【正文】 用的基本控制方法如下：1）反應(yīng)物流量的控制 為保證進(jìn)入反應(yīng)器物料的恒定，可采用參加反應(yīng)物料的定值控制，同時(shí)，控制生成物流量，使由反應(yīng)物帶入反應(yīng)器的熱量和由生成物帶走的熱量也能夠平衡。3）反應(yīng)器冷卻劑量或加熱劑量的控制 當(dāng)反應(yīng)物量穩(wěn)定后，由反應(yīng)物帶入反應(yīng)器的熱量就基本恒定，如果能夠控制放熱反應(yīng)器的冷卻劑量或吸熱反應(yīng)器的加熱劑量，就能夠使反應(yīng)過程的熱量平衡，使副反應(yīng)減少，及時(shí)地移熱或加熱，有利于反映向正方向進(jìn)行，因此，可采用對(duì)冷卻劑量或加熱劑量進(jìn)行定值控制或?qū)⒎磻?yīng)物量作為前饋信號(hào)組成前饋反饋控制系統(tǒng)。我國(guó)的科學(xué)工作者和教育工作者也逐漸認(rèn)識(shí)到MATLAB語(yǔ)言的重要性，并且在很多高校的本科自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用[2,3,4]。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面友好的用戶環(huán)境。該版本的核心在于引入了新一代的代碼生成產(chǎn)品：MATLAB Coder、Simulink Coder和Embedded Coder。OPC以其獨(dú)有的開放性、互連性、高效性和產(chǎn)業(yè)性占據(jù)了主導(dǎo)地位。隨著OPC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)流行的監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSVIEW3Ifix、WinCC、MCGS、Kingview 等全面支持OPC技術(shù)，即這些組態(tài)軟件提供了可以訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的OPC服務(wù)器，任一客戶端無(wú)需了解接口特性，只要按照OPC規(guī)范編寫客戶端服務(wù)程序即可讀取和寫入監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)潔的使用方法，其設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，為自動(dòng)化工程技術(shù)人員提供了一種設(shè)計(jì)控制策略及控制界面的工具。WinCC監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)軟件有著通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；擁有多語(yǔ)言支持，全球通用 ；它可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)，內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài)，可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)便；而且它集成的Historian 系統(tǒng)可以作為IT 和商務(wù)集成的平臺(tái)，可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。不同的評(píng)估用客戶機(jī)、開放性接口(開放性數(shù)據(jù)庫(kù)接口：ADO，OLEDB，SQL；編程接口：VBScript和有訪問COM對(duì)象模型和API功能的ANS I C)以及各種任選件(WinCC/Dat Monitor, WinCC/Connectivity Pack，WinCC, Industrial Data Bridge)構(gòu)成了靈活而高效的集成監(jiān)控平臺(tái)的基礎(chǔ)，這樣就可以與生產(chǎn)和公司管理層軟件(MES和ERP)相連接。其主要設(shè)備為：催化燃燒反應(yīng)器1個(gè)，板式換熱器1個(gè)，電加熱器1個(gè)。在此工藝裝置中，溫度檢測(cè)包括進(jìn)出廢氣出電加熱器的溫度，催化燃燒反應(yīng)器的溫度。因此，征對(duì)溫度遲滯大的特性，我們要在溫度控制系統(tǒng)中增加微分作用。對(duì)于前者而言，管道容積較小，時(shí)間常數(shù)較小，控制比較靈敏，一般不需要加入微分作用。這是由于管道中的流動(dòng)正常時(shí)都呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，流量雖然平穩(wěn)，流體內(nèi)部卻在騷動(dòng)。由于噪聲頻率很高，雖然幅度變化不大，但若加上微分控制器其輸出容易出現(xiàn)波動(dòng)，反而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。和其他化工過程一樣，燃燒過程是在一定物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。物料平衡和能量平衡之間有相互影響。當(dāng)進(jìn)料流量需要定值控制時(shí)，從工藝的角度看，有時(shí)需要增加中間儲(chǔ)罐或者容器，以便緩沖上一工序的出料量。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍入手，使進(jìn)料成分保持恒定見小其變化對(duì)于后續(xù)催化燃燒反應(yīng)的影響[1]。