應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動化 使用的產(chǎn)品：軟件：LabVIEW 5.1, LabVIEW Application Builder for, LabVIEW PID Toolkit。 硬件：PCI 6024E, 5B32 等。 挑戰(zhàn)：使用參數(shù)自調(diào)節(jié)的PID 控制技術(shù)實現(xiàn)了對燃煤供熱鍋爐精確的溫度控制和燃燒環(huán)境的優(yōu)化。 應(yīng)用方案：使用目前測控領(lǐng)域的新技術(shù)—虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW軟件開發(fā)平臺的功能和技術(shù)特點，結(jié)合鍋爐供熱系統(tǒng)自動控制的特點，開發(fā)了一個自適應(yīng)室外溫度的鍋爐供熱自動測控系統(tǒng)。 介紹： 我國北方城市冬季供熱期較長，分散式鍋爐供熱所占比重較大，供熱質(zhì)量的好壞將對減少城市環(huán)境污染、節(jié)約能源起到重要作用。從供熱的角度考慮，應(yīng)在節(jié)省能源的條件下使用戶感到舒適為目標(biāo)。為了滿足這一要求，可以通過控制鍋爐出口的一次高溫水的流量和溫度，使一次高溫水和熱交換站交換后的二次低溫水的溫度隨室外溫度而變化。同時，從控制燃燒的角度來看，應(yīng)在滿足供熱量的前提下使燃料充分燃燒，達(dá)到節(jié)煤、節(jié)電和減少環(huán)境污染的效果。優(yōu)化燃燒環(huán)境要求燃燒室的含氧量穩(wěn)定并保持基本恒定的負(fù)壓值（過大的負(fù)壓值將造成能量的浪費）。溫度的調(diào)節(jié)最終是通過控制爐排電機的轉(zhuǎn)速來改變煤層厚度，以此來改變?nèi)剂系墓┙o量，并輔之鼓引風(fēng)量的變化來實現(xiàn)。利用LabVIEW 的CIN 模塊實現(xiàn)與C 語言的接口，將采樣數(shù)據(jù)和系統(tǒng)各電機的運行參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫，這樣可以用VC++的ADO 對象管理工程數(shù)據(jù)庫，便于對系統(tǒng)供熱的全部歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。 鍋爐供熱自動測控系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)測量對象和控制目標(biāo)確定系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，控制鍋爐運行系統(tǒng)的控制模塊和原理如圖1 和圖2 所示。本系統(tǒng)需要采集的信號有室外溫度、一次高溫水溫度、二次供水溫度、一次出水壓力、一次回水壓力、燃燒室溫度、燃燒室含氧量、燃燒室負(fù)壓值�？刂茖ο鬄闋t排電機轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)電機、引風(fēng)電機以及循環(huán)水泵電機。全部電機都通過變頻調(diào)速器控制。所有采集的模擬信號都經(jīng)過信號調(diào)理后經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換輸入計算機。由于變頻器可直接接收0～10V 電壓或4～20mA 電流，故A/D 板輸出的信號可直接改變變頻器的頻率值。系統(tǒng)的聲光報警信號則通過數(shù)字量輸出板（DIO）經(jīng)過光電隔離和功率放大驅(qū)動聲光報警器工作。 [align=center] 圖2：鍋爐供熱自動控制系統(tǒng)程序框圖[/align] 鍋爐供熱自動控制系統(tǒng)程序框圖如圖2 所示，對于自動控制運行的鍋爐供熱系統(tǒng)，其安全性和可靠性是系統(tǒng)的兩個重要指標(biāo)。系統(tǒng)對超出要求的溫度、壓力、流量信號必需進(jìn)行報警，同時動態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)采集的信號是否正常，例如相鄰采樣的溫度信號如果跳變異常則認(rèn)為是非正常信號。 用AutoPID實現(xiàn)控制目標(biāo)： 本系統(tǒng)的核心是獨立并行的四個PID控制模塊，各PID 控制的不同之處是負(fù)壓值和含氧量的控制穩(wěn)定在固定的數(shù)值上，而一次高溫水溫和二次供水溫度的控制目標(biāo)是室外溫度的函數(shù)。PID 控制器的輸出值經(jīng)D/A 變換后的電壓信號作為各個電機變頻器的控制信號。PID 控制中最主要的三個常數(shù)是增益系數(shù)KC，積分時間常數(shù)Ti，微分時間常數(shù)Td。這三個常數(shù)值的大小取決于控制對象的動態(tài)特性，過大和過小都將使輸出變量產(chǎn)生振蕩。但對于控制目標(biāo)是動態(tài)變化的系統(tǒng)，這三個參數(shù)也應(yīng)該根據(jù)控制目標(biāo)在不同區(qū)間的變化而做適當(dāng)?shù)男Ｕ�。一次供水溫度、二次供水溫度和燃燒環(huán)境的優(yōu)化控制（恒定的含氧量和負(fù)壓值）是由四個PID 控制模塊實現(xiàn)的。對于溫度控制系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)響應(yīng)時間較長，信號變化緩慢，合理的設(shè)置PID控制的比例系數(shù)、微積分時間常數(shù)和控制的循環(huán)時間常數(shù)是系統(tǒng)控制成敗的關(guān)鍵。考慮初冬與嚴(yán)寒期的室外溫差變化較大，不同范圍內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)其時間常數(shù)會有些差異，本系統(tǒng)對各PID 控制對象的變化范圍進(jìn)行了細(xì)分，描述了一個適應(yīng)各調(diào)節(jié)范圍的控制參數(shù)表，系統(tǒng)將根據(jù)控制對象的變化情況自動選擇控制參數(shù)，以達(dá)到最佳控制效果。 [align=center] 圖4 鍋爐供熱系統(tǒng)監(jiān)控界面[/align] 結(jié)束語 虛擬儀器技術(shù)在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用，給系統(tǒng)的開發(fā)與集成帶來了極大的益處，大幅度的縮減了開發(fā)周期、提高開發(fā)質(zhì)量。通過控制鍋爐一次出水溫度和流量以及爐膛的燃燒環(huán)境可有效地實現(xiàn)控制目標(biāo)。利用AutoPID 控制算法具有良好的自適應(yīng)控制能力，能夠保證實現(xiàn)鍋爐運行系統(tǒng)的自動控制。本系統(tǒng)采用NI 公司的數(shù)據(jù)采集卡并采用LabVIEW為開發(fā)工具，軟硬件開發(fā)調(diào)試周期為3 周，而類似的系統(tǒng)如果采用普通開發(fā)工具如C/C++等，至少要2 個月以上的時間�？梢奓abVIEW 在縮短開發(fā)周期和提高工程質(zhì)量方面取得了卓越的成就。