刘学君[1]2004年在《反应釜温度控制系统的研究》文中进行了进一步梳理随着科技和经济的发展,高分子聚合物在各个领域得到了十分广泛的应用,同时也对聚合物的产品质量和生产过程自动化提出了更高的要求。目前聚合物生产中的聚合反应主要是在间歇式反应釜中进行,约占总聚合装置的 90%。在生产中影响聚合反应的参数(如温度、压力、流量、速度等),最重要的是反应器的温度控制,其控制品质直接影响产品质量和产量。聚合反应过程既是化学反应过程,又是物理变化过程,聚合机理复杂。聚合反应过程具有非线性、时变、有噪声干扰、有纯滞后等特点,对这类工业过程建立精确的数学模型是非常困难的,所以经典 PID 控制理论难以在聚合反应釜温度控制上取得好的控制效果。本文主要是研究反应釜温度控制系统。比较全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点,总结当前温度控制系统精度差的根本原因。在此基础上,提出了改进 Smith 预估算法--积分分离分段式抗饱和 PID 位置控制算法,降低了超调量,大幅减小了静态误差,较好的解决了反应釜温度控制的难题。课题完成了控制系统的硬件电路、系统软件的设计与调试,进行了控制算法的编辑、整定和调试,并进行了实验室实际运行。经验证,本控制系统工作稳定,可靠性高,控制算法不需要被控对象的精确数学模型,适应性好,工程操作性高,鲁棒性强,具有非常好的控制效果。
谢小成[2]2012年在《基于仿真技术的废旧轮胎综合处理设备温度控制系统研究》文中研究表明裂解法作为废旧轮胎处理方式中比较彻底、附加值最高的方法之一,得到了国内外专家学者的广泛研究。但因轮胎裂解过程的非稳态性、难控性和裂解产物的不稳定性,使得其没有得到广泛的实际应用。在尚未解决的问题中,裂解温度的控制问题是影响裂解过程的主要因素之一。本文通过对高效环保型废旧轮胎裂解系统进行实时仿真模拟,来获取生产现场控制信息；通过建立带有PID控制算法的Matlab温度控制模型与裂解反应釜温度控制系统的数据连接,来实现裂解生产流程的温度控制。本文首先对废旧轮胎裂解机理和工业实时控制技术的研究现状进行总结归纳。在分析裂解设备的生产系统的生产流程后,着重对裂解反应釜温度控制系统进行了介绍。针对现有裂解设备的温度控制依靠人工现场观测,测取数据滞后时间较长等不足,按照集散控制系统构想,对废旧轮胎裂解温度控制系统做了总体框架设计。确定了控制系统各个层级的主要任务,对系统构建的关键技术进行了研究,主要包括数据采集方法,OPC(OLE for Process Control)数据通信技术和反应釜温度控制算法。其中,反应釜温度控制算法采用的是PID(Proportion Integration Differentiation)控制算法。针对裂解反应釜具有容积滞后大的动态特性,本文相对应地引入了积分分离PID控制算法和抗积分饱和PID控制算法。两种算法经实例验证后,分别达到相应的控制要求。按照控制系统框架设计思路,对废旧轮胎裂解仿真控制系统进行了开发。最后,通过初始化仿真与控制系统参数,运行了整个系统,输出了仿真过程图表和反应釜温度过程控制曲线,展示了系统的仿真控制效果通过本文的研究,为废旧轮胎裂解提炼燃油控制系统设计提供了一种新的方法,为提升现有生产系统的温度控制稳定性和安全性,提供了一种新的思路。
邹向琪[3]2010年在《间歇式反应釜温度控制系统故障诊断研究》文中提出状态监测与故障诊断技术包含“监测”和“诊断”两个步骤,对与现代工业上广泛存在的大惯性时滞时变系统进行故障诊断,由于难以监测得到系统的准确故障事件,因此也很难进行下一步的“诊断”。论文提出了一种新的系统设备状态监测方法,通过数据分组和趋势判断来监测系统的状态。论文中详细阐述了分组趋势推导算法以及应用该方法实现故障诊断的各个步骤。首先对采集得到的系统运行数据按照一定的规律进行数据分组；然后对每组数据进行特性分析,通过故障趋势判断及时发现故障的发生并发出故障信号；之后应用一定的故障诊断方法实现对故障的定位。本方法具有如下特点,首先由于系统数据的采样时间是固定的,因此可以从数据序号以及该组数据组序号得到故障发生的具体时间。其次,相对于直接对全体采样得到的数据进行系统建模然后进行故障检测的方法,数据先进行分组然后对各组数据进行趋势预测判断的故障报错的方法的准确率得到很大的提高。再者分组趋势推导算法每次只对一组数据进行分析和处理,硬件处理器的负荷也相对较低,使得降低硬件、软件成本成为了可能,具有较大的经济效益。另外针对不同的对象系统,分组趋势推导算法只需要修改相应的参数即可,使得该算法具有较高的实际应用价值。论文中将分组趋势算法与故障树分析方法相结合,针对具有大惯性时滞时变特点的反应釜操作系统进行了系统状态监测和故障诊断应用研究。在实验室的间歇式反应釜的故障诊断的应用实验获得了较为满意的实验结果,结果验证了所提出方法的适用性。
