CN108803508A - 火电厂热工控制算法应用系统和方法 - Google Patents

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Beijing Guohua Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供一种火电厂热工控制算法应用系统和方法，属于热工控制领域。该系统包括：采集模块、MATLAB模块、PLC控制器以及分布式控制系统DCS，其中，所述采集模块用于采集现场数据；所述MATLAB模块与所述采集模块连接，用于根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真，并将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件；所述PLC控制器与所述MATLAB模块连接，用于加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及所述DCS与所述PLC控制器连接，用于接收并应用测试通过的热工控制算法。本发明可以降低开发费用，简单、方便和可靠的将先进的热工控制算法应用于现场生产中。

Description

火电厂热工控制算法应用系统和方法
技术领域
本发明涉及热工控制，具体地涉及火电厂热工控制算法应用系统和方法。
背景技术
随着火力发电机组的容量的不断扩大，运行参数的不断提高，对热工控制的水平提出了更高的要求。一方面为了提高机组运行的经济性，机组的运行参数都十分接近设备和材料的极限；另一方面为了保证机组运行的安全性，又要保证运行参数不能超过设备和材料的极限。传统的控制方法或控制器很难对控制回路的控制水平再有提升。因此为了热工控制水平，很多学者和专家将先进的热工控制算法应用于现场生产中，取得很好的控制效果。
但是在现场实施过程中，却遇到了困难。由于先进控制算法相对复杂，传统的DCS需要进行单独的开发，一方面增加的开发费用与开发难度，另一方面可能对原有的DCS控制器产生不利的影响，其稳定性和可靠性还需验证和测试。再一种方法就是研发独立的优化站，以外挂的形式应用于现场，其研发过程类似于研发一套小型的DCS，其研发成本较高，不具有现场应用的通用，同时也不便于后续先进算法的优化和升级。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种火电厂热工控制算法应用系统和方法，火电厂热工控制算法应用系统和方法可以降低开发费用，简单、方便和可靠的将先进的热工控制算法应用于现场生产中。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种火电厂热工控制算法应用系统，该系统包括：采集模块、MATLAB模块、PLC控制器以及分布式控制系统DCS，其中，所述采集模块用于采集现场数据；所述MATLAB模块与所述采集模块连接，用于根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真，并将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件；所述PLC控制器与所述MATLAB模块连接，用于加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及所述DCS与所述PLC控制器连接，用于接收并应用测试通过的热工控制算法。
优选地，所述MATLAB模块包括：辨识模块、仿真模块以及转换模块，其中，所述辨识模块与所述采集模块连接，用于对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型；所述仿真模块与所述辨识模块连接，用于根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真；以及所述转换模块与所述PLC控制器连接，用于将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件。
优选地，该系统还包括：上位机，与所述PLC控制器连接，用于显示所述ST语言文件测试情况以及进行数据监控。
优选地，所述上位机与所述PLC控制器之间通过以太网连接通讯。
优选地，所述DCS与所述PLC控制器通过硬接线连接。
优选地，所述DCS与所述PLC控制器之间、所述PLC控制器与所述MATLAB模块之间以Modbus或OPC协议连接通讯。
本发明实施例还提供一种火电厂热工控制算法应用方法，该方法包括：采集现场数据；根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真；将所述热工控制算法转换为PLC控制器可调用的ST语言文件；加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及接收并应用测试通过的热工控制算法。
优选地，根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真包括：对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型；根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真。
通过上述技术方案，采用本发明提供的火电厂热工控制算法应用系统和方法，采用MATLAB模块对热工控制算法进行仿真，采用PLC控制器对热工控制算法进行测试，并将测试通过的热工控制算法传输至DCS即可，不用单独开发控制器，可以降低开发费用，简单、方便和可靠的将先进的热工控制算法应用于现场生产中。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的MATLAB模块的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用系统的运行示意图。
图4是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用方法的流程图；
图5是本发明另一实施例提供的火电厂热工控制算法应用方法的流程图。
附图标记说明
1 采集模块 2 MATLAB模块
3 PLC控制器 4 分布式控制系统DCS
21 辨识模块 22 仿真模块
23 转换模块 5 上位机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：采集模块、MATLAB模块、PLC控制器以及分布式控制系统DCS，其中，所述采集模块用于采集现场数据；所述MATLAB模块与所述采集模块连接，用于根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真，并将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件；所述PLC控制器与所述MATLAB模块连接，用于加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及所述DCS与所述PLC控制器连接，用于接收并应用测试通过的热工控制算法。
MATLAB模块用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。许多的学者和专家都在采用此软件进行研究和分析。其软件特点是：(1)高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；(2)具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；(3)友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；(4)功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱以及辨识工具箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。并且，MATLAB模块提供了代码向ST语言转化的标准接口。
采集模块完成现场数据的采集，例如，过热汽温现场数据；MATLAB模块利用现场数据、提供现场数据的对象和与对象相关的热工控制算法完成模型的搭建，并进行仿真，在仿真过程中工作人员可以调整热工控制算法的参数，从而得到理想的算法。另外，工作人员可以检测MATLAB转为ST语言的兼容性，对代码进行优化，利用MATLAB模块中的ST语言转化标准接口进行ST语言文件的转换，并发送至PLC控制器，随后PCL控制器对ST语言文件进行测试，并将测试好的热工控制算法传输至DCS，替换原有的控制算法，从而完成热工控制算法的应用。
PLC控制器具有丰富的现场应用业绩，因此它具有很高的可靠性和稳定性，便于作为热工控制算法的控制器直接应用于现场。
图2是本发明一实施例提供的MATLAB模块的结构示意图。如图2所示，所述MATLAB模块包括：辨识模块、仿真模块以及转换模块，其中，所述辨识模块与所述采集模块连接，用于对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型；所述仿真模块与所述辨识模块连接，用于根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真；以及所述转换模块与所述PLC控制器连接，用于将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件。
在本实施例中，描述了MATLAB模块的具体运行方式，均以MATLAB模块的固有功能执行。具体如下：
辨识模块通过MATLAB辨识工具箱，对提供现场数据的对象进行模型辨识，得到数学模型；仿真模块利用MATLAB的Simulink平台在数学模型的基础上，搭建提供现场数据的对象和热工控制算法的模型，进行仿真试验，整定热工控制算法参数，通过对控制性能指标进行评价，得到理想的热工控制算法；工作人员检测MATLAB转为ST语言的兼容性，对代码进行优化；转换模块将热工控制算法转换为PLC控制器可调用的ST语言文件。MATLAB语言简洁，易于掌握，降低了高级控制算法的编程难度。
图3是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用系统的运行示意图。如图3所示，该系统还包括：上位机，与所述PLC控制器连接，用于显示所述ST语言文件测试情况以及进行数据监控。在PLC控制器加载ST语言文件之后，可以在上位机编辑控制回路的操作画面。上位机与PLC控制器之间通过以太网连接通讯。
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
OPC(Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control)，它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，OPC标准应运而生。
OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者(OPC应用程序)的HMI(硬件监督接口)/SCADA(监督控制与数据采集)，批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标准。
在MATLAB工具箱内具有OPC客户端组件，因此方便了与具有OPC功能的控制器的通讯。因此PLC控制器与MATLAB模块之间可以以Modbus或OPC协议连接通讯。
DCS与PLC控制器通过硬接线连接，也可以以Modbus或OPC协议连接通讯，其数据传输稳定可靠。
图4是本发明一实施例提供的火电厂热工控制算法应用方法的流程图。如图4所示，该方法包括：采集现场数据(步骤S41)；根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真(步骤S42)；将所述热工控制算法转换为PLC控制器可调用的ST语言文件(步骤S43)；加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试(步骤S44)；以及接收并应用测试通过的热工控制算法(步骤S45)。
图5是本发明另一实施例提供的火电厂热工控制算法应用方法的流程图。如图5所示，该方法包括：采集现场数据(步骤S51)；对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型(步骤S52)；根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真(步骤S53)；将所述热工控制算法转换为PLC控制器可调用的ST语言文件(步骤S54)；加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试(步骤S55)；以及接收并应用测试通过的热工控制算法(步骤S56)。
通过上述技术方案，采用本发明提供的火电厂热工控制算法应用系统和方法，采用MATLAB模块对热工控制算法进行仿真，采用PLC控制器对热工控制算法进行测试，并将测试通过的热工控制算法传输至DCS即可，不用单独开发控制器，可以降低开发费用，简单、方便和可靠的将先进的热工控制算法应用于现场生产中。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (8)

