專利名稱：基于pid-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具體地說，涉及一種基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
換熱站系統(tǒng)是一個具有時變、滯后等特性的多變量系統(tǒng)，特別是在溫度控制中表現(xiàn)更明顯。在換熱站溫度控制中大多采用常規(guī)的PID控制作為主要控制方式。換熱站系統(tǒng)中室外溫度、二次供水溫度、二次回水溫度等參數(shù)的變化都對換熱系統(tǒng)的控制有直接影響，當(dāng)波動較大時，會使整個換熱控制系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重影響換熱站安全運(yùn)行，如果電動調(diào)節(jié)閥控制得不好將直接關(guān)系到熱用戶的使用溫度，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器雖然具有控制簡單，容易實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是單獨(dú)采用PID控制的效果不是特別理想。而自尋優(yōu)控制器具有無須建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，對被控對象的非線性和時變性具有一定的適應(yīng)能力，具有準(zhǔn)確性高、魯棒性好等特點(diǎn)，但是尋優(yōu)過程緩慢，在負(fù)荷波動較大的情況下不能及時的調(diào)整換熱站的運(yùn)行參數(shù)?；诖耍绾伟l(fā)明一種基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，將PID控制器與自尋優(yōu)控制器相結(jié)合，利用PID控制的快速性和自尋優(yōu)控制精確性，在控制的前期采用PID控制，在后期采用自尋優(yōu)控制，并通過熱網(wǎng)監(jiān)控中心的智能分析實(shí)現(xiàn)對二次供水溫度的精確控制，滿足快速性和準(zhǔn)確性兩個特點(diǎn)，節(jié)省換熱站的能源，提高熱網(wǎng)的運(yùn)行效率，是本實(shí)用新型主要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù) 和方法的不足，提出了一種基于溫度補(bǔ)償?shù)腜ID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，能夠完成系統(tǒng)在各種工況負(fù)荷變化情況下自動運(yùn)行的功能，可以提高換熱站的運(yùn)行效率，降低人員成本，調(diào)高了設(shè)備的使用壽命。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，包括溫度采集模塊(I)、通訊模塊(2)、PID-自尋優(yōu)控制器(3)、通訊模塊(4)和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)，其特征在于:溫度采集模塊(I)采集室外溫度、二次供/ 二次回水溫度，將采集的信息通過通訊模塊(2 )發(fā)送到PID-自尋優(yōu)控制器(3 )，并通過通訊模塊
(4)發(fā)送到熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)，熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)通過智能分析、動態(tài)顯示和預(yù)警報(bào)警，將監(jiān)控指令發(fā)送到PID-自尋優(yōu)控制器(3)，根據(jù)設(shè)定的流程，對電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID控制和自尋優(yōu)控制的切換。進(jìn)一步的，熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)利用溫度采集模塊(I)中的室外溫度傳感器，二次供水溫度傳感器和二次回水溫度傳感器采集的室外溫度、二次供水溫度和二次回水溫度，結(jié)合系統(tǒng)水循環(huán)時間周期、不同時段和時期熱量需求的變化信息，自動生成的溫度上升和下降的運(yùn)行曲線，建立二次供水溫度的補(bǔ)償溫度理論模型，并將輸出值傳送給PID-自尋優(yōu)控制器(3)，通過執(zhí)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)對二次供水溫度的調(diào)節(jié)。同時系統(tǒng)根據(jù)熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)的溫度運(yùn)行曲線，設(shè)定滾動自尋優(yōu)算法的相關(guān)參數(shù)，如:尋優(yōu)步長、尋優(yōu)周期、選擇誤差等，接著根據(jù)二次供水溫度補(bǔ)償值的變化，判斷系統(tǒng)采用溫度PID調(diào)節(jié)回路還是自尋優(yōu)控制回路對換熱站進(jìn)行控制，最后再將運(yùn)行的數(shù)值上傳到熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)。又進(jìn)一步的，所述熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)包括操作員站，視頻監(jiān)控站，服務(wù)器工作站，打印機(jī)，主要用于監(jiān)控?fù)Q熱站的溫度、壓力、流量、閥位、閥門開度等參數(shù)信息，并利用這些信息實(shí)時給出調(diào)節(jié)控制指令。