基于PCS7的萃取精馏控制系统研究

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萃取精馏增加了被分离组分之间的相对挥发度,使难分离物系(沸点相近物质和共沸物等)的分离能够顺利进行,因而在石油化工产品的生产中得到广泛应用。本课题针对自动控制教学工厂的萃取精馏生产线设计了一套基于PCS7萃取精馏控制系统,该生产线主要用于生产无水乙醇等化学试剂或有机溶剂。工业自动化过程控制理论不断成熟和计算机技术的迅猛发展,对工业自动化过程控制系统的各个方面都提出了愈来愈高的要求。作为第四代DCS典型代表的SIMATIC PCS7过程控制系统是德国西门子公司采用最先进的计算机软硬件和网络技术开发的一种面向过程控制的计算机网络控制系统,在工业生产过程中得到较为广泛的应用。本文介绍精馏塔生产工艺流程及其基于PCS7的萃取精馏过程控制系统组成,该系统以提高无水乙醇质量和降低生产能耗为目标,以西门子S7-400作为现场控制器,在PCS7集成环境下对过程控制系统进行硬件配置和网络组态,采用PCS7编程语言CFC编写精馏塔温度(塔顶、塔底)控制、搅拌电机启停控制、液位监控和多个输送泵的启停控制等程序,实现自动控制教学工厂萃取精馏生产过程全自动控制以及温度、液位、压力、流量等变量的实时监控。该系统采用分层结构,S7-400控制器采集的各种过程参数传送到上位机(操作员站和工程师站),通过基于WinCC的监控界面对整个教学工厂的生产过程实施监控,显示过程参数变化曲线、并就过程变量设定、各种生产设备手动/自动切换、设备运行状态以及故障报警状态等形成历史记录。萃取精馏生产过程较为复杂,难以建立精确的数学模型,而且具有控制参数多,耦合性强等特点,采用传统PID调节控制很难达到既提高产品质量又降低能耗的效果。为此,本文基于人工智能控制理论,提出了一种模糊解耦控制算法,该算法将精馏塔温度控制分成两步进行,先对被控对象模型进行解耦,然后对解耦后形成的各单变量实施模糊控制。本文介绍该模糊解耦控制器的结构以及模糊控制各环节的具体实现方法,还阐述了该模糊解耦控制算法在PCS7上的具体实现过程,最后阐述在MATLAB环境下进行的模糊解耦控制系统仿真过程。结果表明,该模糊解耦控制算法可以显著改善精馏塔温度控制效果。本文最后就研究过程遇到的问题和控制算法尚存在缺陷给予了说明,并对后续研究提出了建议。
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