有机硅生产集成控制系统的研究与应用

发布时间：2017-09-24 18:39

  本文关键词：有机硅生产集成控制系统的研究与应用

  更多相关文章： 有机硅 集成控制 温度控制 Smith补偿 模糊PID

【摘要】：有机硅是化工新材料产业的重要组成部分,被称为“工业维生素”和“科技催化剂”,并被广泛应用于汽车、纺织、造纸、机械、电子、建筑、冶金、化工、医疗等诸多领域。但我国有机硅的生产能力普遍较低,产品质量也不高,这和国内许多工厂生产仍使用继电器逻辑控制方式有一定关系。继电器逻辑控制系统的自动化程度低,数据管理水平低,控制精度差而且运行成本高。本文旨在实现有机硅生产过程的自动化,设计完成有机硅生产集成控制系统,以此获得丰厚产量和优质质量。本文首先介绍了控制科学的发展以及在化工生产中的实际应用,为选用合适的控制策略完成有机硅生产集成控制系统提供了基础。并叙述了有机硅生产线的工作流程,针对人工生产模式中存在的问题提出了解决方法和控制要求。根据生产工艺要求,进行了集成控制系统的总体设计,以集散控制系统为设计模型确定了上位机管理层、下位机控制层、现场设备层的体系结构。反应釜温度控制系统完成反应过程的逻辑顺序控制、温度控制、压力控制、流量控制等环节,实现集成自动操作和温度控制目标。冷凝器变频供水恒压系统是根据检测冷凝回流量的变化,利用变频器控制水泵实现恒压下自调节供水流量,高效节能。精馏釜质量控制系统是通过控制精馏段温度实现不同组分的顺序分离,从而完成产品的质量控制。反应釜温度是影响产品产量和质量的最关键因素,不同温度下生成不同产品,而且各产品成分比重也不同,需要保证在恒定的最佳温度下发生反应才能获得最优产品质量。为实现恒温控制目标,本文重点研究了反应釜温度控制系统,根据热量平衡的原理建立釜温与冷却水流量的关系模型结构,根据阶跃响应动态特性并利用MATLAB工具处理实验数据辨识得到模型的参数。针对反应釜温度控制的滞后性、非线性、复杂性等难题,本文采用了基于Smith预估补偿的模糊PID控制器,利用Smith补偿滞后延迟,模糊控制提高响应速度,PID控制降低系统的稳态误差,可以达到良好的控制效果。然后在Simulink环境下进行了单位阶跃响应的系统仿真,通过常规PID-Smith控制、模糊PID控制、基于Smith的模糊PID控制的仿真结果比较,在一定理论程度上验证了控制效果。最后,介绍了控制系统的功能设计以及实施步骤,并将研究成果成功运用到了实际生产中。根据研究成果和工艺要求编写西门子S7-300 PLC程序,实现了反应过程的集成自动控制和精馏过程的质量控制;通过独立的电路设计和变频器内置PID参数的调试实现了冷凝器的恒压供水;利用KingView 6.55组态软件实现了上位机的连接通讯、画面展示、报警安全、历史数据查询等功能。系统经现场调试后投入运行,提高了有机硅产品的产量质量,保障了安全生产。
【关键词】：有机硅 集成控制 温度控制 Smith补偿 模糊PID
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ264.1;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 选题背景和意义8-9
• 1.2 化工自动化的发展状况9-11
• 1.3 主要的研究内容11-12
• 第2章 有机硅生产工艺流程以及控制目标12-17
• 2.1 有机硅生产工艺流程介绍12-15
• 2.1.1 合成工艺过程12-14
• 2.1.2 精馏工艺过程14-15
• 2.2 有机硅生产的控制目标15-17
• 2.2.1 有机硅生产中存在的问题15
• 2.2.2 解决方法和控制目标15-17
• 第3章 有机硅生产集成控制系统的总体设计17-23
• 3.1 系统的体系结构17-18
• 3.2 系统的硬件设备组成18-21
• 3.2.1 现场设备18-19
• 3.2.2 控制器19-20
• 3.2.3 应急电源20-21
• 3.3 有机硅生产集成控制系统21-23
• 3.3.1 反应釜温度控制系统21
• 3.3.2 冷凝器变频供水恒压控制系统21-22
• 3.3.3 精馏釜质量控制系统22-23
• 第4章 反应釜温度控制系统的研究23-40
• 4.1 反应过程的控制功能设计23-24
• 4.2 反应釜温度的控制要求24-25
• 4.3 反应釜温度模型的建立25-31
• 4.3.1 模型的结构建立26-28
• 4.3.2 模型的参数估计28-31
• 4.4 反应釜温度控制系统的设计31-38
• 4.4.1 常规PID控制31-32
• 4.4.2 Smith预估补偿控制32-33
• 4.4.3 模糊PID控制33-35
• 4.4.4 基于Smith的模糊PID控制器的设计35-38
• 4.5 Simulink下的系统仿真结果比较38-40
• 第5章 控制系统的功能实现40-51
• 5.1 下位机控制系统功能实现40-42
• 5.1.1 系统的硬件组态40
• 5.1.2 PLC程序编写40-42
• 5.2 变频供水恒压控制系统功能实现42-46
• 5.2.1 变频供水电路设计43
• 5.2.2 变频器内置PID参数调试43-46
• 5.3 上位机控制系统功能实现46-50
• 5.3.1 连接通讯功能46-48
• 5.3.2 前台展示功能48-49
• 5.3.3 报警安全功能49
• 5.3.4 历史数据查询功能49-50
• 5.4 系统运行状况50-51
• 第6章 总结与展望51-52
• 6.1 工作总结51
• 6.2 研究展望51-52
• 附录 恒温阶跃响应的部分实验数据52-54
• 参考文献54-57
• 在读期间发表的学术论文57-58
• 致谢58

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本文编号：912860