再進(jìn)一步的，在PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)的信號通訊過程中，通訊模塊(2)可采用RS485、RS232、M-BUS通訊方式實(shí)現(xiàn)溫度采集模塊(I)和PID-自尋優(yōu)控制器(3 )的通訊；通訊模塊(4 )可采用市話網(wǎng)、寬帶網(wǎng)、專用網(wǎng)和GPRS通訊方式的方式實(shí)現(xiàn)PID-自尋優(yōu)控制器(3 )和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5 )的通訊。更進(jìn)一步的，PID-自尋優(yōu)控制器(3)包括PID調(diào)節(jié)器與自尋優(yōu)控制器兩部分，控制方法為:設(shè)定二次供水溫度補(bǔ)償值為T，實(shí)測值為S，選擇誤差為e，調(diào)節(jié)回路切換遵循如下規(guī)則:如果|T-S|/S>e，則系統(tǒng)切換到PID調(diào)節(jié)回路，利用PID調(diào)節(jié)器調(diào)整電動調(diào)節(jié)閥，快速平穩(wěn)地使二次供水溫度實(shí)測值控制到補(bǔ)償值附近，使得系統(tǒng)滿足I T-S I/S ( e ;如果
T-S I/S彡e，則系統(tǒng)自動切換至自尋優(yōu)控制回路，并以二次供水溫度為調(diào)節(jié)目標(biāo)，通過滾動自尋優(yōu)算法，不斷優(yōu)化電動調(diào)節(jié)閥的開度值，使二次供水溫度的實(shí)測值穩(wěn)定到補(bǔ)償值上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本實(shí)用新型基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)具有如下功能和優(yōu)點(diǎn):(I)系統(tǒng)利用常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的快速穩(wěn)定性和自尋優(yōu)控制器的準(zhǔn)確性，創(chuàng)新性的提出了 PID-自尋優(yōu)控制器，從而快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對電動調(diào)節(jié)閥的控制。(2)系統(tǒng)對二次供水溫度進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，減小了控制溫度的波動性和滯后性，從而提高了換熱站的工作效 率，節(jié)約了能源消耗。(3)系統(tǒng)可以實(shí)時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、存儲以及預(yù)警報(bào)警，加強(qiáng)了對系統(tǒng)的監(jiān)管性，減輕工人操作上的勞動強(qiáng)度，生產(chǎn)效率顯著提高。(4)系統(tǒng)工作可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，使換熱站生產(chǎn)運(yùn)行更加平穩(wěn)和更加安全。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

圖1是本實(shí)用新型所提出的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型所提出的PID-自尋優(yōu)控制器的控制結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型所提出的PID-自尋優(yōu)控制器的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。實(shí)施例一，參見圖1所示，本實(shí)施例是基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括溫度采集模塊(I)、通訊模塊(2)、PID-自尋優(yōu)控制器(3)、通訊模塊(4)和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)。所述溫度采集模塊(I)用于采集室外溫度、二次供/ 二次回水溫度。所述通訊模塊(2)可采用RS485、RS232、M-BUS通訊方式將采集的溫度信號傳送到PID-自尋優(yōu)控制器(3)。所述PID-自尋優(yōu)控制器(3)根據(jù)二次供水溫度補(bǔ)償值和實(shí)測值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)器和自尋優(yōu)控制器的切換控制。所述通訊模塊(4)可采用市話網(wǎng)、寬帶網(wǎng)、專用網(wǎng)和GPRS網(wǎng)通訊方式實(shí)現(xiàn)PID-自尋優(yōu)控制器(3)和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)的通訊。所述的熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)負(fù)責(zé)對接受的信息進(jìn)行分析和處理，并將指令發(fā)送到PID-自尋優(yōu)控制器