1.一种火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，该系统包括：
采集模块、MATLAB模块、PLC控制器以及分布式控制系统DCS，其中，
所述采集模块用于采集现场数据；
所述MATLAB模块与所述采集模块连接，用于根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真，并将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件；
所述PLC控制器与所述MATLAB模块连接，用于加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及
所述DCS与所述PLC控制器连接，用于接收并应用测试通过的热工控制算法。
2.根据权利要求1所述的火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，所述MATLAB模块包括：
辨识模块、仿真模块以及转换模块，其中，
所述辨识模块与所述采集模块连接，用于对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型；
所述仿真模块与所述辨识模块连接，用于根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真；以及
所述转换模块与所述PLC控制器连接，用于将所述热工控制算法转换为所述PLC控制器可调用的ST语言文件。
3.根据权利要求1所述的火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，该系统还包括：
上位机，与所述PLC控制器连接，用于显示所述ST语言文件测试情况以及进行数据监控。
4.根据权利要求3所述的火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，所述上位机与所述PLC控制器之间通过以太网连接通讯。
5.根据权利要求1所述的火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，所述DCS与所述PLC控制器通过硬接线连接。
6.根据权利要求1所述的火电厂热工控制算法应用系统，其特征在于，所述DCS与所述PLC控制器之间、所述PLC控制器与所述MATLAB模块之间以Modbus或OPC协议连接通讯。
7.一种火电厂热工控制算法应用方法，其特征在于，该方法包括：
采集现场数据；
根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真；
并将所述热工控制算法转换为PLC控制器可调用的ST语言文件；
加载所述ST语言文件，并根据所述ST语言文件进行测试；以及
接收并应用测试通过的热工控制算法。
8.根据权利要求7所述的火电厂热工控制算法应用方法，其特征在于，根据所述现场数据、提供所述现场数据的对象和与所述对象相关的热工控制算法进行仿真包括：
对提供所述现场数据的对象进行模型辨识，得到与提供所述现场数据的对象拟合的数学模型；
根据所述现场数据、所述数学模型以及所述热工控制算法进行仿真。
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