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基于PCS7的聚乙烯醇生产过程DCS设计与先进控制策略实现

作　者: 王磊
导　师: 孙自强；张波
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 聚乙烯醇 MPC PCS7 模糊PID控制 WinCC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以年产10万吨聚乙烯醇项目为背景,根据该项目所提出的分布式控制、集中显示等功能要求,以减少能耗、降低人工劳动强度为控制目标,设计实现了一种基于西门子PCS7系统的全自动化控制系统。同时,针对聚乙烯醇生产过程中典型过程的控制问题,分别研究和采用了不同的控制策略和算法,实现不同的控制要求。首先,本文研究了电石法生产聚乙烯醇的生产原理和工艺流程；其次,设计了聚乙烯醇DCS控制系统,对该系统的硬件设备进行选型和集成,并完成了系统的冗余配置、硬件组态和软件组态、确定了上位机WinCC监控软件的画面设计；再次,针对聚乙烯醇生产精馏过程、合成中温控制中存在控制回路之间非线性、时变性、大延迟、强耦合等特点,提出了基于模型的预测控制和模糊自适应PID控制的先进控制方法,使得控制效果比普通PID控制效果更加理想。最后,针对客户需求设计开发了带有模拟量的显示和报警的电气功能块和控制面板,使得操作员操作更加简单便捷。并完成了该系统的所有网络测试、回路测试和连锁功能的调试和应用。目前,该PCS7系统已投入运行,系统的应用降低了人工劳动强度,提高了产品的质量和生产的自动化水平,并达到了节能降耗、提高生产效率的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景与研究意义  10-12
    1.1.1 聚乙烯醇工业生产的现状和发展前景  10-11
    1.1.2 集散控制系统在聚乙烯醇生产中的应用状况  11-12
  1.2 先进控制方法在聚乙烯醇生产过程中的应用  12-13
  1.3 本文的主要章节安排  13-14
第2章醋酸乙烯生产工艺流程及控制需求  14-18
  2.1 引言  14
  2.2 聚乙烯醇电石法生产工艺流程简介  14-15
    2.2.1 合成工段  14
    2.2.2 精馏工段  14-15
  2.3 聚乙烯醇生产过程的控制要求及系统选型  15-17
    2.3.1 控制系统的特点  15-16
    2.3.2 聚乙烯醇生产过程对系统的要求  16-17
  2.4 本章小结  17-18
第3章先进控制策略的研究  18-32
  3.1 引言  18
  3.2 第一精馏塔先进控制设计  18-26
    3.2.1 第一精馏塔控制要求  18-19
    3.2.2 MPC工作原理  19-20
    3.2.3 基于DMC算法的精馏塔控制  20
    3.2.4 MPC控制器的设计  20-21
    3.2.5 辨识工具生成MPC控制器模型数据  21-25
    3.2.6 系统运行和性能分析  25-26
  3.3 合成中温复合-先进控制  26-31
    3.3.1 醋酸乙烯合成工艺介绍  26
    3.3.2 对串级控制的改进方案  26-27
    3.3.3 自适应模糊控制器设计  27-28
    3.3.4 系统Simulink仿真  28-29
    3.3.5 Fuzzy control++生成自适应模糊控制块程序  29-31
    3.3.6 合成中温自适应串级控制CFC组态  31
  3.4 本章小结  31-32
第4章聚乙烯醇生产DCS控制系统设计  32-47
  4.1 引言  32
  4.2 聚乙烯醇生产DCS系统的总体设计  32-33
  4.3 网络通信设计  33-34
  4.4 硬件设计  34-38
    4.4.1 电源机柜设计  35
    4.4.2 AS柜设计  35-36
    4.4.3 带冗余功能的I/O端硬件电路设计  36-38
  4.5 硬件组态  38-39
  4.6 软件组态  39-42
    4.6.1 监视画面组态  39-40
    4.6.2 报警消息系统  40-41
    4.6.3 历史数据归档画面  41
    4.6.4 趋势曲线画面  41-42
  4.7 基本控制策略组态  42-46
    4.7.1 简单回路PID控制  43-44
    4.7.2 复杂回路PID控制  44-46
  4.8 本章小结  46-47
第5章特殊功能块和面板开发  47-64
  5.1 引言  47
  5.2 用户功能需求分析  47
  5.3 功能模块的开发环境和原理  47-48
    5.3.1 功能模块开发环境  47-48
    5.3.2 功能块的设计原理  48
  5.4 特殊功能模块的开发  48-56
    5.4.1 电气功能模块的接口定义  48-50
    5.4.2 电气功能模块的结构  50-51
    5.4.3 实现上述功能块FB的SCL流程图  51
    5.4.4 记时和报警记录功能的编程  51-54
    5.4.5 电气功能块的生成  54-56
  5.5 电气功能块图标和面板的开发  56-60
    5.5.1 电气功能块图标的开发  56-57
    5.5.2 电气功能块面板的开发  57-60
  5.6 面板动作事件脚本介绍  60-61
  5.7 Faceplate许可权传递  61-62
  5.8 运行WINCC调试  62-63
  5.9 本章小结  63-64
第6章系统现场调试  64-67
  6.1 引言  64
  6.2 聚乙烯醇DCS控制系统现场调试  64
  6.3 系统运行结果  64-66
  6.5 本章小结  66-67
第7章总结与展望  67-69
  7.1 本文主要工作  67
  7.2 进一步展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
作者攻读硕士学位期间发表的论文  74

基于PCS7的聚乙烯醇生产过程DCS设计与先进控制策略实现

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