间歇反应釜温度控制算法的研究及实现

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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。
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