鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)的Simulink仿真開題報(bào)告

1、湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文開題報(bào)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(xué) 號 指導(dǎo)教師（職稱） 填表日期 2012 年 3 月 9 日說 明一、論文的開題報(bào)告是保證畢業(yè)論文質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為規(guī)范我院本科畢業(yè)論文的開題報(bào)告，特印制此表。二、學(xué)生應(yīng)閱讀的主要文獻(xiàn)、資料15種以上，通過調(diào)研和資料搜集，主動與指導(dǎo)教師討論，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，完成開題報(bào)告，開題報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在2500字以上。三、開題報(bào)告須經(jīng)院畢業(yè)論文指導(dǎo)教師審查，同意后方可進(jìn)行論文寫作，并將開題報(bào)告交指導(dǎo)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(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嵺`價(jià)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(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、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(kuò)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(qiáng)大的矩陣分析和運(yùn)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(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個(gè)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(diǎn)，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(kuò)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(jì)算鍋爐燃燒過程。并通過實(shí)例仿真，驗(yàn)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(jì)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(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)簡單易用的交互式工作環(huán)境中。在這里可以實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、符號運(yùn)算、建模和仿真、原型開

4、發(fā)、數(shù)據(jù)分析及可視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)(包括圖形用戶界面設(shè)計(jì))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(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算軟件。在美國等發(fā)達(dá)國家的大學(xué)里MATLAB是一種必須掌握的基本工具，而在國外的研究設(shè)計(jì)單位和工業(yè)部門，更是研究和解決工程計(jì)算問題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。在國內(nèi)也有越來越多的科學(xué)技術(shù)工作者參加到學(xué)習(xí)和倡導(dǎo)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(gè)福音。因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)手段進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，一般都是依據(jù)電路

5、圖，焊接成實(shí)際電路，再進(jìn)行調(diào)試，費(fèi)時(shí)耗力，而現(xiàn)在可以利用MATLAB的電力系統(tǒng)工具箱對機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否滿足實(shí)際需求，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，鍋爐燃燒系統(tǒng)是電路、機(jī)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(jìn)行分析要得到省時(shí)省力且直觀的得到較真實(shí)結(jié)果的唯一辦法是進(jìn)行仿真。電力系統(tǒng)工具箱提供了這樣一個(gè)現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)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(jī)械及控制部件之間的相互影響，反復(fù)調(diào)整參數(shù)使整個(gè)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(jìn)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(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)，避免了在實(shí)際電路上的反復(fù)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(xiàn) 1 王正林.過程控制與Simulink應(yīng)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(jī)械工業(yè)出版社. 3 金以慧.過程控制M.北京：清華大學(xué)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(fēng).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(xué)報(bào),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(yù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)的PID控制器及其在過熱汽溫控制中的應(yīng)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(xué)學(xué)報(bào)，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(yīng)用研究J.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1995,15(1):16-22 . 10薛文順，呂劍虹.模糊PID復(fù)合控制系統(tǒng)及其在鍋爐一次風(fēng)壓力控制中的應(yīng)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(yīng)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(gè)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(fù)壓控制系統(tǒng)（確保引風(fēng)量和送風(fēng)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(diǎn)，分別設(shè)計(jì)鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)包含的三個(gè)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(jìn)行仿真。經(jīng)PID參數(shù)整定后，得出仿真結(jié)果并進(jìn)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(gè)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(fù)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(shí)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(jìn)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(shí)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(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。因此，各個(gè)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(yīng)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(fù)壓控制系統(tǒng)所謂爐膛負(fù)壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)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(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先將在爐膛負(fù)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(fù)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(yùn)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(fēng)方式，使?fàn)t內(nèi)煙氣壓力低于外界大氣壓力，即爐內(nèi)煙氣負(fù)壓，爐膛內(nèi)煙氣壓力最高的部位是爐堂頂部。當(dāng)爐負(fù)壓過大時(shí)，漏風(fēng)量增大，吸風(fēng)機(jī)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(fù)壓小甚至變?yōu)檎龎?，火焰及飛灰將爐膛不嚴(yán)處冒出，惡化工作燃燒造成危及人身及設(shè)備安全。故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。圖3 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖3工作的主要階段、進(jìn)度及完成時(shí)間1 已完成的工作： 第1周 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。 第2周 下達(dá)任務(wù)書，查閱，收集相關(guān)文獻(xiàn)資料。 第34周 撰寫并上交開題報(bào)告。 2 待完成的工作安排： 第56周 進(jìn)行系統(tǒng)要求（硬/軟件）需求分析和方案