催化劑濃度影響著催化燃燒的反應(yīng)速率，催化劑實(shí)質(zhì)上是參加了化學(xué)反應(yīng)的，我所以在反應(yīng)物充分的條件下，催化劑的量越多，濃度越高，與反應(yīng)物接觸的量就越多，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的中間物就越多，得到的最后產(chǎn)物就越多，但前提必須是加入的所有催化劑都要與反應(yīng)物能充分接觸，才會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率越大?；芈氛f明控制目標(biāo)E101流量控制控制進(jìn)氣流量相對(duì)恒定，保證熱交換后的溫度達(dá)到一定值H101加熱溫度控制保證加熱溫度恒定D101催化劑進(jìn)料量控制保證催化劑進(jìn)料量，控制產(chǎn)品質(zhì)量D101溫度控制保證塔溫相對(duì)恒定管道流量控制保證管道流量相對(duì)恒定節(jié)能控制在滿足工藝要求的同時(shí)，盡量降低能耗安全控制保證工序的正常安全運(yùn)行，故障報(bào)警表31 正常工況回路說明與控制目標(biāo) 被控變量與操作變量的選擇分析系統(tǒng)的控制要求與控制目標(biāo)，可知反應(yīng)器溫度、壓力，廢氣進(jìn)料量，電加熱器溫度，等為被控變量。因此，我們選擇的原則是：KvKp=常數(shù)，其中，Kv為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)，Kp為過程的放大系數(shù)[1]。圖31 一般線性閥門特性曲線圖32 一般對(duì)數(shù)閥門特性曲線由于此控制系統(tǒng)是通過流量來控制壓力或者溫度，因此都選擇氣開閥，具體情況如表34所示：閥門操縱變量位號(hào)名稱流量特性氣動(dòng)特性V1V01廢氣進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥線性氣開V2V02廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥1線性氣開V3V03廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥2線性氣開V4V04催化劑進(jìn)料閥線性氣開表33 閥門特性選取 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在該生產(chǎn)系統(tǒng)中，E101，D101，H101分別為換熱器、催化燃燒反應(yīng)器、電加熱器，其控制如下圖34所示：圖34 系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)示意圖 E101流量控制一般傳熱設(shè)備控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)傳熱設(shè)備的熱量平衡控制，傳熱設(shè)備控制的目的如下[1]：1. 達(dá)到工藝所需的溫度。3. 改變物料的組態(tài)。TY是乘法器，F(xiàn)Y是前饋控制器。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)回路，通過控制電加熱器的電壓來控制電加熱器的加熱溫度。三次反變換之后，在T2的基極存在一個(gè)低的邏輯電平。由R5提供的滯后作用，保證了通斷的臨界值差距很大，以防止繼電器產(chǎn)生卡塔聲。②操作上的重要性 各檢測(cè)點(diǎn)的參數(shù)在操作上的重要性是儀表的指示、記錄、積算、報(bào)警、控制、遙控等功能選定依據(jù)。盡量選用同一系列、同一規(guī)格型號(hào)及同一生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品[16]。 （2）測(cè)量范圍最高測(cè)量值不大于儀表測(cè)量范圍上限值90%,正常側(cè)量值在儀表測(cè)量范圍上限值的1/2左右。3根據(jù)測(cè)量對(duì)象對(duì)響應(yīng)速度的要求，可選用下列時(shí)間常數(shù)的檢出(測(cè))元件：(1)熱電偶：600s，100s和20s三級(jí)；(2)熱電阻：90180s，3096s，1030s和10s四級(jí) ；(3)熱敏熱電阻：1s。如下表41為選型一覽表。如下表43為選型一覽表。西門子視窗控制中心SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，是西門子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司在共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件[12]。WinCC是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)[13]，既可以用來完成小規(guī)模的簡(jiǎn)單的過程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。如通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標(biāo)系統(tǒng)的通訊軟件。更進(jìn)一步，集成的OPC(OLE for process control)服務(wù)器使得過程數(shù)據(jù)可由其它應(yīng)用程序(OPC客戶機(jī))訪問。在本平臺(tái)中，圖形界面本身并不復(fù)雜，不需要任何花哨的設(shè)計(jì)，但堅(jiān)持圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)原則的基本原則[15]，界面直觀、對(duì)用戶透明，信息量充足，使得用戶接觸軟件后對(duì)界面上對(duì)應(yīng)的功能一目了然、不需要多少培訓(xùn)就可以方便使用本應(yīng)用系統(tǒng)。