文 献 综 述

1.研究意义及背景

随着我国工业化的迅速发展，作为工业化发展的桥梁与支撑，自动控制领域也面临诸多的难题与挑战。就我国目前运行的很多锅炉液位控制系统而言，自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准。如何保障我国工业化进程中锅炉液位系统的安全、稳定、高效运行，成为当前研究的一个重要课题。因此实现锅炉液位的计算机自动控制具有重要的意义。

锅炉是化工厂的一种生产蒸汽的装置设备，在化工厂中发挥着无法替代的作用。为了保证锅炉能够安全、稳定工作，需要使锅炉的液位保持在正常的标准值下。如果锅炉的液位低于标准值，容易烧坏锅炉，然后发生严重的生产事故；如果锅炉的液位高于标准值，容易水蒸气中带有部分升华不了的水，然后会出现水溢出的风险。因此，在运用锅炉的生产工程中，确保液位在正常的标准值是必不可少的一项工作。

自锅炉控制技术问世以来，主要经历了四个阶段的发展：一是手动控制阶段、二是自动化单元组合仪表控制阶段、三是微机测控阶段、四是智能控制理论的应用阶段。随着现代控制理论的发展与应运，很多更先进的计算机控制方法被采用，例如数字PID控制、最优控制、自适应控制等，很多控制系统在控制结构上不再单一，在控制系统的结构上采用串级、前馈-反馈控制，针对控制对象的滞后特性，采用Smith纯滞后补偿控制等。目前，国内外很多学者已经将先进的控制方法应用到锅炉的控制中。例如：英国的E.H.Manmdan成功地将模糊控制应用到锅炉和蒸汽机控制中，此后，模糊控制得到了广泛发展并在现实中得到了成功的应用；东南大学自动化研究所的鄢波采用的模糊自适应PID控制；华北电力大学的王东风采用的预测函数控制；重庆大学的李仙采用的模糊神经网络控制；武汉理工大学的孙俊采用的专家PID控制等，这些控制方式都取得了良好效果。本课题研究基于前人的基础上，期望对锅炉这种大时滞，参数不稳定的被控对象实现更为有效的控制。采用三冲量控制方案，搭建MCGS和Matlab通信通道，利用MCGS组态软件与Matlab算法对锅炉液位实现良好的控制效果与动态仿真。

MCGS组态软件画面效果逼真，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。并能快速地开发并组建高效的监控系统。MCGS支持数据采集卡板、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备;支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线;支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联;支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联。

Matlab在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。Matlab数学函数库包含了大量的计算算法，而且稳定可靠，是一套广泛应用于诸多领域的优秀软件。通过Matlab中的Simulink工具箱可以动态的模拟所的构造系统的响应曲线，以控制框图代替了程序的编写，只需要选择合适仿真设备，添加传递函数，设置仿真参数。

确保锅炉的液位控制在标准值以内是化工厂稳定生产的先决条件，其控制的好坏直接影响到了锅炉能否正常运行。MCGS组态与Matlab算法PID参数整定锅炉液位监控系统，该系统具有界面友好、参数在线整定方便、扩展性强等优点。MCGS的锅炉液位实时曲线输出显示系统运行稳定、可靠性高。该锅炉液位监控系统在提高工业锅炉计算机自动控制方面具有一定的参考价值，是值得推广应用的，对我国的工业自动化具有重大意义。

2.锅炉汽包液位三冲量控制系统的结构与原理

三冲量液位控制系统流程图如图1所示。其中，主调节器为液位调节器，副调节器为给水量流量调节器，蒸汽流量为前馈信号。实际上，该系统是三冲量前馈-反馈串级控制系统，该系统的主要优点是当负荷（蒸汽流量）变化时，它早于液位偏差进行前馈控制。