鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)的Simulink仿真開題報告

1、湖北文理學院物理與電子工程學院2012屆本科畢業(yè)論文開題報告論 文 題 目 鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)的Simulink仿真班 級 自動化0811 姓 名 學 號 指導教師（職稱） 填表日期 2012 年 3 月 9 日說 明一、論文的開題報告是保證畢業(yè)論文質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，為規(guī)范我院本科畢業(yè)論文的開題報告，特印制此表。二、學生應閱讀的主要文獻、資料15種以上，通過調(diào)研和資料搜集，主動與指導教師討論，在指導教師的指導下，完成開題報告，開題報告字數(shù)應在2500字以上。三、開題報告須經(jīng)院畢業(yè)論文指導教師審查，同意后方可進行論文寫作，并將開題報告交指導教師。不合格者，必須重寫。一、選題的意義和研究現(xiàn)狀1

2、選題的理論意義、學術(shù)價值或?qū)嵺`價值鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要的動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風機、壓縮機、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學反應、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷創(chuàng)新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，辦向著大容量、高參數(shù)、高效率發(fā)展。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。MATLAB語言是目前國際上流行的一種仿真工具語言，它具有強大的矩陣分析和運算功能 建模仿真可視化功能SIMULINK是MATLAB五大通用功能之一，它是基于MATLAB語言環(huán)境下實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個集成環(huán)境

3、具有模塊化、可重載、圖形化編程、可視化及可封裝等特點，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性。SIMULINK提供了豐富的模型庫供系統(tǒng)仿真使用另外用戶也可根據(jù)自己的需要開發(fā)所需的模型并通過到裝擴充現(xiàn)有的模型庫。本文通過分析鍋爐燃燒過程，用MATLAB軟件仿真分析、計算鍋爐燃燒過程。并通過實例仿真，驗證仿真模型的正確性。 2與選題相關(guān)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)在的MATLAB新版本早己不只停留在工程計算的功能上，它由主包、Simulink以及功能各異的工具箱組成，以矩陣運算為基礎(chǔ)，把計算、可視化、程序設(shè)計融合到了一個簡單易用的交互式工作環(huán)境中。在這里可以實現(xiàn)工程計算、算法研究、符號運算、建模和仿真、原型開

4、發(fā)、數(shù)據(jù)分析及可視化、科學和工程繪圖、應用程序開發(fā)(包括圖形用戶界面設(shè)計)等等功能。正是憑借MATLAB的這些突出的優(yōu)勢，它現(xiàn)在已成為世界上應用最廣泛的工程計算軟件。在美國等發(fā)達國家的大學里MATLAB是一種必須掌握的基本工具，而在國外的研究設(shè)計單位和工業(yè)部門，更是研究和解決工程計算問題的一種標準軟件。在國內(nèi)也有越來越多的科學技術(shù)工作者參加到學習和倡導這門語言的行列中來。 隨著Matlab7.2版的推出，其仿真環(huán)境SIMULINK中的電力系統(tǒng)工具箱(PowerSystems Toolbox)也升級到4.2版，這對于廣大的電氣工程師來說是一個福音。因為使用傳統(tǒng)手段進行電路設(shè)計時，一般都是依據(jù)電路

5、圖，焊接成實際電路，再進行調(diào)試，費時耗力，而現(xiàn)在可以利用MATLAB的電力系統(tǒng)工具箱對機電系統(tǒng)進行仿真，檢驗設(shè)計的系統(tǒng)是否滿足實際需求，節(jié)省設(shè)計時間，鍋爐燃燒系統(tǒng)是電路、機電設(shè)備)的組合體，因此這種系統(tǒng)經(jīng)常是非線性的，對這種系統(tǒng)進行分析要得到省時省力且直觀的得到較真實結(jié)果的唯一辦法是進行仿真。電力系統(tǒng)工具箱提供了這樣一個現(xiàn)代化的設(shè)計分析工具，允許快速方便地建立仿真模型，仿真使用MATLAB中的SIMULINK環(huán)境，允許通過拖放的方式建立模型，不僅可以快速建立電路結(jié)構(gòu)，而且可以分析內(nèi)部機械及控制部件之間的相互影響，反復調(diào)整參數(shù)使整個系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。使用MATLAB仿真環(huán)境SIMULINK中的

6、電力系統(tǒng)工具箱，可以簡便快捷地對鍋爐燃燒過程的狀態(tài)進行仿真，通過改變各種參數(shù)，得到不同的仿真結(jié)果，對比仿真結(jié)果可以確定電動機的最佳運行狀態(tài)，避免了在實際電路上的反復調(diào)試，節(jié)省了大量的人力物力，提高了工作效率。3主要參考文獻 1 王正林.過程控制與Simulink應用M.北京：電子工業(yè)出版社. 2 邵裕森，戴先中.過程控制工程M.北京：機械工業(yè)出版社. 3 金以慧.過程控制M.北京：清華大學出版社. 4 李遵基.熱工自動控制系統(tǒng)M.北京:中國電力出版社. 5劉紅軍,韓璞,王東風.鍋爐汽包水位系統(tǒng)DMC-PID串級控制仿真研究J.系統(tǒng)仿真學報,2004,16(3):450-453. 6李遵基. 熱

