水汽热能全流程系统优化调度方案的设计与实施

论文摘要

工业锅炉作为我国流程工业生产中的重要设备,为下游生产单元提供满足一定压力和温度要求的过热蒸汽,其控制和优化调度水平关系到企业生产的经济效益和社会效益,一直备受关注。在企业中,一般有多台锅炉共同或交替使用,每台锅炉负荷的分配,以及机组间锅炉的协调配合,是锅炉机组优化调度所要研究的问题之一。对锅炉机组进行优化调度是企业节约能源,减少排放,优化生产的有效措施。同时,锅炉是典型的非线性复杂被控系统,包含多个难控的复杂对象,这些复杂被控对象的存在,使得锅炉系统的整体控制精度不高,使用传统PID对其进行控制难以取得良好效果,需要探索先进控制方法。本文通过对复杂对象控制问题和流程工业生产调度问题的研究,提出了锅炉系统的先进控制方案和锅炉机组的优化调度方案。将神经网络与传统PID控制器相结合,设计了基于神经网络参数在线优化的PID控制器。分别采用数学规划法和基于规则的方法设计了锅炉机组的优化和调度方案。最后,本文以水汽热能全流程系统为实验对象,以西门子PCS7为控制工具,使用SCL语言编写了锅炉机组优化和调度模块,以及神经网络在线计算模块。设计并实现了锅炉系统的整体控制方案,并在此基础上,以过热蒸汽压力为被控对象,验证了神经网络PID控制器的实施效果。以两台锅炉组成的锅炉机组实现了锅炉负荷优化和锅炉机组调度。实验结果表明,基于神经网络的PID控制器具有较强的适应能力,对具有大时滞、时变性等复杂特性的被控对象的控制效果良好。采用优化调度方案后的锅炉机组,能够实现每台锅炉负荷最优配比,使得锅炉机组在满足负荷需求的条件下能源消耗量最小。同时,能够应对机组突发故障等方面的变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 流程工业生产调度现状和发展
• 1.3 复杂对象控制的现状和发展
• 1.4 SMPT-1000工艺流程简介
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 SMPT-1000装置及工艺流程介绍
• 1.5 本课题的主要内容
• 第二章 基于PCS7的锅炉机组优化调度方案的设计
• 2.1 流程工业MES的现状及发展
• 2.2 锅炉机组优化调度所面临的问题
• 2.3 锅炉机组优化方案的设计及实现
• 2.3.1 锅炉机组优化模型
• 2.3.2 随机数直接搜索法
• 2.3.3 基于SCL语言锅炉机组优化模块设计
• 2.3.4 参数优化的人机交互界面
• 2.4 锅炉机组调度方案的设计及实现
• 2.4.1 锅炉机组调度方案的设计
• 2.4.2 基于SCL语言锅炉机组调度模块设计
• 2.4.3 锅炉机组调度模块人机交互界面
• 2.5 小结
• 第三章 基于PCS7的神经网络PID控制器的设计
• 3.1 人工神经网络
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 人工神经网络的基础知识
• 3.1.3 误差反向传播神经网络
• 3.2 基于神经网络的PID控制器的设计
• 3.2.1 神经网络控制器的现状及发展
• 3.2.2 基于BP神经网络的PID控制器的设计
• 3.2.3 离线学习程序的设计及源代码
• 3.2.4 基于SCL的神经网络在线计算模块的程序设计
• 3.2.5 神经网络在线控制模块人机交互界面
• 3.3 小结
• 第四章 锅炉机组优化调度和控制方案的实施
• 4.1 水汽热能全流程系统工程设计
• 4.1.1 水汽热能全流程系统控制回路设计
• 4.1.2 系统关键变量及正常工况标准
• 4.2 基于西门子PCS7的工程实施
• 4.2.1 西门子PCS7简介
• 4.2.2 硬件组态
• 4.2.3 CFC组态
• 4.2.4 WinCC组态
• 4.2.5 锅炉控制系统运行测试
• 4.3 基于神经网络PID控制器与纯PID控制器的控制效果比较
• 4.3.1 神经网络的离线学习
• 4.3.2 数据采集
• 4.3.3 基于神经网络的PID控制器与纯PID控制器的控制效果比较
• 4.4 锅炉机组优化调度方案的实施效果
• 4.4.1 锅炉机组优化方案的实施
• 4.4.2 锅炉机组调度方案的实施
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书