晏志飞[4]2014年在《氯乙酸氯化工艺过程控制系统的应用研究》文中进行了进一步梳理氯乙酸是随着工业生产水平发展同时发展起来的一种应用广泛的化学原料，其氯化工艺所采用的氯化技术效率高、污染低，具有很好的经济效益，具有很强的发展潜力。本文以分析其工艺及氯化原理作为基础提出了控制方案，并设计额PID控制器，但是这种控制器不能在具有非线性、含有大滞后环节以及受控对象的传递函数的参数发生变化的系统中获得良好的控制效果。本论文设计并应用模糊控制、神经网络方法以解决过程生产中存在的上述难题，随之设计了氯化过程反应釜压力、温度控制器使系统能够按设定值稳定运行。具体内容如下：本文首先介绍了氯乙酸氯化过程的反应原理和工艺过程，对其反应原理和工艺过程做了分析，提出氯乙酸氯化工艺启动前后控制任务，根据氯乙酸氯化工艺状况制定整体控制方案。其次本文对氯乙酸氯化过程中反应釜压力、氯气流量以及扰动量之间的关系和对控制方式做了详细研究。设计了双闭环控制结构，设计内环模糊控制器并建立模糊规则，对外环结构设计了模糊PID控制器以便提高控制器对系统的自适应能力。对所设计的模糊PID控制器与PID、模糊控制器进行了仿真，并将结果相互比较，分析各控制器的优缺点，仿真实验结果表明模糊PID控制器在快速、稳定和控制精度上具有明显优势。随后本文对反应釜温度控制系统设计了多种控制器。文中介绍了针对温度控制系统的神经网络PID控制器的设计方法，依据传统控制和神经网络设计了四种控制器，从仿真结果上将这些控制器的控制效果做了对比，并分析了各控制器的优缺点，对比结果表明神经网络PID控制器更快速，更稳定，更适合反应釜温度控制系统。
胡亚南[5]2016年在《间歇反应釜温度控制算法的研究及实现》文中研究表明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。
刘鹤[6]2016年在《有机硅生产集成控制系统的研究与应用》文中研究指明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。
黄昌远[7]2014年在《基于粒子群优化算法的反应釜温度预测控制研究与应用》文中进行了进一步梳理化工产业是我国国民经济的支柱性产业，化工产品乙酸乙酯是现实生活中使用量较大的有机化工原料和工业溶剂。乙酸乙酯的生产过程可分为酯化、中和、萃取和精馏四个阶段。乙酸乙酯的酯化反应主要是在反应釜中进行，是乙酸乙酯生成的阶段。酯化反应过程中，温度控制好坏直接影响产品的质量和产量。所以，本文以反应釜为被控对象，对其反应过程中的温度进行优化控制，对指导实际生产，提高产品质量与产量具有现实意义。由于酯化反应过程机理复杂，反应中存在吸热和放热，具有大惯性、非线性以及模型结构不确定等特性，对于传统的基于模型的控制算法，温度控制效果往往不佳。因此，本文在综述国内外化工生产过程中间歇式反应釜温度控制研究基础上，通过对被控对象特性的分析，提出了将预测控制和模糊控制相结合的复合控制策略，利用粒子群优化算法对模糊控制器的控制规则选取进行优化，并通过仿真分析与应用，证明了该算法具有良好的控制效果。本文主要完成的工作如下：1、介绍了乙酸乙酯生产的工艺流程与反应釜的组成结构，分析了反应釜温度控制的特性，建立了基于一阶纯滞后环节的系统模型，分别用最小二乘法、遗传算法和粒子群算法对模型参数进行辨识，并对辨识结果进行比较，确定了基于粒子群优化算法的辨识结果作为模型参数。根据预测控制和模糊控制对被控系统数学模型依赖性低及对非线性系统控制突出的特点，提出了将预测控制和模糊控制相结合的反应釜温度复合控制方案。2、根据工艺控制要求，针对反应过程的特点与温升特性，设计了基于粒子群优化的预测模糊控制算法。