间歇反应釜温度控制算法的研究及实现

发布时间：2017-08-08 21:17

  本文关键词：间歇反应釜温度控制算法的研究及实现

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【摘要】：随着人工劳务成本增加及自动化技术的发展,国内化工企业迎来自动化的春天。许多中小型化工企业开始引进先进设备及先进技术来提高企业自动化水平,降低员工劳动强度,提高生产效率。间歇反应釜作为化工生产过程的关键设备,其温度控制是过程控制的核心环节,温度控制效果的优劣直接影响产品质量和生产效率。本文围绕飞机除冰液间歇反应釜温度控制策略展开应用技术研究,分析温度控制难点和要点,建立温度控制数学模型,提出一套针对间歇反应釜温度控制系统的先进控制方案,最终通过西门子S7-400PLC控制系统来实现。本文的主要研究工作如下：(1)间歇反应釜工艺流程及控制要点和难点的分析根据间歇反应釜总体结构和生产工艺,对影响反应釜温度控制的主要影响因素进行分析,得出温度控制这一难点,升温阶段既要保证温度升速率也要避免温度超调和震荡,但由于热量传递具有滞后特性,所以同时保证升温速度和系统稳定难度较大；恒温阶段由于受到冷却水进口温度波动和釜内物料非线性放热等因素影响,使得温度控制系统精确性和稳定性较差,必然严重影响产品质量。(2)间歇反应釜温度控制系统数学模型的建立深入了解被控对象内在机理,依据间歇反应釜温度控制系统的热量守恒原理,运用机理建模与实验测试法相结合的方法分别建立反应釜升温阶段和恒温阶段的数学模型。(3)间歇反应釜温度控制算法的研究本文分析间歇反应釜温度控制各阶段控制难点,分别设计出合适的控制方案。针对传统控制方案中不能同时兼顾间歇反应釜升温阶段升温速率和系统稳定性的问题,提出基于Smith变结构PID控制的反应釜升温控制方案;针对反应釜温度控制大滞后和非线性的特点,导致系统稳定性差和控制精度低的问题,提出基于SDP (Smith-DMC-PID)控制的恒温控制方案：针对反应釜内部温度场严重不均匀的问题,设计二维模糊控制器对间歇反应釜搅拌电机进行变频控制。(4)间歇反应釜控制系统的实现本文以西门子Step7+WinCC为软件开发平台,构建Profibus-DP和Profinet通讯网络,结合OPC技术完成Matlab与WinCC通讯,实现控制算法的应用,并完成反应釜DCS控制系统开发。本文通过对飞机除冰液间歇反应釜温度控制系统工艺分析研究,分别建立间歇反应釜升温阶段和恒温阶段的数学模型,提出新的控制方案,完成项目硬件选型和软件设计,结合OPC技术完成Matlab与WinCC通讯,实现控制算法在工程的应用,结果表明控制系统稳定性好、控制精度高,对间歇反应釜温度控制及其他领域温度控制系统具有一定的借鉴意义。
【关键词】：间歇反应釜 数学模型 温度控制 Smith SDP OPC
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 选题的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国内研究现状12-13
• 1.2.2 国外研究现状13-14
• 1.3 温度控制难点分析及控制方案选择14-16
• 1.3.1 温度控制难点分析14-15
• 1.3.2 温度控制方案选择15-16
• 1.4 本文主要工作及内容安排16-17
• 2 温度过程分析及模型建立17-35
• 2.1 生产工艺特性分析17-20
• 2.1.1 总体结构介绍17-19
• 2.1.2 生产工艺特性分析19-20
• 2.2 温度控制系统模型建立20-32
• 2.2.1 模型及建模方法20-22
• 2.2.2 温度对反应速度的影响22
• 2.2.3 升温阶段模型的建立22-27
• 2.2.4 恒温阶段模型的建立27-32
• 2.3 温度控制指标32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 升温阶段控制算法设计35-45
• 3.1 变结构PID控制算法35-39
• 3.1.1 PID控制算法35-37
• 3.1.2 变结构PID控制器设计37-38
• 3.1.3 变结构PID控制系统仿真38-39
• 3.2 Smith变结构PID控制算法设计39-43
• 3.2.1 Smith控制算法39-41
• 3.2.2 Smith变结构PID控制系统仿真41-43
• 3.3 本章小结43-45
• 4 恒温阶段控制算法设计45-69
• 4.1 恒温控制方案分析45-46
• 4.2 Smith-PID恒温控制系统46-49
• 4.2.1 Smith-PID控制器设计46
• 4.2.2 Smith-PID控制器系统仿真46-49
• 4.3 Smith-DMC控制算法49-56
• 4.3.1 DMC控制基本理论49-54
• 4.3.2 DMC参数选择54-55
• 4.3.3 Smith-DMC控制器设计55
• 4.3.4 Smith-DMC控制系统仿真55-56
• 4.4 SDP串级控制算法56-68
• 4.4.1 SDP串级控制器设计56-58
• 4.4.2 串级控制算法分析58-62
• 4.4.3 SDP串级控制系统仿真62-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 釜胆温差控制算法设计69-85
• 5.1 变频器70-71
• 5.2 模糊控制算法71-75
• 5.2.1 模糊控制的基本原理71-72
• 5.2.2 模糊控制系统的构成72-75
• 5.3 釜胆温差Fuzzy控制器设计75-83
• 5.4 釜胆温差Fuzzy控制器仿真83-84
• 5.5 本章小结84-85
• 6 DCS控制系统设计与实现85-109
• 6.1 系统硬件设计85-93
• 6.1.1 I/O点统计85-87
• 6.1.2 硬件选型87-88
• 6.1.3 DCS控制柜设计88-90
• 6.1.4 网络通讯设计90-93
• 6.2 下位机软件设计93-101
• 6.2.1 硬件组态94-95
• 6.2.2 程序设计95-99
• 6.2.3 连锁程序设计99-101
• 6.3 上位机HMI设计101-104
• 6.4 控制算法的实现104-108
• 6.5 本章小结108-109
• 7 总结与展望109-111
• 7.1 总结109
• 7.2 展望109-111
• 致谢111-113
• 参考文献113-119
• 附录A：功能块FB78的SCL代码119-127
• 附录B：DMC程序Matlab代码127-131
• 附录C：模糊控制规则表Matlab程序131-133
• 攻读学位期间发表的学术论文目录133-135

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