(3)，完成整個系統(tǒng)的控制。實(shí)施例二，參見圖2所示，本實(shí)施例是PID-自尋優(yōu)控制器的控制結(jié)構(gòu)圖?？刂撇襟E為:第一步:系統(tǒng)采集室外溫度、二次供/回水溫度，結(jié)合系統(tǒng)熱水循環(huán)時間周期、不同時段和時期熱量需求的變化等信息，在監(jiān)控中心自動生成的溫度上升和下降的運(yùn)行曲線，建立換熱站的二次供水溫度的補(bǔ)償溫度理論模型。第二步:系統(tǒng)根據(jù)二次供水溫度的補(bǔ)償值和實(shí)測值差值的絕對值進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)器和自尋優(yōu)控制器的協(xié)調(diào)使用。第三步:當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥采用PID調(diào)節(jié)器控制時，能夠快速平穩(wěn)地使二次供水溫度實(shí)測值控制到補(bǔ)償值附近，當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥采用自尋優(yōu)控制器控制時，系統(tǒng)以二次供水溫度為調(diào)節(jié)目標(biāo)，通過滾動自尋優(yōu)算法，不斷優(yōu)化電動調(diào)節(jié)閥的開度值，準(zhǔn)確地使二次供水溫度的實(shí)測值穩(wěn)定到補(bǔ)償值上。實(shí)施例三，參見圖3所示，本實(shí)施例是PID-自尋優(yōu)控制器的控制流程圖?？刂屏鞒倘缦?第一步:系統(tǒng)利用采集室外溫度、二次供水溫度、二次回水溫度結(jié)合系統(tǒng)熱水循環(huán)時間周期、不同時段和時期熱量需求的變化等信息，設(shè)定換熱站溫度控制點(diǎn)的值S，選擇誤差e，尋優(yōu)周期、尋優(yōu)步長等控制參數(shù)；第二步:PID-自尋優(yōu)控制器把換熱站二次供水溫度的補(bǔ)償值T與二次供水溫度補(bǔ)償值S的差值的絕對誤差跟選擇誤差e做比較，如果I T-S I /S > e，則系統(tǒng)切換到PID調(diào)節(jié)回路，利用PID調(diào)節(jié)器快速平穩(wěn)地將二次供水溫度的實(shí)測值控制到補(bǔ)償值附近，使得系統(tǒng)滿足I T-S I/S≤e ;如果I T-S I/S≤e，則系統(tǒng)切換到自尋優(yōu)控制回路，通過滾動自尋優(yōu) 算法，使換熱站二次供水溫度的實(shí)測值控制到補(bǔ)償值上。第三步，判斷二次供水溫度實(shí)測值是否等于補(bǔ)償值。如果相等，則結(jié)束程序；如果不相等，則進(jìn)行下一周期循環(huán)。本實(shí)用新型的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)適用于利用一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)二次供水溫度的換熱站，該系統(tǒng)具有抗負(fù)荷變化能力強(qiáng)、自動化程度高、可靠性好、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的實(shí)用前景。當(dāng)然，上述說明并非是對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，包括溫度采集模塊(I)、通訊模塊(2)、PID-自尋優(yōu)控制器(3)、通訊模塊(4)和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)，其特征在于:溫度采集模塊(I)采集室外溫度、二次供/回水溫度，并將采集的信息通過通訊模塊(2)發(fā)送到PID-自尋優(yōu)控制器(3)，再通過通訊模塊(4)發(fā)送到熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)，熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)將監(jiān)控指令發(fā)送到PID-自尋優(yōu)控制器(3)對電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID-自尋優(yōu)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度采集模塊(I)包括室外溫度傳感器，二次供水溫度傳感器和二次回水溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述通訊模塊(2)可采用RS485、RS232和M-BUS通訊方式；所述的通訊模塊(4)可采用市話網(wǎng)、寬帶網(wǎng)和GPRS通訊方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PID-自尋優(yōu)控制器(3)由PID調(diào)節(jié)器和自尋優(yōu)控制器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述熱網(wǎng)監(jiān)控 中心(5)包括操作員站，視頻監(jiān)控站，服務(wù)器工作站，打印機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種基于PID-自尋優(yōu)控制器的換熱站溫度智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由溫度采集模塊(1)、通訊模塊(2)、PID-自尋優(yōu)控制器(3)、通訊模塊(4)和熱網(wǎng)監(jiān)控中心(5)組成。該系統(tǒng)通過實(shí)時采集室外溫度、二次供/回水溫度參數(shù)，對二次供水溫度設(shè)定值進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，利用PID-自尋優(yōu)控制器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對一次供水側(cè)電動調(diào)節(jié)閥的精確控制，從而達(dá)到對二次供水溫度快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)的目的，節(jié)省了換熱站的能源，提高了熱網(wǎng)的運(yùn)行效率。
文檔編號F24D19/10GK203147905SQ20132014270
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者高德欣, 李磊磊, 劉濤 申請人:青島科技大學(xué)