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基于PCS7典型化工单元建模与优化控制研究

发布时间:2018-04-16 01:16

  本文选题:精馏过程 + 建模优化 ; 参考:《北方工业大学》2016年硕士论文


【摘要】:精馏过程是广泛应用于炼油,石化和化工等流程工业中的重要分离方法,精馏过程中伴随着典型化工单元的强耦合性,不确定性,非线性等特点。精馏过程属于能耗大的单元过程,在传统单回路的控制下,能源利用率很低,浪费了大量的能源。伴随着工业4.0时代的到来,流程工业生产向着节能增效,信息化,智能化方向发展,对精馏过程进行优化控制研究与应用变得日益迫切。通过对精馏工艺的深入研究,对精馏过程进行了模型建立和优化控制策略设计,并基于西门子PCS7 (DCS系统),结合MATLAB的强大的控制算法设计与仿真优势,开发出了精馏过程优化控制仿真系统。首先本文对精馏过程对象进行了特性分析,通过使用CFC, SCL语言和MATALB/Simulink建立了精馏过程各子系统(精馏塔系统,蒸发器系统,回流冷凝器系统,塔顶轻馏分系统,塔底重馏分系统)的数学模型,并根据各子系统对象特性,设计了常规PID, Fuzzy(模糊控制),DMC(动态矩阵控制)控制策略。其次确定了以西门子PC-Box为硬件系统,以WinAC(软PLC),PCS7和MATLAB为软件系统的仿真路线,创新性地将基于模型的设计(Model Based Design, MBD)理念应用到了仿真系统设计,详实地介绍了使用Simulink PLC Coder和Simulink Coder代码生成技术将MATLAB/Simulink与WinAC的无缝集成。最后通过使用仿真系统实验分析,得出DMC控制器对于处理精馏过程多变量耦合以及扰动问题具有快速响应特性,体现了DMC优化控制的优越性。本精馏过程优化控制仿真系统有利于企业人员培训,操作演练,熟悉生产工艺流程;同时对企业的实现智能生产以及后期的先进控制系统的实施有所帮助。
[Abstract]:Distillation process is an important separation method widely used in refining, petrochemical and chemical industries. The distillation process is accompanied by the strong coupling, uncertainty and nonlinearity of typical chemical units.Distillation process is a unit process with large energy consumption. Under the control of traditional single loop, the energy efficiency is very low and a large amount of energy is wasted.With the arrival of the industry 4.0 era, the production of the process industry is developing towards the direction of energy saving, information technology and intelligence. It is increasingly urgent to study and apply the optimization control of distillation process.Based on the deep study of the distillation process, the modeling and optimal control strategy design of the distillation process is carried out. Based on the Siemens PCS7 / DCS system, the powerful control algorithm design and simulation advantages of MATLAB are combined.A simulation system for optimal control of distillation process is developed.Firstly, the characteristics of distillation process were analyzed. By using CFC, SCL language and MATALB/Simulink, the distillation process subsystems (distillation column system, evaporator system, reflux condenser system, top light distillate system) were established.According to the characteristics of each subsystem, the control strategies of conventional PIDand Fuzzy (Fuzzy Control) DMC (dynamic Matrix Control) are designed.Secondly, taking Siemens PC-Box as the hardware system and WinAC (soft PLCU / PCS7 and MATLAB) as the software system, the simulation route of the simulation system is determined, and the model Based design (MBD-based) concept is innovatively applied to the design of the simulation system.The seamless integration of MATLAB/Simulink and WinAC using Simulink PLC Coder and Simulink Coder code generation technology is introduced in detail.Finally, through the experiment analysis of simulation system, it is concluded that the DMC controller has the characteristics of fast response to the multivariable coupling and disturbance problem in the rectification process, which embodies the superiority of the DMC optimal control.The simulation system of distillation process optimization control is beneficial to the personnel training, operation and exercise, familiar with the production process, as well as the realization of intelligent production and the implementation of the advanced control system in the later stage.
【学位授予单位】:北方工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ028.31

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本文编号:1756651

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