《智能热力站嵌入式分布测控系统的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能热力站嵌入式分布测控系统的研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 6 中国控制与决策学术年会论文集 P r o c e e d i n g so f2 0 0 6C h i n e s eC o n t r o la n dD e c i s i o nG ， - 一c f1 3 5 9 智能热力站嵌入式分布测控系统的研究 牛春剐，孙鹤旭，鬟涛，雷兆明，云利军 ( 河北工业大学电气与自动化学院。天津3 0 0 1 3 0 ) 摘娶；竹对目酋集中供热幕统存在的问题，设计了一套新型的智能热力站集中供热监控系统系统由具有图形显 示、远程通讯功能的嵌入式结构的A R M 控制器和基于C A NB u s 的多通道、乡动能、高耩度的智蕾亿精力站分布式数 据
2、栗囊熏茂组戚采用茁馈一夏填( 模糊P I D ) 控制作为控捌方辜，较好地发挥了集中供热的佳势 美键埔；分布式控1 I 器统I 嵌入武控幸畸毒摸栩P I DFC A N 息线 S t u d yo n I n t e l l i g e n tE m b e d d e dD i s t r i b u t e dM e a s u r e m e n ta n d C o n t r o lS y s t e mf o rH e a tS u p p l yS t a t i o n 、 N 砌C h u n g a n g - S U NH e z ，L I A N GT a o ，L E
3、 IZ h a o r u i n g ，Y U NL i j ( S c h o o lo fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g H e b e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y T i a n j i n3 0 0 1 3 0 ，C h i n a C o r r e s p o n d e n t lN I U C h u n g a n g ，E m a i l ：t i e - j i x i n g e y o u c o r n ) A b s t r a c t ：I nv i e
4、 wo ft h ep r o b l e mi nc e n t r a lh e a t i n gs y s t e mb o i l e rs y s t e m si no u r sc o u n t r yp r e s e n t l y 。i td e s i g n sa f l e wi n t e l l i g e n tc e n t r a lh e a t i n gm o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e m o rh e a ts u p p l ys t a t i o nt h a tc o n s i s t so
5、 fe m b e d d e dA R M c o n t r o l l e r ，w h i c hh a sg r a p hd i s p l a y ，t h ef u n c t i o no fl o n g - d i s t a n c ec o m m u n i c a t i o na n di n t e l l e c t u a l i z e dd i s t r i b u t e dd a t a a c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do Rt h eC A Nb u s 埘t hm u l t i - c h
6、a n n e l m u h i o n e t i o na n dh i g hd e g r e eo fa c c u r a c y f e e d f o r w a r d f e e d b a c k ( F u c z y - P I D ) c O n t r o Ii sc h o o s e d & st h ec o n t r o ls c h e m e T h es y s t e mc a np r o m o t et h ec e n t r a l h e a t i n gs y s t e m sm e r i t 。 K e yw o r d
7、s ：D i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ；E m b e d d e dc o n t r o l l e r fF u z z yP I D FC A Nb u s 1 引 言 一 我国目前供热系统效率低下管理方式落后，致 使供热能耗高而热环境质量差供热存在的一些问 题，如缺少全面的参数测量手段等，无法对运行工况 进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以消除， 造成用户玲热不均；供热参效未能在最佳工况下运 行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实 现量化管理伽 为了实现集中供热系统管理的全面自动化，进 一步提高供热质量，改变过去
8、热力站控制落后的方 法，节约能源。作者在热力站建立了一套基于C A N 总线的嵌人式分布智能测控系统 2 系统描述及控制方案 2 1 集中供热控制系统描述 系统根据设定好的室外温度与二次温度曲线设 定值的关系以及对补水的前馈测量，共同调节阕门， 使二次供水温度接近于它的设定值为达到这一目 的，采用前馈一反馈控制方案，以减小补水对供热的 影响“】针对二次供回水压差，采取变流量供热， 以降低热网传输成本， 系统控制方案及原理如图l 所示供暖系统在 运转或停止时，其回水管的压力水头必须高于用户 系统的充水高度，以防止系统倒吸空气，破坏正常运 行和腐蚀管道这就需要恒定的二次回水压力，即变 额定压补水，
