分布式鍋爐控制算法設計

段征，尹崗

（內蒙古工業大學 內蒙古 呼和浩特 010000）

本文主要研究方面是對于控制計量表的集中供熱系統，該課題主要研究目標是供熱系統的用戶假若裝有熱量表，調節室內的流量閥后，可一直處于最適宜的溫度環境下即流量閥全開不可以出現，室內溫度仍然較低的現象，也不能流量閥開關量最小出現的情況下，室內溫度仍舊很高的情況[2]。講解模糊控制發展史以及關于設計模糊控制器的理念。詳細說明本文主要研究對象，集中供熱模糊控制器的設計過程。利用MATLAB模糊工具箱對設計完成的模糊控制器進行仿真，對結果進行分析。

1 集中供熱系統

所謂的城市中央供暖，即在鍋爐房區域作為熱源或熱與動力裝置，通過其熱網的熱輸出，熱傳遞到用戶需要滿足這些溫熱用戶需求。中央加熱的主要任務是滿足的前提下，對熱用戶的需求，盡可能降低成本和減少污染[3]。中央加熱系統，換熱站已經發揮了核心作用，換熱站簡圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 The overall structure of System

在中央加熱系統，連接熱源和熱交換站用戶的方面是它的熱水管網，網絡和副網絡一起形成的加熱系統的供水網絡，一級網絡連接到所述熱源和變化裝置熱水管網站；二級網絡的連接站，換熱器的熱水管網的用戶。站之間的熱傳遞是在一級網絡和副網絡，并配有相關的設備和用戶連接。換熱站是由：熱鍋爐，熱交換器，循環泵，給水泵，熱水填充罐，閥，旁通閥和儀表，溫度傳感器，警報裝置等[4]。

非變頻調速循環水泵調節，此種方法主要是應用對一次供水網中閥門的調節，從而調節管道中流量的方法進行調節，分為間接連接系統和直接連接系統兩種方式，如圖2，圖3所示。

圖2 換熱站間接連接系統Fig.2 The heat exchange station indirect connection system

圖3 換熱站直接連接系統Fig.3 The heat exchange station directly connected system

1）補水泵的轉速與頻率的關系：

n=60f（1-S）/P

式中:n-補水泵的轉速，單位為r/min；

f-換熱站電源的頻率；

3 腸內營養制劑的輸注方式 腸內營養制劑可通過一次性輸入、間歇性重力滴注或連續性泵入的方式輸注。一次性輸注的優點在于不受連續輸注的約束，有類似正常膳食的間隔。間歇滴注比連續泵入有更多活動時間。連續泵入適用于危重癥、十二指腸或空腸造口喂養的患者。應根據患者具體情況選擇合適的輸注方式。

s-補水泵采用異步電機的轉差率；p-補水泵的極對數。

2）電機的流量，功率和葉輪轉速之間的關系：

式中:G-管道內熱水的流量，單位為m3/h；

P-電機的功率，單位為kW；

n-電機葉輪的轉速，單位為r/min；

2 模糊控制

所謂模糊控制是指在自然語言陳述出控制策略，或專家根據經驗和大量的實際運行數據采集，總結了控制規則，輸入電腦，利用電腦輔助進行控制反對自動控制。

這里只介紹作者所使用的模糊控制器類型Mamdani型，控制器基本組成如圖4所示。

集中供熱系統控制器的設計數據，測試數據是2009年由公司提供的內蒙古電加熱系統熱電熱的一年，后來以驗證數據控制器的精度為先導區的蓬勃發展提供了筆者的熱交換期六天實地考察熱站，收集獲得270個數據。

1）模糊控制器結構的確定

圖4 Mamdani二維模糊控制器原理圖Fig.4 The principle diagram of the Mamdani two-dimensional fuzzy controller

由于用戶從熱力公司獲取的供熱熱量的影響因素主要有：供熱管道內熱水的壓力；室外溫度；熱水的流量供熱管道內；供水溫度。

2）數據幅值和增量的約束

作者引用了大量的數據，兩個相鄰的數據往往差別不大，但情況會出現較大的偏差，這是因為外部環境變化較大，導致跳讀數發生后，總結出一個可能的跳躍點，除了限制的大小，數據的調整值了科學的預測，使之更加自滿。

3）輸入，輸出量模糊分布的定義

模糊控制器組建的重要部分是規則建立，本課題應用探究系統批量的輸入一輸出數據，而且應用總結的方法對數據進行分析進而建立控制器的模糊規則，總結歸納全年供熱數據，分別處理系統輸入和輸出數據，最終得到控制器模糊規則。

3 集中供熱模糊控制器的MATLAB仿真

仿真是基于相似理論，控制論，信息技術和相關知識為基礎的各種物理設備和計算機為工具，用實際系統的系統模型，該技術的綜合實驗研究，該系統包括實體模型和數學模型的模型，基于計算機的模擬，通過數值計算，數據分析，最終實現集中供熱MATLAB仿真模糊控制器的實時系統的試點研究的目的[6]。

鑒于前期工作已經籌備完全，此刻可以對前期的準備工作輸入到MATLAB工具箱對模糊控制器進行建模和仿真。

所建立的模糊控制器，輸送到MATLAB的Simulnk工作空間中，將所有元件放入Simulink仿真空間后進行連線，建立仿真框圖如圖5所示。

4 結 論

非線性，時變性是集中供熱系統[7]所具有的特性，隨機干擾以及不確定的對象模型參數也是其重要特性之一，所以該設計使用現場得到的采集數據作為基礎，將真實數據和仿真數據進行對比，結果表明兩條曲線產生較好重合度，高精度計算結果，可以完全滿足集中供熱系統，進一步提高了模糊控制器的研究理解能力，使模糊規則的科學性更具有說服力，這種數據的處理方法提升了系統精度，這與常用的模糊規則的制定方法存在著不同之處。

圖5 集中供熱模糊控制器Simulink仿真框圖Fig.5 The central heating fuzzy controller Simulink block diagram

圖6 集中供熱模糊控制器仿真系統輸入輸出曲線Fig.6 The central heating fuzzy controller simulation system input and output curve

圖7 計算數據與實際數據對比曲線Fig.7 The calculated data and actual data contrast curve

[1]賀平.論我國集中供熱技術發展趨向的幾個主要問題區域供熱[J].區域供熱，1992（3）:6-11.HE Ping.Talk about the our country the central heating district heating technology development trend of several main problem[J].Journal of District Heating，1992（3）:6-11.

[2]李先瑞.城市集中供熱發展成就和發展展望[J].中國建設信息供熱制冷，2002（l）:39-42.LI Xian-rui.Urban central heating the development achievements and development prospect of[J].China construction information heating refrigeration，2002（l）:39-42.

[3]趙伯英.供熱工程[M].北京:冶金工業出版社，1988.

[4]李善化，康憊編.集中供熱設計手冊[M].北京:中國電力出版社，1995.

[5]賀平.供熱工程[M].北京:中國建筑工業出版社，1993.

[6]石兆玉.供熱系統運行調節與控制[M].北京:清華大學出版社，1994.

[7]劉穎.節能型供熱溫度控制器設計[J].電子科技，2013（6）:73-76.LIU Ying.Design of energy-saving heating temperature controller[J].Electronic Science and Technology，2013（6）:73-76.