开题报告_化工反应釜温度控制系统的研究和设计

开题报告

化工反应釜温度控制系统的研究和设计

一．选题意义

为了满足产品的多样化的市场需要，批量或半批量过程工业得到了极大的重视和发展，使得批量过程的先进控制问题成为当前控制理论与控制工程领域的研究热点。而间歇化学反应器是高度非线性对象，包括了所有批量过程控制的难点，涌盖了顺序控制、逻辑控制、回路控制的所有控制概念。因此，开展以化学反应器为控制对象的“面向复杂工业过程集成与优化控制的应用环境建设与先进控制方法研究”，具有重要的理论和现实意义。

在传统化工生产领域，反应釜是生产化工产品如（胶水、化妆品等）的核心主要机械。反应釜生产现场污染大、气味难闻有毒。由于自动化程度低，有很多地方都是人工现场观看温控仪表监控操作，对生产人员身体健康伤害很大，且温度控制精度低，一直困扰着这个行业。在工业控制领域，如何更有效地开发针对特定对象的先进控制算法是人们普遍关心的问题。同时在工业测控系统开发过程中，实现测控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。随着社会高速发展，工业自动化技术的不断更新换代和普及，在传统化工生产领域改造和更新有力了极大的改进。

化工生产在我国国民经济建设中占有很重要的地位，而反应釜是化工生产中实现化学反应的主要设备之一。由于反应过程受外界温度、反应物质不同、浓度等因素影响较大，且系统本身具有较大的时变性和滞后性，从控制的角度来看，反应釜属于最难控制的过程之。生产过程经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下进行，生产的安全性至关重要，因此高性能、高精度反应釜控制器的研制受到高度重视。

二．综述

1.国内外的反应釜发展现状

目前，位于化工自动化最底层的控制器仍然是以PID为主流。PID方法是一种基于过程参数的控制阀，其控制原理简单、实现方便，但在控制对象非线性时变、给定突变、大时滞系统等情况下，过程模型难以确定，参数调整往往比较困难，即使可行也因调整时间过长、超调量过大，使控制效果不佳，因此，使用先进的控制理论来弥补PID控制方法的不足，成为目前国内外自动控制方面的一个主要课题。国外如日本、美国等都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，且适用于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统，而国内与之有较大的差距，这使得反应釜温度控制器的研制在技术和市场上都将有较大的突破空间。

在催化剂的生产过程中，对反应釜的加热温度控制直接影响其生产过程的精度，最终影响产品的好坏。而反应釜的温度控制是工业控制中典型的迟滞、时变与非线性的不确定性系统。常规的PID 控制方法控制简单、容易实现且稳态性较好，但难以适应控制系统的控制参数和工作条件的变化，温度始终有较大波动，得不到理想的结果。模糊控制的最大特征是它能够将操作者或领域专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。它具有高度的仿人智能特性、不依赖精确数学模型的特点，是解决间歇聚合反应过程控制问题的一种有效方法。虽说模糊控制的动态性较好，但由于控制器的输入端被控量的偏差和偏差变化率，相对于PID控制，其稳态性较差。对于温度控制需要高动态性和稳态性的情况下，采用模糊控制和PID控制的两者的结合，可以扬长避短，分别满足控制系

统参数的变化和现场工作条件的变化，克服了传统PID控制的响应慢，模糊控制不精确的缺点。

2.发展趋势

随着聚合工业的发展，要求队聚合过程控制的随着聚合工业的发展，要求对聚合过程控制的品质提出更高的要求。由于聚合反应过程往往表现为强耦合性、不确定性、强非线性等特征，使得聚合反应过程控制问题采用传统的控制策略无法达到满意的控制效果，便逐渐出现了这样的发展趋势：

1)各种控制方法的结合已成为当前聚合反应工程领域研究的热点。为了更有效地设计和控制聚合反应过程，以生产出特定结构性能的产品，控制策略已经涉及计算机网络、管理信息系统与经济品质控制等。

2)基于现场总线的新型过程控制系统，现场总线控制系统(FCS)jE处在发展阶段中，预计因其优越性最终将取代目前仍广泛使用的集散型控制系统。

3)将控制、优化、调度、管理等集于一体的新的控制模式并将信号处理技术、数据库技术、通信技术以及计算机网络技术进行结合而发展起来的高级自动化系统(即综合自动化系统)将具有更重要的意义，这种被称为计算机集成过程系统(OPS)全新的综合自动化系统可以认为是聚合过程控制未来发展的方向。

