集中供熱供回水溫度的MATLAB仿真

安麗美

（太原理工大學(xué)，山西太原030024）

集中供熱供回水溫度的MATLAB仿真

安麗美

（太原理工大學(xué)，山西太原030024）

傳統(tǒng)的控制方式不能很好地應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)主要是因?yàn)榧泄嵯到y(tǒng)的非線性、時(shí)變性。這便需要找尋一種新的控制方式，而模糊控制恰好可以解決這一難題，并利用MATLAB中的模糊推理工具箱來進(jìn)行仿真。

集中供暖；模糊控制系統(tǒng)；MATLAB仿真

引言

我國的集中供熱由于起步較晚相對(duì)比較落后，新中國成立以后才開始真正的發(fā)展起來，在20世紀(jì)50年代這段期間主要是學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)的供熱技術(shù)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、綜合國力的不斷攀升，供電產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，由此集中供熱事業(yè)在我國便得到了最初的發(fā)展。到了20世紀(jì)70年代，集中供熱得到了國家的大力支持，開始了蓬勃的發(fā)展，在1975年建設(shè)部頒布的設(shè)計(jì)規(guī)范基礎(chǔ)上，于1987年頒布了適合我國國情的《采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 50019—2003）。20世紀(jì)末，我國的總供熱面積已經(jīng)達(dá)到80萬m2。此后，全國近300個(gè)城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集中供熱，全國供熱面積達(dá)到了近9億m2。供熱管網(wǎng)的長度約為3.6×104km。時(shí)至今日，我國的供熱事業(yè)也取得了飛速的發(fā)展。目前太原主要采用熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖方式，小區(qū)鍋爐房已不多見。目前我國城市穩(wěn)步發(fā)展，人們對(duì)供暖的要求也越來越高，傳統(tǒng)的供熱主要由單位或者房屋產(chǎn)權(quán)單位負(fù)責(zé)，這種小范圍的鍋爐供熱既不能滿足社會(huì)發(fā)展的要求，也不能滿足環(huán)境的要求。于是由供熱公司作為媒介，將供熱作為商品出售給用戶便成為主流趨勢。其中，對(duì)于發(fā)達(dá)的大城市，集中供熱系統(tǒng)的供熱形式還要向全網(wǎng)一體化、全網(wǎng)自動(dòng)化的方向發(fā)展，以便實(shí)現(xiàn)供暖一體化，自動(dòng)化。

1　熱力站自控系統(tǒng)簡介

熱力站是城市集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)與用戶的連接站。一次熱能（蒸汽或高溫?zé)崴┙?jīng)過一次供熱管網(wǎng)到達(dá)熱力站，調(diào)節(jié)熱力站一次網(wǎng)的閥門便可實(shí)現(xiàn)對(duì)二次網(wǎng)的回水溫度的控制，調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)水泵的流量可實(shí)現(xiàn)對(duì)二次網(wǎng)供水溫度的控制。最終將合適的熱量送給用戶。熱力站主要利用循環(huán)泵來完成水循環(huán)。熱力站簡圖如圖1所示［1］。

圖1熱力站簡圖

圖1中即為熱力站簡圖，一二次網(wǎng)供水系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、回水系統(tǒng)共同構(gòu)了熱力站的組成。

2　集中供熱控制器的MATLAB建模

MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值分析以及矩陣計(jì)算功能并且能對(duì)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，可以為為科研工作以及工程設(shè)計(jì)等需要進(jìn)行復(fù)雜有效數(shù)值計(jì)算的諸多領(lǐng)域提供優(yōu)化的解決方案。這些優(yōu)點(diǎn)使其成為了最受歡迎的控制和仿真領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)［2］。

對(duì)太原市第一供暖分公司所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總后，選取供水流量X∈［18283，25213］和室外溫度Y∈［-20，5］。根據(jù)X和Y的數(shù)據(jù)，選定回水溫度t∈［43，64］。采用雙輸入一單輸出的模糊控制器來完成模擬任務(wù)。

2.1模糊推理編輯器

通過Edit-＞AddVariable可以進(jìn)行變量的添加，名稱的修改在右下方。系統(tǒng)的輸入量為供水流量、室外溫度，輸出量為回水溫度，確定這些后即可完成模糊推理編輯器的設(shè)置，如圖2所示。