9、保证热网水利平衡 2 2 前馈一反馈控制方案 由于补水温度较低，当朴水泵开启时，会使供水 温度迅速降低，且由于压力的变化，需要经常打开补 水泵，这是引起供水温度渡参的一个重要原因采 基盘项目；河北省中小企业技术创新项目( 0 2 1 1 3 4 6 1 A ) 作者简介，牛春t 9 1 ( 1 9 8 0 - - ) ，男河北曼寿人，硕士生，从事现场总线，嵌人式系统的研究 1 3 5 02 0 0 6 中国控制与决策学术年会论文集 攀 热H 装H 黼 震垂锢 一。而( 聃) 匠= = = = = ( a ) 二次供水温度自动控制系统方框图 节墼j ( b ) 模糊P I D 控制原理图 凰l
10、系统控制方案夏原理 用前馈控制会使系统性能得到较大改善o 】 通过对各二次供热系统的温度检测和分析，结 合外界干扰因素( 天气、温度等) 算出最佳的供水温 度反馈控制采用模糊P I D 控制方案，分为常规P I D 控制部分和模糊推理的参数校正部分在运行中通 过不断检测偏差e 和偏差变化率。，将其输入模拟 控制器。运用模糊推理进行模耘运算，对P I D3 个参 数进行在线修改，以满足不同c 和血对控制参数的 不同要求，使被控对象具有良好的静动态性能 常规P I D 公式如下： “( ) = 一K p e ( ) + K 。：e ( j ) + K d ( ) ( 1 ) J O 其中墨，K ，
11、和鼠分别为比例、积分和微分系数 模糊推理部分以c 和& 为输入语言变量，以 五，K t ，鼠为输出语言变量的双输入三输出模糊控 制器“首先设定所有变量的基本论域e ，K K 。，K d 取论域E ，E 一 一6 ，一5 ，一4 。一3 ，2 ， 一l ，0 ，1 Z ，3 ，4 ，5 ，6 ，K 。，K ，K d 一 0 ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 ， 6 ) 偏差E 及偏差变化率舡的模糊子集为( N B ， N M ，N S ，Z E ，P S ，P M ，P B ) ，K 。，K ，髓的模糊子集 为f z ，s ，M ，B ) 隶属度函数取等腰三角形来定义， 表示形式如图2 比例系数K
12、，的作用是加快系统的响应速度，提 高系统调节精度五，越大，系统的响应速度越快，调 节精度越高，但会产生超诵；若K ，取得太小，则会降 低调节精度使响应速度缓慢因此当偏差较大时， 加大K ，；当偏差较小时，减小足。同时考虑缸的因素， 当& 与e 同号时，足，适当增大；反之，K 。适当减小 积分系数臣的作用是消除系统的稳态误差，提 高系统的无差度它对误差进行积分，有一定的滞后 ( a ) f 和的隶属度函数 ( b ) K Kt K 的隶属度函致 围2各参数的隶属度函数 作用式i 越大，系统静差消除越快，但K 过大，会引 起较大超调；墨过小，系统静差难以消除，影响调节 精度因此当偏差较大时，K 取
13、零值；当I e I 较小时， 积分环节有效，j = ；随I e I 的减小而增大，以消除系统 的稳态误差，提高精度 微分系数K d 的作用是改善系统的动态特性，在 响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变 化进行提前制动凰过大，响应过程会提前制动，从 而拖长调节时间；同时它对干扰信号敏感，使系统抑 制干扰能力变差在控翩过程初期，当偏差较大 时，五t 取小些；当偏差较小时，考虑系统的抗扰 动能力和系统响应速度，K a 应适当取值 根据上述控制系统对P I D 参数的要求，以及对 控制系统的一些经验，得出调节规则如表1 表3 裹1 墨参数规则调整 隧 牛春刚等：智能热力站嵌入式分布测控系统的研
14、究 1 3 6 1 表3K 参觳趣则调整 N BN MN SZ EP SP MP B S M B B B M S N B N M N S Z E P S P M P B M M B B B M M 所示运用最大隶属度法对整定的3 个参数进行去 模糊化，从而得到输出量的精确值 3 控制系统硬件设计 本系统硬件继承了过程控制系统向分散化、网 络化和智能化发展的理念，考虑到温度变化缓慢以 及C A N 总线传输数据的延时不会对系统造成太大 影响。采用基于C A N 总线的多通道、多功能、高精 度的智能化热力站分布式数据采集系统，以及具有 图形显示、远程通讯功能的嵌人式结构的A R M 控 制器，形成
15、一种基于C A NB U S 网络的智能化的嵌 入式控制系统o ”】系统总体结构如图3 所示 O P R S 网络 婴 塑H 謦紫i 纛刑! ! 洋黼! ：卜匿虱 存储模块r 1E 谰广1 坚! ! ! 到 翻辱蔺瓦稠C A N 廊 广总线 传感器I f 执行器J I 传感器| J 执行器 围3C A N 现场总线数据采集和嵌入式控制系统结构 监测节点对控制对象不断进行采样采样数据 通过C A N 网络送到主控制器的C A N 接口，主控制 器经C A N 接口驱动程序，将数据传递到用户程序， 经用户应用程序处理后，将控制命令、计算结果打包 为C A N 数据包，并经驱动程序、C A N 适配
16、器和C A N 网络送到控制节点，控制节点收到数据并处理后，执 行主机的命令 系统网络拓扑结构采用总线式结构其结构简 单、成本低，且采用无源抽头连接，可靠性高选用 C A N 总线连接各个网络节点，形成多主机控制器局 域冈信息的传输采用C A N 通讯协议，C A N 总线控 制系统网络采用三层网络结构：物理层、数据链路层 和应用层 s 流量控制和差错控制在数据链路层执 行，具体控制协议在应用层执行C A N 模块数据的 发送方式采用远程帧，节点在完成敷据采样后不主 动发，也不等待主机命令，直接为数据建立一个 M e s s a g eO b j e c t ，主机在需要数据时发远程帧请求 数据，即可得到数据这种方式直接由C A N 核完成， 以减少M c U 处理主机命令的延时，同时又使主机 有选择
