基于MATLAB和OPC實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)階PID在鍋爐汽包液位控制中的應(yīng)用

郝 軍，強(qiáng)軍梅

（鄂爾多斯市西北能源化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯010300）

1 引言

熱電裝置鍋爐汽包液位控制是一項(xiàng)十分重要的工藝指標(biāo)，且由于汽包液位有較大的時(shí)滯等特性，汽包液位控制一直是鍋爐控制研究的熱點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣泛的是三沖量調(diào)節(jié)[1]，最近關(guān)于專家PID[2]、模糊控制[3]以及分?jǐn)?shù)階PID控制[4]的應(yīng)用越來越多，但是這些研究很多都是基于MATLAB平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，而工廠中用到的更多是DCS控制系統(tǒng)。我公司130T鍋爐裝置用的是浙大中控300XP系統(tǒng)，擬通過MATLAB以及OPC技術(shù)將分?jǐn)?shù)階PID控制器應(yīng)用到浙大中控300XP鍋爐控制系統(tǒng)中。

2 浙大中控300XP鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)

目前鍋爐汽包液位控制中應(yīng)用最廣泛的是以三沖量調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)鍋爐三沖量分?jǐn)?shù)階PID控制系統(tǒng)。汽包三沖量控制系統(tǒng)如圖1。

先在浙大中控300XP中完成鍋爐汽包液位（LIT_4602/03/04）、 主 蒸 汽 （FR_4604）、 給 水 流 量（FRC_4601）、液位控制閥（FV_4601A）的組態(tài)。然后在三沖量PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將分?jǐn)?shù)階PID控制器應(yīng)用到主PID調(diào)節(jié)中，組態(tài)如圖2。

3 MATLAB與浙大中控300XP之間的通訊

3.1 通訊原理

MATLAB與鍋爐裝置浙大中控300XP之間的通訊依據(jù)OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)。OPC即OLE for ProcessControl，是為基于WINDOWS的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用建立橋梁。OPC采用客戶端/服務(wù)器模式，它定義了一個(gè)開放的接口，使得各種供貨商及軟件提供商之間只要遵循OPC標(biāo)準(zhǔn)，就能夠建立數(shù)據(jù)交換。

3.2 通訊結(jié)構(gòu)（圖3）

3.3 通訊設(shè)置

3.3.1 SUPCOND OPC SERVER通訊設(shè)置

浙大中控300XP系統(tǒng)可以直接通過浙大SUPCON OPCSERVER軟件建立服務(wù)端。

3.3.2 MATLAB OPC CLIENT通訊設(shè)置

MATLAB可以利用OPC toolbox工具箱里面的OPC Config，OPCRead，OPCWrite完成通訊，具體設(shè)置如圖 4。

4 分?jǐn)?shù)階PID控制系統(tǒng)的MATLAB實(shí)現(xiàn)

分?jǐn)?shù)階PID控制器[5]的一般形式為PIλDμ，其中λ和μ可以是任意實(shí)數(shù)，其傳遞函數(shù)為（λ，μ>0）。顯然，λ=μ=1時(shí)，GC（S）為整數(shù)階 PID控制器，λ=0，μ=1時(shí)，GC（S）為整數(shù)階 PD控制器，λ=1，μ=0時(shí)，GC（S）為整數(shù)階PI控制器。利用Oustaloup算法，假設(shè)選定的擬合頻率段為（ωb，ωh)，則可以構(gòu)造出連續(xù)濾波器的傳遞函數(shù)模型，其中

據(jù)此可以設(shè)計(jì)出函數(shù) G=ousta_fod（r，N，w_L，w_H），如圖5所示。

再根據(jù)SIMULINK封裝技術(shù)[6]得到如圖6所示的封裝模塊。

最后設(shè)計(jì)出如圖7所示的鍋爐PIλDμ控制模塊。

如7圖所示，本文設(shè)計(jì)時(shí)考慮默認(rèn)情況下通過通訊獲得普通PID調(diào)節(jié)時(shí)的P、I、D參數(shù)，然后再對(duì)分?jǐn)?shù)階進(jìn)行優(yōu)化。

5 總結(jié)

分?jǐn)?shù)階PID控制系統(tǒng)是目前先進(jìn)控制系統(tǒng)中研究與應(yīng)用較多的，許多研究都表明，分?jǐn)?shù)階PID控制系統(tǒng)優(yōu)于普通PID控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)。通過MATLAB與OPC技術(shù)使得這些研究得以在鍋爐汽包液位中得到應(yīng)用。由于MATLAB具備強(qiáng)大的運(yùn)算功能，今后可以以此為基礎(chǔ)開發(fā)出更多的先進(jìn)控制系統(tǒng)。

[1]張子才，龔爭(zhēng)理，黃良沛，等.鍋爐汽包水位串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2011（4）：43-46.

[2]俞海斌，褚健.CFB鍋爐汽包水位的專家PID控制[J].機(jī)電工程，2000（3）：103-106.

[3]鄭明方，肖立甲，薛國新，等.燃煤鍋爐水位神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化控制[J].煤礦自動(dòng)化，2001(6):1-3.

[4]秦君琴，馬華杰，李興財(cái).分子階PID控制器在火電廠鍋爐汽包水位控制中的應(yīng)用研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（7）：58-61.

[5]嚴(yán)慧，劉坤，汪木蘭.分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器控制性能的研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009（11）：335-338.

[6]薛定宇，陳陽泉.高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004:383-396.□