7、工自動控制系統(tǒng)M. 北京:中國電力出版社,2001. 108-138. 7林永君，等.帶預補償環(huán)節(jié)的PID控制器及其在過熱汽溫控制中的應用J.河北電力技術(shù)，1999,18(3):30-34 . 8孫志英，佟振聲.模糊自調(diào)整PID過熱氣溫控制系統(tǒng)J.華北電力大學學報，2001,28(4):33-38. 9呂劍虹，陳來九.模糊PID控制器及在汽溫控制系統(tǒng)中的應用研究J.中國電機工程學報，1995,15(1):16-22 . 10薛文順，呂劍虹.模糊PID復合控制系統(tǒng)及其在鍋爐一次風壓力控制中的應用J.電力自動化設(shè)備，2001,21(8):15-17,50 . 11s

8、 ，中文網(wǎng)址：MATLAB語言與應用。12/rings/matlab ，中文網(wǎng)址：仿真夢網(wǎng)閆13，中文網(wǎng)址：MATLAB大觀園14Richalet J.Rault A,tesud J L,Papon J,model Predictive heuristic Control;Application to Industrial ProcessesJ.Automatics,1978,14(5);413-42815Smith OJM.A.controller to overcome dead timeJ

9、.ISAJ,1959(6);1249-1255二、研究方案1研究的思路與方法本題主要針對鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)，研究鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)包含的三個子系統(tǒng)：蒸汽壓力控制系統(tǒng)，燃料與空氣的比值控制，爐膛負壓控制系統(tǒng)（確保引風量和送風量的平衡）。熟悉火電廠鍋爐燃燒過程的生產(chǎn)工藝和流程，利用單回路、串級、比值等控制系統(tǒng)的特點，分別設(shè)計鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)包含的三個子系統(tǒng)。在仿真軟件MATLAB/Simulink中，根據(jù)控制系統(tǒng)原理方框圖，作出仿真模型圖，分別進行仿真。經(jīng)PID參數(shù)整定后，得出仿真結(jié)果并進行分析。2研究的基本內(nèi)容（大綱）鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)主要由三個子系統(tǒng)組成: 蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比

10、值控制系統(tǒng)和爐膛負壓控制系統(tǒng)。其原理方框圖如圖1所示。圖1 燃油蒸汽鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)原理方框圖（一）、蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值系統(tǒng)燃油蒸汽鍋爐燃燒的目的是為后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定的壓力。一般生產(chǎn)過程中蒸汽的控制是通過調(diào)節(jié)壓力實現(xiàn)的，隨著后續(xù)環(huán)節(jié)的蒸汽用量不同，會造成燃油蒸汽壓力的波動，蒸汽壓力的波動會給后續(xù)的生產(chǎn)造成不良的影響，因此，維持蒸汽壓力恒定是保證生產(chǎn)正常進行的首要條件。保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動及時調(diào)節(jié)燃料產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過控制所供應的燃料量以及適當比例的助燃空氣實現(xiàn)的。因此，各個控制環(huán)節(jié)的關(guān)系如下：蒸汽壓力是最終被控量，根據(jù)生成量確定；

11、燃料量根據(jù)蒸汽壓力確定；空氣供應量根據(jù)空氣量與燃料量的比值確定。圖2 燃燒爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)框圖（二）爐膛負壓控制系統(tǒng)所謂爐膛負壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負壓隨即發(fā)生相應變化。當鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時，最先將在爐膛負壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負壓對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。大多數(shù)鍋爐采用平衡通風方式，使爐內(nèi)煙氣壓力低于外界大氣壓力，即爐內(nèi)煙氣負壓，爐膛內(nèi)煙氣壓力最高的部位是爐堂頂部。當爐負壓過大時，漏風量增大，吸風機電耗，不完全燃燒損失、排煙熱損失均增大。甚至使燃燒不穩(wěn)定甚至滅火爐負壓小甚至變?yōu)檎龎海鹧婕帮w灰將爐膛不嚴處冒出，惡化工作燃燒造成危及人身及設(shè)備安全。故應保持爐膛負壓在正常范圍內(nèi)。圖3 爐膛負壓控制系統(tǒng)框圖3工作的主要階段、進度及完成時間1 已完成的工作： 第1周 確定畢業(yè)設(shè)計題目。 第2周 下達任務書，查閱，收集相關(guān)文獻資料。 第34周 撰寫并上交開題報告。 2 待完成的工作安排： 第56周 進行系統(tǒng)要求（硬/軟件）需求分析和方案