文提纲

论文题目：基于西门子PCS7的锅炉控制系统设计

摘要：锅炉是发电、冶金、机械铸造等工业过程的热源和动力源,随着科技的进步、计算机水平的不断提高,现代工业逐渐向着连续化、大型化、复杂化和高度自动化方向发展,对锅炉的控制要求也越来越高。锅炉系统被控过程机理复杂,大惯性、大时滞、时变不确定性等特性越来越突出,并且在噪声、负荷变化等扰动因素的影响下,会造成过程对象参数,乃至模型结构发生变化,使得目前锅炉控制系统中普遍应用的PID单回路控制策略控制效果不佳,难以满足实时控制的要求,不能解决复杂工业过程的控制问题。因此,必须设计合理的锅炉控制方案,研究先进的过程控制规律,智能控制便是其中一种有效的控制策略。首先,本文介绍了典型蒸汽锅炉系统设备的基本组成及工作过程,明确了锅炉系统的控制任务和工艺参数要求。在分析锅炉过程对象特性的基础上,为了满足控制需求,保证锅炉生产的安全运行,遵循一定的设计原则,设计了锅炉系统综合控制方案,包括连续控制方案以及开、停车顺序控制方案。其次,针对锅炉对象的复杂特性,进行控制算法的研究。以模糊控制理论为基础,对常规PID控制技术进行改进,设计了模糊PID控制器,并建立以辐射能信号为中间变量的蒸汽压力串级控制回路仿真模型,在MATLAB/Simulink上完成了仿真实验,仿真结果表明了模糊PID控制算法的优越性。然后,无论是PID控制器还是模糊PID控制器,它们的参数整定都存在人为主观性,整定过程较为盲目繁琐、耗时耗力,往往使得所设计的控制器不能处于最佳的工作状态。因此,本文在介绍粒子群优化算法基本原理的基础上,给出一种非线性递减惯性权重的粒子群优化方法,将智能优化算法和智能PID控制算法相融合,对模糊PID控制器参数进行寻优,使控制器性能达到近似最优。仿真结果表明,基于粒子群算法优化的模糊PID控制器具有更好的控制效果,鲁棒性好,自适应能力强。最后,基于西门子PCS7过程控制系统以及SMPT-1000过程控制实验平台的锅炉系统单元,完成了锅炉控制系统的硬件、软件设计,用CFC、SFC、SCL编辑器实现了锅炉系统的综合控制方案。上位机使用WinCC软件设计了人机交互界面,完成了对锅炉运行工作状况的监控,工业以太网和现场总线技术保证了系统各控制层级数据交互的高速、稳定。实验运行结果表明,该系统控制效果良好,实现了对锅炉生产过程的全自动控制,结构合理,运行稳定,达到了预期的控制要求。

关键词：锅炉;模糊PID;粒子群算法;PCS7;SMPT-1000

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 锅炉控制技术国内外研究现状及发展趋势

1.3 课题研究的主要内容

第2章 蒸汽锅炉系统分析与控制方案设计

2.1 锅炉系统的基本组成及工作过程

2.1.1 锅炉系统的基本组成

2.1.2 锅炉系统的工作过程

2.2 锅炉系统的工艺参数控制需求

2.2.1 控制任务分析

2.2.2 具体参数要求

2.3 对象特性分析及控制方案设计

2.3.1 锅炉控制方案设计原则

2.3.2 锅炉连续控制方案设计

2.3.3 锅炉顺序控制方案设计

2.3.4 工艺管道仪表流程图

2.4 本章小结

第3章 模糊PID控制算法研究

3.1 PID控制

3.1.1 基本原理

3.1.2 仿真研究

3.2 模糊控制

3.2.1 模糊控制概述

3.2.2 模糊控制器的基本组成

3.2.3 模糊控制器设计的主要内容

3.3 模糊PID控制

3.3.1 模糊PID控制结构

3.3.2 模糊PID控制器设计

3.3.3 模糊PID控制系统仿真研究

3.4 本章小结

第4章 基于粒子群优化算法的模糊PID控制器设计

4.1 粒子群优化算法

4.1.1 粒子群算法基本原理

4.1.2 粒子群算法优化流程

4.1.3 标准粒子群算法

4.2 模糊PID控制器优化设计

4.3 仿真研究

4.3.1 基于PSO的模糊PID控制系统仿真

4.3.2 三种控制策略对比分析

4.4 本章小结

第5章 基于西门子PCS7 的锅炉控制系统实验及分析

5.1 西门子PCS7 与被控对象SMPT-1000 简介

5.1.1 西门子PCS7 过程控制系统

5.1.2 多功能过程与控制实验平台SMPT-1000

5.2 控制系统设计

5.2.1 硬件设计

5.2.2 软件设计

5.3 控制系统实施

5.3.1 模糊PID控制器在PCS7 中的实施

5.3.2 锅炉控制系统整体运行效果分析

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