基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用

郝 军，强军梅

（鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯010300）

1 引言

热电装置锅炉汽包液位控制是一项十分重要的工艺指标，且由于汽包液位有较大的时滞等特性，汽包液位控制一直是锅炉控制研究的热点。目前应用最广泛的是三冲量调节[1]，最近关于专家PID[2]、模糊控制[3]以及分数阶PID控制[4]的应用越来越多，但是这些研究很多都是基于MATLAB平台来实现，而工厂中用到的更多是DCS控制系统。我公司130T锅炉装置用的是浙大中控300XP系统，拟通过MATLAB以及OPC技术将分数阶PID控制器应用到浙大中控300XP锅炉控制系统中。

2 浙大中控300XP锅炉控制系统组态

目前锅炉汽包液位控制中应用最广泛的是以三冲量调节为基础，设计锅炉三冲量分数阶PID控制系统。汽包三冲量控制系统如图1。

先在浙大中控300XP中完成锅炉汽包液位（LIT_4602/03/04）、 主 蒸 汽 （FR_4604）、 给 水 流 量（FRC_4601）、液位控制阀（FV_4601A）的组态。然后在三冲量PID调节的基础上，将分数阶PID控制器应用到主PID调节中，组态如图2。

3 MATLAB与浙大中控300XP之间的通讯

3.1 通讯原理

MATLAB与锅炉装置浙大中控300XP之间的通讯依据OPC技术实现。OPC即OLE for ProcessControl，是为基于WINDOWS的应用程序和现场过程控制应用建立桥梁。OPC采用客户端/服务器模式，它定义了一个开放的接口，使得各种供货商及软件提供商之间只要遵循OPC标准，就能够建立数据交换。

3.2 通讯结构（图3）

3.3 通讯设置

3.3.1 SUPCOND OPC SERVER通讯设置

浙大中控300XP系统可以直接通过浙大SUPCON OPCSERVER软件建立服务端。

3.3.2 MATLAB OPC CLIENT通讯设置

MATLAB可以利用OPC toolbox工具箱里面的OPC Config，OPCRead，OPCWrite完成通讯，具体设置如图 4。

4 分数阶PID控制系统的MATLAB实现

分数阶PID控制器[5]的一般形式为PIλDμ，其中λ和μ可以是任意实数，其传递函数为（λ，μ>0）。显然，λ=μ=1时，GC（S）为整数阶 PID控制器，λ=0，μ=1时，GC（S）为整数阶 PD控制器，λ=1，μ=0时，GC（S）为整数阶PI控制器。利用Oustaloup算法，假设选定的拟合频率段为（ωb，ωh)，则可以构造出连续滤波器的传递函数模型，其中

据此可以设计出函数 G=ousta_fod（r，N，w_L，w_H），如图5所示。

再根据SIMULINK封装技术[6]得到如图6所示的封装模块。

最后设计出如图7所示的锅炉PIλDμ控制模块。

如7图所示，本文设计时考虑默认情况下通过通讯获得普通PID调节时的P、I、D参数，然后再对分数阶进行优化。

5 总结

分数阶PID控制系统是目前先进控制系统中研究与应用较多的，许多研究都表明，分数阶PID控制系统优于普通PID控制系统、模糊控制系统。通过MATLAB与OPC技术使得这些研究得以在锅炉汽包液位中得到应用。由于MATLAB具备强大的运算功能，今后可以以此为基础开发出更多的先进控制系统。

[1]张子才，龚争理，黄良沛，等.锅炉汽包水位串级三冲量控制系统设计与应用[J].国外电子测量技术，2011（4）：43-46.

[2]俞海斌，褚健.CFB锅炉汽包水位的专家PID控制[J].机电工程，2000（3）：103-106.

[3]郑明方，肖立甲，薛国新，等.燃煤锅炉水位神经元网络优化控制[J].煤矿自动化，2001(6):1-3.

[4]秦君琴，马华杰，李兴财.分子阶PID控制器在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用研究[J].西南师范大学学报，2014（7）：58-61.

[5]严慧，刘坤，汪木兰.分数阶PIλDμ控制器控制性能的研究[J].计算机仿真，2009（11）：335-338.

[6]薛定宇，陈阳泉.高等应用数学问题的MATLAB求解[M].北京：清华大学出版社，2004:383-396.□