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间歇反应釜化学过程先进控制系统设计与研究

作　者: 何珊
导　师: 王水良
学　校: 南京林业大学
专　业: 化学工艺
关键词: 间歇反应釜数学模型模糊-PID控制温度控制系统 PLC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

精细化学品是小批量、多品种、髙附加产值的化工产品，目前多数精细化学品通过间歇化学反应过程来生产。这其中反应釜是间歇反应过程中最常用的设备，也是最关键的设备。间歇式反应釜由于其内部反应的机理复杂，并且具有时变、时滞和高度非线性等特点，因而一直是过程控制领域的研究热点，特别是釜中间歇反应过程温度的控制直接关系到产品的质量和生产的经济效益。课题结合连云港某化工有限公司生产乙二醇二甲醚（DME)间歇生产的工艺特点，设计了一套由工控机、可编程控制器、通讯端口等硬件构成的间歇反应过程先进控制系统。在控制系统的结构上釆用上下两级控制结构，基本控制层由欧姆龙PLC系统实现，上位机实现操作管理和智能控制算法的离线运行，二者之间通过RS-232C通讯接口，并完成先进控制系统的硬件设计和软件编译，为其工程实现打下良好基础。通过对反应釜传热特性的分析，釆用综合分析法建立了反应釜的数学模型。虽然传统的PID控制具有控制原理简单、稳定性好、可靠性高、参数易调整等优点，但是其设计依赖于被控对象的精确模型，并且间歇反应釜的对象特性决定了其难以建模的特点，所以单纯釆用PID控制无法达到精确控制的要求。而模糊控制则无需精确数学模型，响应快，过渡时间短，且对参数变化具有较强的鲁棒性，但是模糊控制器的设计参数多，调整繁琐，所以也不宜作为完全取代PID控制的最佳方案。为了合理解决上述问题，研究了模糊控制与PID控制相结合的办法，根据设定值与测量值的误差大小，分段釆取不同的控制算法。当温度偏差大时采用模糊控制，取其响应速度快，动态性能好的优点；当温度偏差小时，切换至PID控制，使系统在取得较好的动态性能的情况下达到期望的静态性能。这样，控制系统就能既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制稳态精度高的特点，体现出良好的动态和静态性能。

间歇反应釜化学过程先进控制系统设计与研究

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