圖2　模糊推理編輯器

2.2隸屬函數(shù)編輯器

確立了輸入量（供水流量和室外溫度）和輸出量（回水溫度）的隸屬函數(shù)后，再輸入所提供數(shù)據(jù)，便可得到供水流量隸屬函數(shù)編輯器、室外溫度隸屬函數(shù)編輯器、回水溫度隸屬函數(shù)編輯器分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3　供水流量隸屬函數(shù)編輯器

圖4　室外溫度隸屬函數(shù)編輯器

圖5　回水溫度隸屬函數(shù)編輯器

2.3模糊規(guī)則編輯器

模糊規(guī)則是用模糊條件對(duì)輸入量和輸出量間的模糊關(guān)系的表述。圖2中通過使用Edit-＞AddMFs可完成添加隸屬度函數(shù)，根據(jù)if（and）then的形式進(jìn)行添加規(guī)則，通過上述步驟即可完成模糊控制器的搭建。便可得出相應(yīng)的模糊規(guī)則表，if（and）then形式的模糊規(guī)則如圖6所示［3］。

圖6　模糊規(guī)則編輯器

2.4模糊規(guī)則觀測窗

使用菜單欄中的View-＞Rules即可觀察設(shè)計(jì)規(guī)則。拖動(dòng)輸入變量中間的豎直線，可以看到控制量的變化情況。當(dāng)模糊推理編輯器、隸屬函數(shù)編輯器、模糊規(guī)則編輯器這三個(gè)窗體編輯完畢以后，模糊規(guī)則觀測窗就可以被調(diào)出。調(diào)出的模糊系統(tǒng)控制器如圖7所示。

圖7　模糊規(guī)則觀測窗

在圖7中，Input根據(jù)輸入的具體輸入值，便可計(jì)算出相應(yīng)的輸值，從而解決了人工計(jì)算繁瑣復(fù)雜的問題，節(jié)省了大量的時(shí)間人力。

2.5輸出量的曲面觀測窗

通過菜單欄中的View-＞Surface可觀察輸入變量輸出變量的三維曲面。在模糊規(guī)則觀測窗口中，只能觀測到平面的結(jié)果。曲面觀測窗口可以顯示立體的結(jié)果，該系統(tǒng)的輸出量曲面觀測窗如下頁圖8所示［4］。

圖8　輸出量曲面觀測窗

在圖8中縱軸表示輸出量回水溫度，橫軸分別表示輸入量室外溫度和供水流量，即輸出量跟輸入量的關(guān)系曲面。從平滑的空間曲面可以看出所有輸出是近乎連續(xù)的。

3　結(jié)語

因?yàn)镸ATLAB具有將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)可視窗口的功能，能解決科研工作、工程設(shè)計(jì)中復(fù)雜數(shù)值計(jì)算，因而在科學(xué)研究以及工程設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用。它在一定程度上超越了諸如C、Fortran等傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言的編輯模式。本文首先簡單介紹了熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)，然后詳細(xì)敘述了MATLAB建模過程，直至得出令人滿意的仿真結(jié)果為止。分析和敘述了建模和仿真過程后，可以看出所有輸出是近乎連續(xù)的，效果很好。由此可見，將模糊控制理論應(yīng)用在集中供熱系統(tǒng)中是非常正確的，它克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)對(duì)非線性、時(shí)變性難以精確控制的弊端。

［1］唐衛(wèi)，熱力站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)基本思路與控制模式分析［J］.區(qū)域供熱，2001（5）:9-13.

［2］羅明.供熱系統(tǒng)計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)［D］.長春:長春工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］廉小親.模糊控制技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［4］張國良，曾靜，柯熙政，等.模糊控制及其Matlab應(yīng)用［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2002.

（編輯：姚歡）

MATLAB Simulation for Supply and Return Water of Centralized Heating

An Limei
（Taiyuan University of Technology，Taiyuan Shanxi 030024）

The reason for traditional control mode cannot be used in central heating system is mainly the central heating system of the nonlinear and time-varying.It will need to look for a new control method，and fuzzy control can solve this problem，and by using fuzzy reasoning toolbox of MATLAB to simulate.

centralized heating；fuzzing control system；MATLAB simulation

TU995

A

2095-0748（2015）21-0059-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.26

2015-10-05

安麗美（1989—），女，河北承德人，本科，畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，科員，現(xiàn)就職于太原市熱力公司，從事施工管理工作。