该方法利用粒子群优化算法对模糊控制规则的选取进行了优化，并将优化的模糊控制与预测控制有机结合对反应釜温度实施控制，避免了传统模糊控制自学习过程中的规则爆炸等不足。进行了理论仿真研究，验证了控制方法的可行性。3、以实验室现有的乙酸乙酯生产线中的反应釜为对象，西门子S7-300PLC为下位机控制器，北京亚控科技发展有限公司的组态王(6.53)为上位机监控平台，完成了系统的控制柜设计、硬件接线设计与调试，开发了基于STEP7的智能控制软件包，设计了动态工艺流程显示、数据报表、实时与历史趋势记录等人机交互画面，实现了反应釜温度的智能控制。实际运行结果表明，该控制方法具有可靠性高、超调量小及响应时间快等特点。
金东彬[8]2016年在《基于猫群优化的间歇式反应釜自调整模糊控制方法研究》文中研究指明反应釜作为一种化学反应设备,在石油、化工、医药、食品等批量或半批量的生产过程中具有广泛的应用。然而由于反应釜的温度控制过程具有非线性、大惯性、强滞后和模型结构不确定等特性,导致使用传统的控制方法难以取得良好的效果。本文以间歇式反应釜为对象,以温度控制为目标,在深入研究其动态特性的基础上,针对常规模糊控制存在的不足,提出了两种基于猫群仿生算法优化的自调整模糊控制方法,并对其在乙酸乙酯实际生产中的应用进行了探讨。主要内容如下:(1)针对常规模糊控制器的参数和规则在系统运行时无法在线调整的问题,提出一种基于猫群算法的规则自调整模糊控制方法,所设计的控制器通过引入一个含有加权因子的规则解析式,以系统的性能测试函数为指标,利用猫群算法对加权因子、量化因子等相关参数的取值进行智能寻优,得到一组相对最优的模糊控制参数,使跟踪值达到较为理想的控制效果。仿真结果表明,与传统模糊控制相比,该规则自调整模糊控制器能够及时适应对象的动态特性变化,控制效果良好。(2)针对常规模糊控制器的模糊论域在系统运行时不能实时调整的问题,提出了一种基于猫群算法的变论域模糊控制方法。该方法中,分别对模糊控制器的输入、输出论域建立基于函数形式的伸缩因子,并利用猫群算法优化伸缩因子函数表达式中的相关参数取值,以系统的性能测试函数为评价指标,实现伸缩因子的智能寻优,解决了模糊控制器实时论域调整与控制精度之间的矛盾,实现了论域的在线自调整。仿真结果表明,本文设计的基于猫群算法的变论域模糊控制器具有调节精度高、过渡时间短、实时性强等特点。(3)为了验证控制算法的可行性,本文搭建了乙酸乙酯酯化反应生产线,该生产线以PROFIBUS-DP现场总线为桥梁,以S7-300 PLC为控制主站、S7-200 PLC为从站,对整条生产线进行主从复合控制,并且通过上位计算机对整个系统进行实时监控。其中,本文重点研究了该生产线中反应釜工段的温度控制,基于STEP 7,编写了数据采集模块、滤波模块、模糊控制模块等相关的反应釜工段控制程序;基于组态王(KINGVIEW 6.53),设计了反应釜工段的上位机组态监控画面,对反应釜温度进行实时监控。最后对两种自调整模糊控制算法进行了调试与运行,实际结果表明,所设计的控制算法具有反应速率快、稳态误差小、鲁棒性强等特点,有较高的实用价值。
晏琦[9]2007年在《微粒群优化算法在间歇生产过程优化与控制中的应用研究》文中研究说明本文首先对PSO算法进行研究分析，提出了一种基于高斯分布和模拟退火算法的免疫PSO算法，并将PSO算法应用于反应釜温度控制和啤酒糖化配方优化中。聚合反应和啤酒糖化生产过程是常见的典型间歇生产过程。聚合反应釜温度控制和啤酒糖化配方优化是当前企业迫切需要解决的问题。聚合反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂。研究通过控制其过程参数而控制化学反应过程，以提高产品的收率和质量的方法，对化工生产和生物制药等工业很有实用价值。啤酒糖化生产过程是啤酒生产的一个关键性环节，对整个啤酒生产的产量、质量等影响很大。目前企业糖化生产配方通常都是依靠人工经验来设计，不仅设计过程复杂耗费大量的人力物力，而且所得结果也通常不是最优配方。所以啤酒糖化配方优化对提高糖化质量和节约成本都是必要的。所做主要工作及创新点如下：(1)针对PSO算法存在的容易陷入局部最优并且其搜索速度有待进一步的提高的问题，提出了一种基于高斯分布和模拟退火算法的免疫PSO算法。