三．写作提纲

1.论文结构

第一章绪论。

第二章化工反应釜工艺。

第三章反应釜温度控制的基本原理。

第四章反应釜温度控制系统的设计。

第五章系统调试及总结。

2.研究方法

本文在化工反应釜温度控制方面，根据去工艺及现场复杂的控制环境，提出了一种解决方案，利用智能控制原理实现反应温度的智能控制，并且根据工艺流程编写控制程序及操作画面，通过在上位机调用Step7实现了硬件组态和软件组态的结合，操作工只需在控制室观看温控仪表，操作监控画面，就能达到精确控制。上位机监控功能通过授权得到Siemens公司的WinCC软件将使本控制系统得到完善。

四．研究条件和可能存在的问题

本实验室已经开展了关于化工反应釜温度控制系统的研究和仿真，具备相关技术人员，对所用软件和通讯具有一定的经验。由于反应釜加热过程是工业控制中典型的迟滞、时变与非线性的不确定性系统，其模型的建立比较复杂，进而也影响到结果.因而我们要忽略一些影响不大的因素，尽量简化模型，实现精确控制。

五．写作安排

20XX-XX到20XX-XX 搜集并整理资料，阅读相关的文献。

20XX-XX到20XX-XX 完成反应釜模型的建立和调试。

20XX-XX到20XX-XX 完成操作画面的设计和编程。

20XX-XX到20XX-XX 进一步仿真，完善设计。

20XX-XX到20XX-XX 完成论文的修改和审核，准备答辩。

六．参考文献

[1]谢森林.智能控制方法在反应釜温度控制中的运用[J].自动化仪

表.2008,29(08):15~18.

[2]夏晨,李朴.反应釜设计及其温度控制系统[J].化工自动化及仪表.2004,31(1):66~69.

[3]周福章.专家智能控制技术及其在中和反应釜中的应用研究.中国机械工

程.1997,8(6):69~71.

[4]MIKLES J, FIKAR M. Process Model ling, Identification, and Control[M]. German: Springer,2007.

[5]周晓燕.反应釜智能控制器研究与开发[D].南京:南京理工大学,2005.

[6]张文凯.一种化工反应釜的直接电加热模式[J].化工设计通讯.2007,33(3):39~41.

[7]李述清,张胜修.连续绝版反应釜过程的闭环增益成形PID控制器设计[J].计算机应

用.2011,31(2):483~484.

[8]王永骥,徐桂英.连续搅拌反应的神经网络动态建模[J].控制与决

策.2000,15(3):375~377.

[9]李新卫.连续反应釜温度控制系统的设计与仿真[J].化工自动化及仪表.2010,37(11):19~20.

[10]程站立,方万民,刘小强.间歇反应控制系统的设计研究[J].应用能源技术.2009,5:43~47.

[11]陈黎明,马德毅.基于模糊自适应PID的反应釜液位控制[J].电气技术与自动化.2008:140~143.

[12]马昕.基于SIMATIC PCS7的间歇反应温度控制[J].实验室研究与探索.2008,27(8):231~234.

[13]管丰年,安宏伟,周书同.基于PLC的间歇式化学反应釜控制系统[J].潍坊学院学报.2009,9(2):17~19.

[14]张蕊,叶建华.基于PCS7的带搅拌釜式反应器的温度控制[J].过程自动化.2008,29(12):28~32.

[15]于海英,侯九阳,乔付.化学反应釜温度控制系统的研究[J].黑龙江科技学院学报.2002,12(4):25~28.

[16]黄郑华,李建华.釜式反应器反应失控的温度与压力预测[J].安全与环境学报.2005,5(3):109~112.

[17]高洪杰.分程调节在反应釜压力控制系统中的应用[J].吉林化工学院学报.2011,28(3):77~79.

[18]王春晓,刘海,杜清府.反应釜控制系统的研究与实现[J].化工自动化及仪表.2010,37(10):29~32.

[19]刘研.反应釜的进料控制设计与实现[J].仪表技术与传感器.2010,3:104~106.

[20]刘志强.PLC与工业组态技术精确控制反应釜温度[J].科技信息.2010,17:72~75.