基于SIMATIC PCS7废有机溶剂回收控制系统设计

发布时间：2017-08-21 09:22

  本文关键词：基于SIMATIC PCS7废有机溶剂回收控制系统设计

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【摘要】：本文以实际工业项目废有机溶剂回收控制系统为背景,在SIMATIC PCS7的基础上,结合用户对系统功能的要求,从PCS7系统软硬件设计和网络结构出发,完成系统的软硬件组态、网络配置以及自动化程序设计,采用具有良好开放性的Win CC上位机软件制作监控画面。同时采用预测PI先进算法理论知识对精馏设备控制进行了设计,从而提出了改进方案。废有机溶剂回收精馏是化工生产过程中的一个十分重要的环节,其目的是将混合溶剂中各组分分离出来,达到规定的纯度,可以作为二次产品利用。精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动,利用混合液中各组分具有不同的挥发度,在相互接触的过程中,液相中的轻组分转入气相,而气相中的重组分则逐渐进入液相,从而实现液体混合物的分离。一般精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成。利用控制算法,对再沸器加热蒸汽进行控制,来维持精馏塔气相的空间速度,实现精馏塔的正常运行。本文主要工作如下:1、本文介绍了废有机溶剂回收控制的生产工艺及控制总体要求。详细说明了整个系统的框架结构及主要设备,以及PCS7中所涉及到的控制回路及过程控制系统建模。2、针对项目的软硬设计,介绍了PCS7总体设计思路。进一步从硬件设计开始,根据项目的实际硬件配置选型要求、I/O清单,使用HW Config硬件组态功能对项目进行硬件设计,将现场设备与硬件组态配置进行一一对应,再设计网络通信,所有自动控制站(AS)、工程师站、操作员站服务器及客户端都由以太网交换机进行连接,AS站、工程师站和服务器之间通过交换机组成System Bus系统总线,服务器、工程师站、操作员站之间组成Terminal Bus终端总线,形成所谓的双层网络结构。最后详细说明项目系统的软件设计,从基本控制回路的选择,第三方通讯的通信,最后上位机组态采用微软与西门子共同合作开发的Win CC系统,其朴实简练的画面及功能为操作员监控整个生产流程提供了方便。3、整个系统是在PCS7软硬件结合设计下实现的,控制算法与控制器起到了十分关键的作用。分析了本项目中PID控制和串级控制两种非常典型的控制策略,对串级控制进行了Simulink仿真分析,并做了详细的讨论。4、对于PCS7中大多数控制策略仍然采用经典控制,本文对此采用先进控制算法加以控制,介绍了先进预测PI控制算法。通过对PID算法与预测控制发展的阐述,引出预测PI算法的发展现状和基本原理。本文采用先进预测PI算法对再沸器的加热蒸汽进行控制,并提出了精馏塔的预测PI动态解耦控制,建立控制系统结构图,实现控制器模型的建立,得到控制器的具体参数,并利用Simulink仿真验证先进控制算法与系统的良好性。
【关键词】：SIMATIC PCS7 废有机溶剂 WinCC 串级控制 Simulink 预测PI 预测PI动态解耦控制
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ056;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景10
• 1.2 废有机溶剂处理方法的国内外现状10-11
• 1.3 DCS控制系统在工业废有机溶剂回收中的应用11-13
• 1.4 先进控制方法13
• 1.5 本文研究内容13-14
• 1.6 本文具体工作介绍14-16
• 2 废有机溶剂回收生产工艺及控制系统总体方案16-20
• 2.1 废有机溶剂回收精馏工艺16-17
• 2.2 精馏设备及过程描述17-18
• 2.3 控制系统的设计要求18-19
• 2.3.1 监控类型及参数18-19
• 2.3.2 控制回路19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 PCS7控制系统设计方案20-36
• 3.1 PCS7控制系统硬件设计20-24
• 3.2 机柜设计24-27
• 3.3 网络通信设计27-28
• 3.4 软件设计28-33
• 3.4.1 基本控制回路28-32
• 3.4.2 第三方通讯32-33
• 3.5 上位机组态33-35
• 3.5.1 人机界面画面设计33
• 3.5.2 报警消息系统33-34
• 3.5.3 用户管理器34-35
• 3.5.4 历史数据归档与趋势35
• 3.6 本章小结35-36
• 4 控制系统中的典型控制策略36-44
• 4.1 项目装置控制方案36-37
• 4.2 PID控制的应用37-38
• 4.3 串级控制的应用38-39
• 4.3.1 串级控制的基本组成38-39
• 4.3.2 串级控制方案的实施39
• 4.4 控制器参数设定与仿真39-43
• 4.4.1 蒸汽压力扰动的仿真分析41-42
• 4.4.2 进料量扰动的仿真分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 精馏设备的先进预测PI控制44-60
• 5.1 预测控制44
• 5.2 预测PI算法原理44-47
• 5.3 再沸器加热蒸汽控制47-51
• 5.3.1 再沸器控制对象48-50
• 5.3.2 再沸器蒸汽流量预测PI控制50-51
• 5.4 精馏塔基于预测PI的动态解耦控制51-57
• 5.4.1 多变量预测PI控制器的设计52-53
• 5.4.2 仿真设计与结果分析53-57
• 5.5 先进控制方法实施的关键57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 本文主要工作总结60
• 6.2 前景展望60-62
• 参考资料62-65
• 硕士期间科研成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：712075