該集成監(jiān)控平臺(tái)主要對(duì)以Matlab為基礎(chǔ)的化工流程模擬平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，該模擬平臺(tái)需要一個(gè)登陸界面，以保證平臺(tái)運(yùn)行的安全和可靠性。在本次的設(shè)計(jì)中，我定義了共8個(gè)變量，以供此化工集成監(jiān)控系統(tǒng)的使用。在本次畢設(shè)中只創(chuàng)建了外部變量，外部變量可以設(shè)置其上下限和初始值，它主要用于記錄MATLAB仿真平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的判斷。變量組的建立便于變量的管理。單擊用戶管理器選項(xiàng)，打開用戶管理器，在管理員組處單擊右鍵新建用戶，輸入口令和密碼，選擇相應(yīng)的授權(quán)，單擊保存則成功創(chuàng)建了管理員。單擊主菜單上的圖形編輯器選項(xiàng)，打開圖形編輯器創(chuàng)建畫面，對(duì)于創(chuàng)建的畫面，單擊右鍵可以打開畫面，刪除畫面，重命名畫面或定義此畫面為啟動(dòng)畫面。圖57 登陸界面在登陸界面中加入登陸按鈕，修改其顏色，在其事件鼠標(biāo)按下左鍵事件中，加入如下C腳本代碼，從而實(shí)現(xiàn)登陸功能，注銷和退出按鈕也如上所述依次設(shè)置。 } 圖58 登陸按鈕組態(tài)圖B 流程模擬和數(shù)據(jù)顯示的組態(tài)圖59 主畫面總體效果圖在流程模擬的設(shè)計(jì)中，第一步需要自己去設(shè)計(jì)其畫面的效果，點(diǎn)擊WinCC庫(kù)文件，從下拉菜單的很多組件中選擇反應(yīng)器，精餾塔，換熱器，電加熱器，3D管道等器件，將它們放到畫面中的相應(yīng)位置，將工藝流程表示出來。圖 510報(bào)表打印圖511報(bào)警界面圖 511歷史曲線本章在分析集成監(jiān)控平臺(tái)用戶需求的基礎(chǔ)上，采用西門子公Simatic WinCC工控組態(tài)軟件，開發(fā)了催化燃燒反應(yīng)器監(jiān)控平臺(tái)。在本次畢設(shè)中，考慮DDE數(shù)據(jù)交換技術(shù)存在的缺陷，運(yùn)用了OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)MATLAB與WinCC之間的數(shù)據(jù)交換。這就帶來如耗費(fèi)大量重復(fù)性的勞動(dòng)，不同設(shè)備供應(yīng)商的驅(qū)動(dòng)程序之間的不一致，硬件性能不能得到廣泛支持，驅(qū)動(dòng)程序不能適應(yīng)升級(jí)后的硬件以及發(fā)生存取沖突等諸多問題。越來越多的硬件制造商和軟件開發(fā)商為其產(chǎn)品提供OPC支持,OPC事實(shí)上已成為新一代工業(yè)過程控制軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC規(guī)范要求硬件銷售商提供他們所發(fā)布的每一種新設(shè)備和協(xié)議的OPC服務(wù)器，為設(shè)備提供基本的協(xié)議接口，并且具有OLE/COM連接，一般用來完成數(shù)據(jù)采集、通信規(guī)約等預(yù)處理功能的前置處理部分設(shè)計(jì)成OPC服務(wù)器。OPC提供了OPC規(guī)范兩套接口方案，即COM接口和自動(dòng)化。無(wú)論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)，無(wú)論是PLC上還是DCS，或者是FCS，都可以通過OPC快速可靠地彼此交換信息。OPC服務(wù)器由3類對(duì)象組成，包括服務(wù)器( server)、組(group)和數(shù)據(jù)項(xiàng)( item)，3種層次的對(duì)象的關(guān)系如圖31所示。步驟如下：，單擊（simulink）按鈕，新建仿真界面，在模塊庫(kù)中找到OPC toolbox，將模塊拉入界面中。“OPC Configuration”模塊，在彈出的對(duì)話框中，單擊“Configure OPC Clients”按鈕，在彈出的“OPC Client Manager”對(duì)話框中選擇“add”按鈕，再單擊“select”按鈕，找到“OPC server WinCC”，單擊“ok”。然后再選擇服務(wù)器，添加變量，修改采樣時(shí)間如下圖所示“OPC Write”模塊，與OPC Read模塊的修改方式相同，選擇服務(wù)器，添加變量，修改該采樣時(shí)間，使控制輸出量與電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量實(shí)現(xiàn)對(duì)接，再選擇服務(wù)器，添加變量，修改采樣時(shí)間。OPC Read與OPC Write構(gòu)成一個(gè)實(shí)際上存在的反饋環(huán)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。如將WinCC中讀取的數(shù)據(jù)拿來訓(xùn)練被控對(duì)象模型，即可以將WinCC中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀入MATLAB中，然后按照某種策略,達(dá)到所需要的要求,如訓(xùn)練出了最佳的參數(shù),這時(shí)再將數(shù)據(jù)傳向WinCC中，讓W(xué)inCC實(shí)時(shí)的去更佳控制被控對(duì)象,這樣可以得到完美的控制性能,并且可以容易的實(shí)現(xiàn)策略的動(dòng)態(tài)化。有效地解決了催化燃燒生產(chǎn)控制設(shè)計(jì)，具有工作可靠、施工簡(jiǎn)單