集中供熱供回水溫度的MATLAB仿真

安麗美

（太原理工大學，山西太原030024）

集中供熱供回水溫度的MATLAB仿真

安麗美

（太原理工大學，山西太原030024）

傳統的控制方式不能很好地應用于集中供熱系統主要是因為集中供熱系統的非線性、時變性。這便需要找尋一種新的控制方式，而模糊控制恰好可以解決這一難題，并利用MATLAB中的模糊推理工具箱來進行仿真。

集中供暖；模糊控制系統；MATLAB仿真

引言

我國的集中供熱由于起步較晚相對比較落后，新中國成立以后才開始真正的發展起來，在20世紀50年代這段期間主要是學習前蘇聯的供熱技術，隨著我國經濟的發展、綜合國力的不斷攀升，供電產業得到了快速的發展，由此集中供熱事業在我國便得到了最初的發展。到了20世紀70年代，集中供熱得到了國家的大力支持，開始了蓬勃的發展，在1975年建設部頒布的設計規范基礎上，于1987年頒布了適合我國國情的《采暖通風與空調設計規范》（GBJ 50019—2003）。20世紀末，我國的總供熱面積已經達到80萬m2。此后，全國近300個城市已經實現了集中供熱，全國供熱面積達到了近9億m2。供熱管網的長度約為3.6×104km。時至今日，我國的供熱事業也取得了飛速的發展。目前太原主要采用熱電聯產的供暖方式，小區鍋爐房已不多見。目前我國城市穩步發展，人們對供暖的要求也越來越高，傳統的供熱主要由單位或者房屋產權單位負責，這種小范圍的鍋爐供熱既不能滿足社會發展的要求，也不能滿足環境的要求。于是由供熱公司作為媒介，將供熱作為商品出售給用戶便成為主流趨勢。其中，對于發達的大城市，集中供熱系統的供熱形式還要向全網一體化、全網自動化的方向發展，以便實現供暖一體化，自動化。

1　熱力站自控系統簡介

熱力站是城市集中供熱系統熱網與用戶的連接站。一次熱能（蒸汽或高溫熱水）經過一次供熱管網到達熱力站，調節熱力站一次網的閥門便可實現對二次網的回水溫度的控制，調節二次網循環水泵的流量可實現對二次網供水溫度的控制。最終將合適的熱量送給用戶。熱力站主要利用循環泵來完成水循環。熱力站簡圖如圖1所示［1］。

圖1熱力站簡圖

圖1中即為熱力站簡圖，一二次網供水系統、換熱系統、回水系統共同構了熱力站的組成。

2　集中供熱控制器的MATLAB建模

MATLAB具有強大的數值分析以及矩陣計算功能并且能對非線性動態系統進行建模和仿真，可以為為科研工作以及工程設計等需要進行復雜有效數值計算的諸多領域提供優化的解決方案。這些優點使其成為了最受歡迎的控制和仿真領域的軟件系統［2］。

對太原市第一供暖分公司所提供的數據進行匯總后，選取供水流量X∈［18283，25213］和室外溫度Y∈［-20，5］。根據X和Y的數據，選定回水溫度t∈［43，64］。采用雙輸入一單輸出的模糊控制器來完成模擬任務。

2.1模糊推理編輯器

通過Edit-＞AddVariable可以進行變量的添加，名稱的修改在右下方。系統的輸入量為供水流量、室外溫度，輸出量為回水溫度，確定這些后即可完成模糊推理編輯器的設置，如圖2所示。

圖2　模糊推理編輯器

2.2隸屬函數編輯器

確立了輸入量（供水流量和室外溫度）和輸出量（回水溫度）的隸屬函數后，再輸入所提供數據，便可得到供水流量隸屬函數編輯器、室外溫度隸屬函數編輯器、回水溫度隸屬函數編輯器分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3　供水流量隸屬函數編輯器

圖4　室外溫度隸屬函數編輯器

圖5　回水溫度隸屬函數編輯器

2.3模糊規則編輯器

模糊規則是用模糊條件對輸入量和輸出量間的模糊關系的表述。圖2中通過使用Edit-＞AddMFs可完成添加隸屬度函數，根據if（and）then的形式進行添加規則，通過上述步驟即可完成模糊控制器的搭建。便可得出相應的模糊規則表，if（and）then形式的模糊規則如圖6所示［3］。

圖6　模糊規則編輯器

2.4模糊規則觀測窗

使用菜單欄中的View-＞Rules即可觀察設計規則。拖動輸入變量中間的豎直線，可以看到控制量的變化情況。當模糊推理編輯器、隸屬函數編輯器、模糊規則編輯器這三個窗體編輯完畢以后，模糊規則觀測窗就可以被調出。調出的模糊系統控制器如圖7所示。

圖7　模糊規則觀測窗

在圖7中，Input根據輸入的具體輸入值，便可計算出相應的輸值，從而解決了人工計算繁瑣復雜的問題，節省了大量的時間人力。

2.5輸出量的曲面觀測窗

通過菜單欄中的View-＞Surface可觀察輸入變量輸出變量的三維曲面。在模糊規則觀測窗口中，只能觀測到平面的結果。曲面觀測窗口可以顯示立體的結果，該系統的輸出量曲面觀測窗如下頁圖8所示［4］。

圖8　輸出量曲面觀測窗

在圖8中縱軸表示輸出量回水溫度，橫軸分別表示輸入量室外溫度和供水流量，即輸出量跟輸入量的關系曲面。從平滑的空間曲面可以看出所有輸出是近乎連續的。

3　結語

因為MATLAB具有將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個可視窗口的功能，能解決科研工作、工程設計中復雜數值計算，因而在科學研究以及工程設計中具有廣泛的應用。它在一定程度上超越了諸如C、Fortran等傳統非交互式程序設計語言的編輯模式。本文首先簡單介紹了熱力站自動控制系統，然后詳細敘述了MATLAB建模過程，直至得出令人滿意的仿真結果為止。分析和敘述了建模和仿真過程后，可以看出所有輸出是近乎連續的，效果很好。由此可見，將模糊控制理論應用在集中供熱系統中是非常正確的，它克服了傳統控制系統對非線性、時變性難以精確控制的弊端。

［1］唐衛，熱力站自動監控系統基本思路與控制模式分析［J］.區域供熱，2001（5）:9-13.

［2］羅明.供熱系統計量裝置的設計［D］.長春:長春工業大學，2012.

［3］廉小親.模糊控制技術［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［4］張國良，曾靜，柯熙政，等.模糊控制及其Matlab應用［M］.西安:西安交通大學出版社，2002.

（編輯：姚歡）

MATLAB Simulation for Supply and Return Water of Centralized Heating

An Limei
（Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi 030024）

The reason for traditional control mode cannot be used in central heating system is mainly the central heating system of the nonlinear and time-varying.It will need to look for a new control method，and fuzzy control can solve this problem，and by using fuzzy reasoning toolbox of MATLAB to simulate.

centralized heating；fuzzing control system；MATLAB simulation

TU995

A

2095-0748（2015）21-0059-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.26

2015-10-05

安麗美（1989—），女，河北承德人，本科，畢業于太原理工大學自動化專業，科員，現就職于太原市熱力公司，從事施工管理工作。