变流量城市集中供热分布式控制系统

论文摘要

集中供热是现代化城市的主要基础设施之一,安装热力表、实行分户计量已成为我国发展城市集中供热的必然趋势。采用计算机技术和先进的控制方法,对供热系统进行监测和控制,实施变流量运行,能够克服定流量供热系统存在的供热质量差、冷热不均、能源浪费、计费不合理、管理水平落后等缺点。针对变流量供热系统的时变性、耦合性和滞后性等特点,提出了换热站二次网温度控制和恒压点压力控制方案,并利用神经网络实现了二次网供、回水温度的解耦控制。静态解耦方法简单、易实现,但解耦不彻底,解耦效果时好时坏,造成系统运行不稳定。根据二次网供、回水温度间的耦合关系,提出了静态解耦和基于对角递归神经网络（DRNN）辩识的神经网络PID解耦相结合的控制方案,该方案利用静态解耦减弱变量间的耦合强度,利用基于DRNN的神经网络PID实现动态解耦,有效地克服了二次网供、回水温度间的耦合,同时将DRNN网络作为在线辩识器,自动调整网络权值,实现PID控制器参数的在线调整,克服了常规PID控制器参数难以整定和自适应能力差的缺陷。基于上述理论分析,采用静态解耦、常规PID解耦和基于DRNN的神经网络PID解耦的控制方案,对所建立的换热器数学模型分别进行了MATLAB仿真,仿真结果表明,采用带静态解耦的神经网络PID解耦控制方案,实现了动态近似解耦,静态完全解耦,具有响应速度快、超调量小的品质。在MATLAB仿真基础上,利用PCS-B型过程控制系统实验装置进行了实验研究,实验结果表明,采用神经网络PID控制器,动态调节时间和稳态误差明显减小,获得更加满意的控制效果。按照“集中管理、分散控制”的思想,设计了以工控机为上位机、PLC为下位机,组态软件MCGS为操作平台的城市集中供热监控系统。在MCGS环境下,完成了供热系统监控中心的主画面、神经网络PID控制画面、操作面板画面、数据显示和历史曲线显示等界面的设计。该方案的应用可以提高供热企业的管理水平和经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外现状及发展趋势
• 1.3 课题研究的背景
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 城市集中供热分布式控制系统
• 2.1 DCS的组成及特点
• 2.2 分布控制系统的功能分层体系
• 2.3 城市集中供热分布式控制系统
• 2.3.1 城市集中供热系统介绍
• 2.3.2 城市集中供热分布式控制系统总体设计方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 变流量集中供热控制系统理论分析
• 3.1 变流量供热控制系统的特点
• 3.2 变流量供热系统的控制要求
• 3.3 换热器数学模型的建立
• 3.4 变流量供热控制系统的设计方案
• 3.4.1 二次网供、回水温度控制方案
• 3.4.2 二次网恒压点压力控制方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 神经网络解耦控制方案及仿真
• 4.1 神经网络介绍
• 4.1.1 人工神经元模型
• 4.1.2 神经网络的网络结构及工作过程
• 4.1.3 几种典型的学习规则
• 4.2 单神经元自适应PID控制
• 4.3 基于BP神经网络整定的PID控制
• 4.3.1 网络结构与输出计算
• 4.3.2 学习算法
• 4.4 基于对角递归神经网络辨识的PID控制
• 4.4.1 基于神经网络的系统辨识
• 4.4.2 基于辨识的神经网络PID控制结构
• 4.4.3 对角递归神经网络
• 4.4.4 基于对角递归神经网络辨识的PID控制
• 4.5 基于DRNN的PID解耦控制方案
• 4.6 基于静态解耦的神经网络PID解耦控制方案
• 4.7 二次网温度解耦控制的MATLAB仿真
• 4.7.1 常规PID控制器的解耦控制仿真
• 4.7.2 基于DRNN的神经网络解耦控制仿真
• 4.7.3 基于静态解耦补偿器的神经网络解耦
• 4.8 本章小结
• 第5章 神经网络PID控制器的实验研究
• 5.1 实验设备介绍
• 5.2 加热器内胆温度神经网络PID控制
• 5.2.1 对象特性测试
• 5.2.2 内胆温度系统的控制仿真
• 5.2.3 内胆温度系统的控制实验
• 5.3 本章小结
• 第6章 城市集中供热监控系统的实现
• 6.1 城市集中供热监控系统的构成及功能分析
• 6.2 硬件设计
• 6.2.1 PLC选型
• 6.2.2 PLC的I/O地址分配及配线图
• 6.2.3 工控机的选型
• 6.3 软件设计
• 6.3.1 PLC程序设计
• 6.3.2 上位机组态软件的设计
• 6.4 无线通信
• 6.5 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