PDF《M ATLAB 在锅炉热力计算程序中的应用》

M ATLAB 在锅炉热力计算程序中的应用 董正刚 (南京热电厂, 江苏 南京 210035) 中图分类号: TK212 文献标识码: B 文章编号: 100129529(2002)

0320027202 M A TLAB 是M athW o rks 公司推出的用于 数值计算和图形处理的数学计算环境.

在M A T2 LAB 环境下, 用户可以利用M A TLAB 所提供的 编程语言和工具箱进行程序设计、 数值计算、 科学 绘图、 控制系统设计和仿真等. 目前M A TLAB 在 世界上被广泛用于研究解决各种具体工程问题. M A TLAB 的语法简单易懂, 其指令的表达与 数学和工程中常用的习惯方式十分相似;

同时 M A TLAB 拥有

500 多种数学、 统计及工程函数, 数值计算功能强大. 因此M A TLAB 非常适合于非 计算机专业人员用来编制像锅炉热力计算这样比 较复杂的数值计算程序. 笔者应用M A TLAB 语言 编写了 SG4062400

140 型锅炉的热力计算程序.

1 M ATLAB 系统所用文件 M A TLAB 程序文件 (又称M 文件) 是标准 的文本文件, 它可不经编译, 直接在M A TLAB 平 台上解释执行. 该文件有两种形式: 命令文件和函 数文件.命令文件由M A TLAB 指令和语句指令 组成, 完成一连串操作;

函数文件主要用来定义函 数, 以供其它M 文件调用. M EX 文件是经M A TLAB 编译生成的函数 二进制文件, 可以直接在M A TLAB 中调用, 其运 行速度快于解释执行的M 文件. M A T 文件是 M A TLAB 的二进制数据文 件, 用来保存M A TLAB 系统所使用的数据.

2 程序设计原则 在前苏联 《锅炉机组热力计算标准方法》 (1973 年版) 中给出了用计算机进行锅炉计算的 数学模型和处理方法.这种计算方法与当时的计 算机硬件水平相对应, 主要考虑程序的计算收敛 速度和内存消耗, 降低了程序的可读性.目前 PC 计算机运算速度已能满足锅炉热力计算的需要, 因此建议编制锅炉热力计算程序时, 采用与手工 计算相同的模型和方法, 配合使用M A TLAB 这 样浅显易懂的程序语言, 可以提高程序的易读性、 易改性和通用性, 便于理解、 修改和移植. 按手工进行热力计算的步骤, 绘制程序原则 性框图(见图 1). 图1SG406 型锅炉热力计算原则性框图 M A TLAB 提供多种方法供选用进行数据的 输入输出, 可供选择的数据输入输出方法有: M A TLAB 命令窗口输入输出、 A SC 码文件输 入输出、 低层文件 I O 操作和M 文件输入、 M A T 文件输出等. 编写锅炉热力计算程序可以采用更为简单、 直观、 实用的数据输入输出方法. 本文利用M A T2 LAB 语言提供的DD E 动态数据交换函数, 实现 M A TLAB 与Excel 的DD E 动态数据交换.将热

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3 期 华东电力 ? 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 力计算程序的输入和输出数据放在 Excel 电子表 格 (热力计算书) 中, 整个计算过程如同手工计算 一样清晰明了(见图 2). 图2锅炉热力计算书 在锅炉热力计算中, 经常需要用到水和水蒸 汽特性参数以及烟气和空气特性参数.在手工计 算时, 主要查

图表、 曲线和线性插值.在编制程序 时, 可以采取以下方法将热力计算需要的

图表、 曲 线等编写为函数, 以便随时调用. (1) 若已有计算以上特性参数的源程序、 库 函数或动态连接库 (可以从 internet 网上获得) , 可以利用M A TLAB 的API接口, 编写接口程 序, 将上述程序和库编译成可在M A TLAB 中直 接调用的动态连接库文件 (M EX 文件) , 充分利 用已有的程序资源, 减少编程工作量. (2) 利用M A TLAB 具有的多项式曲线拟 合、 多项式计算和插值等函数, 可方便地将编制程 序所用的列表函数和曲线转为M A TLAB 函数.

3 程序编写 首先按热力计算书的格式在 Excel 中按手工 计算的步骤编制热力计算书表格(见图 2) , 输入程 序运算时必要的数据.对需要与M A TLAB 进行 DD E 动态数据交换的单元格定义名称.名称应与 M A TLAB 中与此单元格进行数据交换的变量名 相对应, 这样有利于程序的编写、 阅读和调试. 在热 力计算表格编写完后, 可以锁定不需要修改和输出 数据的区域, 对工作表进行保护, 防止误改数据. 程序采用模块化结构, 将水和水蒸汽、 烟气及 空气特性、 错列管排冲刷灰污系数、 屏过利用系数 等编写为函数, 将燃料、 烟气特性和各个受热面的 计算分别编写成独立的M 文件.通过一个主M 文件调用各个M 文件, 将不同的M 文件相互搭 配, 可以完成不同计算任务.在各个M 文件编写 好后, 按照程序框图在主M 文件中加上各种循 环, 如循环计算过热器减温水量、 再热器事故喷水 量、 尾部过热器受热面吸热量、 排烟温度等.

4 程序调试和运行

411 程序调试 M 文件的调试非常简单,M A TLAB 自带的 编辑器 edito r 同时也是一个功能强大且易于使用 的程序调试器, 它具有可以设置断点、 单步执行等 多种功能. 程序的错误主要分为语法错误和运算错误. 在 程序运行时,M A TLAB 系统可以检测语法错误并 给出行号和错误提示.对于运算错误, 在使用程序 调试器前, 采用一些简单办法即可找到错误. 例如, 当M 文件执行后, 在edito r 中, 用鼠标指向文件中 任一变量名, 屏幕上会显示该变量的值, 根据变量 的值是否合理, 可以找到程序的错误进行修正;

还 可将一些程序语句结尾的 ;

去除, 这样程序运行 时, 在M A TLAB 窗口可以显示该语句执行的结 果.用以上这些简单的方法就可将程序调试完毕. 在程序调试无误后, 可以用M A TLAB 自带 的编译器将函数文件编译为M EX 文件, 以提高 运行速度;

用pcode 指令将所有M 文件转为伪代 码文件, 可以起到加密M 文件的作用.

412 程序运行 首先启动 Excel, 打开热力计算书表格, 再启 动M A TLAB, 运行热力计算主程序, 计算结束 后, 程序输出计算结果至热力计算书表格. 当M 文件初次运行时, 需要逐句解释执行, 速度较慢, 再次运行该文件时, 运行速度明显加 快, 原因是M 文件一经运行便形成代码驻留在内 存中, 再次运行时, 不需要解释, 直接从内存中取 出代码运行, 故运行速度得以提高, 能满足锅炉热 力计算的需要. 在M A TLAB 上编写锅炉热力计算程序, 仅 利用了M A TLAB 最基本的数值计算功能.对锅 炉热力计算程序进行改写, 可以形成专用的 M A TLAB 锅炉热力计算工具箱, 与M A TLAB 其它工具箱提供的系统仿真等功能相结合, 能够 进行更深层次的开发利用. 收稿日期:

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