该算法利用高斯分布和模拟退火的特性，分别使用高斯分布和模拟退火进行免疫接种和免疫选择的操作。这种算法可以有效防止全局PSO算法容易陷入局部最优和搜索速度缓慢的缺点，通过使用基准函数分别测试全局PSO、变惯性权值PSO和免疫PSO算法，仿真结果对比表明，免疫PSO算法在搜索速度和全局寻优方面具有一定的优势。(2)聚合反应温度对象的动态特性具有时变、非线性、时滞等特点，利用常规控制方法的胶乳反应釜温度控制具有控制精度不高，抗干扰能力差的缺点。本文提出一种免疫PSO优化的复合控制器，这种控制器由基于经验的模糊控制和免疫PSO优化的PID控制器复合而成，其中模糊控制调节控制周期的开阀时间；而免疫PSO优化的PID控制进行每个控制周期总时间的调节。现场应用结果能满足工厂实际生产控制的需要。(3)啤酒企业的糖化生产配方目前大多依靠人工经验来进行设计，为了获得设计更合理、成本更低廉的最佳配方，本文提出了一种基于免疫PSO算法的配方优化设计方法。该方法通过建立配方优化模型，以成本最低为目标函数进行免疫PSO优化试验。实际优化结果表明，PSO算法优化后的配方成本明显减少，满足生产实际需要。
徐佳[10]2016年在《间歇反应釜远程仿真控制平台的设计与实现》文中认为随着工业4.0时代的到来,传统工业的生产,如化工生产方式正在发生着巨大改变。互联网技术为满足人们的个性化需求提供了手段,对工业生产方式的转变提供了技术支持。因此,越来越多的企业将传统的局域网内的监控平台转换到互联网,基于互联网构建工业生产过程的实时控制和在线优化平台。管理人员可以实时查看生产状况,来对现场的实际情况进行了解,结合工艺要求,适当的调节控制算法的参数,阀门的开度以及设备的开关等,这样就确保了生产的安全可靠,从而提高生产率,并满足个性化定制需求。间歇式反应釜是化工工业的重要生产设备,适合于小批量、多品种的生产要求。因此,提高间歇式反应釜的智能化水平对于满足工业4.0时代的定制化要求意义重大。本文以辽宁省工业装备先进控制系统重点实验室间歇反应釜实验室装置为研究对象,为实现仿真与优化控制的要求,采用Matlab与FactoryTalk View SE组态软件、后台数据库及FactoryTalk ViewPoint软件,通过OPC进行通信,模拟DCS控制系统,开发了远程仿真控制平台,有效地实现间歇反应釜生产过程的远程仿真控制平台要求。该系统具有良好的人机交互界面,并且实现了PID参数整定,操作灵活简单,同时还具有良好的稳定性和可扩展性。在此基础上,针对间歇反应过程的温度优化控制要求,分析了反应釜温度控制的机理及特点,利用FactoryTalk View工具进行二次开发,将先进控制策略的高精度特点与PID结合,应用于间歇反应釜温度控制,补充了传统PID控制的不足,并通过仿真平台验证该算法在釜内温度控制上的有效性,并且与传统的PID控制相对比,结果表明:在非线性和大滞后的间歇反应釜控制系统中运行稳定,鲁棒性强,控制精度及稳定性得到提高,该平台为间歇反应釜优化控制研究提供一个很好的仿真环境,具有重要的理论意义和现实意义。
参考文献：
[1]. 反应釜温度控制系统的研究[D]. 刘学君. 燕山大学. 2004
[2]. 基于仿真技术的废旧轮胎综合处理设备温度控制系统研究[D]. 谢小成. 广东工业大学. 2012
[3]. 间歇式反应釜温度控制系统故障诊断研究[D]. 邹向琪. 大连理工大学. 2010
[4]. 氯乙酸氯化工艺过程控制系统的应用研究[D]. 晏志飞. 河北科技大学. 2014
[5]. 间歇反应釜温度控制算法的研究及实现[D]. 胡亚南. 陕西科技大学. 2016
[6]. 有机硅生产集成控制系统的研究与应用[D]. 刘鹤. 曲阜师范大学. 2016
[7]. 基于粒子群优化算法的反应釜温度预测控制研究与应用[D]. 黄昌远. 浙江理工大学. 2014
[8]. 基于猫群优化的间歇式反应釜自调整模糊控制方法研究[D]. 金东彬. 浙江理工大学. 2016
[9]. 微粒群优化算法在间歇生产过程优化与控制中的应用研究[D]. 晏琦. 浙江大学. 2007
[10]. 间歇反应釜远程仿真控制平台的设计与实现[D]. 徐佳. 大连理工大学. 2016