應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cè)控領(lǐng)域的新技術(shù)—虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的功能和技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合鍋爐供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)自適應(yīng)室外溫度的鍋爐供熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。 介紹： 我國(guó)北方城市冬季供熱期較長(zhǎng)，分散式鍋爐供熱所占比重較大，供熱質(zhì)量的好壞將對(duì)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(guò)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(shí)，從控制燃燒的角度來(lái)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(guò)大的負(fù)壓值將造成能量的浪費(fèi)）。溫度的調(diào)節(jié)最終是通過(guò)控制爐排電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變煤層厚度，以此來(lái)改變?nèi)剂系墓┙o量，并輔之鼓引風(fēng)量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用LabVIEW 的CIN 模塊實(shí)現(xiàn)與C 語(yǔ)言的接口，將采樣數(shù)據(jù)和系統(tǒng)各電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣可以用VC++的ADO 對(duì)象管理工程數(shù)據(jù)庫(kù)，便于對(duì)系統(tǒng)供熱的全部歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 鍋爐供熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)測(cè)量對(duì)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(yùn)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(hào)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?duì)象為爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)電機(jī)、引風(fēng)電機(jī)以及循環(huán)水泵電機(jī)。全部電機(jī)都通過(guò)變頻調(diào)速器控制。所有采集的模擬信號(hào)都經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)。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(hào)可直接改變變頻器的頻率值。系統(tǒng)的聲光報(bào)警信號(hào)則通過(guò)數(shù)字量輸出板（DIO）經(jīng)過(guò)光電隔離和功率放大驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器工作。 [align=center] 圖2：鍋爐供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)程序框圖[/align] 鍋爐供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)程序框圖如圖2 所示，對(duì)于自動(dòng)控制運(yùn)行的鍋爐供熱系統(tǒng)，其安全性和可靠性是系統(tǒng)的兩個(gè)重要指標(biāo)。系統(tǒng)對(duì)超出要求的溫度、壓力、流量信號(hào)必需進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)采集的信號(hào)是否正常，例如相鄰采樣的溫度信號(hào)如果跳變異常則認(rèn)為是非正常信號(hào)。 用AutoPID實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)： 本系統(tǒng)的核心是獨(dú)立并行的四個(gè)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(hào)作為各個(gè)電機(jī)變頻器的控制信號(hào)。PID 控制中最主要的三個(gè)常數(shù)是增益系數(shù)KC，積分時(shí)間常數(shù)Ti，微分時(shí)間常數(shù)Td。這三個(gè)常數(shù)值的大小取決于控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，過(guò)大和過(guò)小都將使輸出變量產(chǎn)生振蕩。但對(duì)于控制目標(biāo)是動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，這三個(gè)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(gè)PID 控制模塊實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于溫度控制系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，信號(hào)變化緩慢，合理的設(shè)置PID控制的比例系數(shù)、微積分時(shí)間常數(shù)和控制的循環(huán)時(shí)間常數(shù)是系統(tǒng)控制成敗的關(guān)鍵?？紤]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(shí)間常數(shù)會(huì)有些差異，本系統(tǒng)對(duì)各PID 控制對(duì)象的變化范圍進(jìn)行了細(xì)分，描述了一個(gè)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(duì)象的變化情況自動(dòng)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(yǔ) 虛擬儀器技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用，給系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與集成帶來(lái)了極大的益處，大幅度的縮減了開(kāi)發(fā)周期、提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量。通過(guò)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(shí)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(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)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(kāi)發(fā)工具，軟硬件開(kāi)發(fā)調(diào)試周期為3 周，而類似的系統(tǒng)如果采用普通開(kāi)發(fā)工具如C/C++等，至少要2 個(gè)月以上的時(shí)間?？梢?jiàn)LabVIEW 在縮短開(kāi)發(fā)周期和提高工程質(zhì)量方面取得了卓越的成就。