基于嵌入式系统的溶剂回收塔控制系统研究

发布时间：2020-06-09 03:15

【摘要】：在粗苯加氢精制项目中萃取精馏工段首先需要通过溶剂回收塔的处理从混合溶液中分离溶剂与芳烃以进行后续的生产加工流程,所以实际的生产过程中对塔温的控制精度提出了很高的要求。溶剂回收塔具有非线性、大时滞及不确定性等特点,目前对塔温的控制大多采用成本高、体积大以及响应慢的常规PLC设备,难以达到控制系统性能指标的最佳。首先根据现场采集的数据抽象出溶剂回收塔数学模型,利用MATLAB软件分别对常规PID和搜索者优化算法整定PID参数的控制效果进行仿真研究比较;其次由于溶剂回收塔的纯滞后特性,控制操作不能及时地得到反馈会影响实际控制效果,因此在仿真中引入前馈-反馈复合控制来抵消纯滞后环节的作用,有效地解决了干扰对反馈迟滞的问题;最后制作了溶剂回收塔的实物模型,设计了控制器的硬件电路,实现搜索者优化算法、网页信息控制界面的软件功能,共同构成完整的控制系统实验平台。通过算法对仿真系统实验数据分析,得出的实验结果验证了搜索者优化算法整定PID参数这种控制策略在溶剂回收塔温度控制过程中的优越性,在苯加氢工艺温控自动化、智能化的研究中作了有益的尝试,有广阔的应用前景。分析确定塔顶温度为唯一被控量作为生产过程的重要参数,设计系统以溶剂回收塔为研究对象,植入嵌入式Web服务器,采用远程网络的交互模式。选择一种智能群集算法—搜索者优化算法,解决复杂系统在控制力、响应滞后的难题,充分利用ARM处理器的性能优势,以此为基础组成硬件系统搭建实验平台,实现搜索者优化算法对溶剂回收塔塔顶温度控制,并引入B/S网络远程控制模式打破工业现场区域限制。
【图文】：

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- 8 -图 1 溶剂回收塔生产示意图Fig.1 Production scheme of solvent recovery tower2.3 溶剂回收塔的温度控制策略为了提高苯类产品的质量，溶剂回收塔稳定运行为后续芳烃精制提供保障，对系统的影响因素中有许多可选择被控量，利用单一因素设计原则结合理论方面综合分析，认为温度和压力归为应用研发的主要参数考量。决定溶剂回收塔塔顶温度和压力的重要因素有三个方面：1）溶剂回收塔富溶剂进料管道的温度，流量，压力；2）溶剂回收塔的中压蒸汽管道的温度，流量，压力；3）真空机组出口补气量及回流槽氮气补充量。以上三方面对溶剂回收塔的塔顶温度有较大的影响，在实际的生产环境中，进

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流量，和压力等参数的变化会对塔顶温度产生一定的影响，但是，决定塔顶温度保持稳定的因素是向塔中输入蒸汽的中压蒸汽管道的温度，流量，和压力等参数。针对上述工艺说明，本文采取如下控制策略：考虑到溶剂回收塔生产过程中可控各项参数如塔的温度、压力，再沸器出口温度，进料量流量等较多设计多变量耦合系统难度较大，所以在单纯温度控制系统的研究下，如果保证塔顶压力不变，把进入的中压蒸汽流量设计成控制量，最终通过阀门开度的调节以达到控制塔顶温度的目的。在塔顶压力不变的情况下，适当关小塔釜中压蒸汽阀门，减少蒸汽量，，使塔顶的温度降低；在塔顶压力不变的情况下，适当开大塔釜中压蒸汽阀门，增加蒸汽量，使塔顶温度升高。实时温度采集由数字式温度传感器 DS18B20 完成，远程网络监控系统要实现温度值、算法参数等数据向服务器传输，经过控制算法运行后以偏差输入得出阀门控制量进而传输给步进电机执行机构，阀门的开度大小会控制进气流量来影响塔顶温度值达到设定完成最终的反馈控制流程。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TQ241.11

【参考文献】