【正文】 倍數(shù)基本為一個(gè)常數(shù)，但過(guò)程特性往往是非線(xiàn)性的。當(dāng)進(jìn)料需要經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入時(shí)，由于進(jìn)料的狀況可以氣態(tài)的，因此，可以出現(xiàn)進(jìn)料熵的變化，這是，控制策略是才用熱熵控制，保證進(jìn)料熱熵的恒定。這是，可以將進(jìn)料流量和廢氣出料濃度組成串級(jí)控制。對(duì)于流量而言，廣義對(duì)象的時(shí)間常數(shù)主要取決與控制器，定位器，變送器和信號(hào)傳輸?shù)炔糠?，流量自身的時(shí)間常數(shù)相對(duì)較小[8]。流量的測(cè)量容易受到噪聲的干擾，流量本身可能是平穩(wěn)的，平均流量沒(méi)有什么變化，但是測(cè)量信號(hào)常常是頻繁的變動(dòng)。再者，各溫度被控對(duì)象之間的耦合性很強(qiáng)，往往控制某一溫度對(duì)象時(shí)會(huì)引起其它溫度對(duì)象的變化[7]。其中，PTA尾氣處理規(guī)模為1000kg/h，乙酸甲酯處理效率99%，苯及其同系物處理效率99%，溴化物處理效率95%。WinCC將Windows NT應(yīng)用程序的現(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)與使用方便的圖形設(shè)計(jì)程序結(jié)合在一起，可以很方便地生成人機(jī)界面，建立完整的過(guò)程監(jiān)控解決方案。如果要訪(fǎng)問(wèn)這些數(shù)據(jù)庫(kù)，以前必須要編寫(xiě)相應(yīng)的代碼程序調(diào)用開(kāi)發(fā)商提供的API函數(shù)或其他特殊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 MathWorks公司于2011年4月發(fā)布了MATLAB的最新版本——2011a(R2011a) 版MATLAB和Simulink產(chǎn)品系列。近十年來(lái)，隨著MATLAB語(yǔ)言和Simulink仿真環(huán)境在控制系統(tǒng)研究與教學(xué)中日益廣泛的應(yīng)用，在系統(tǒng)仿真、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，國(guó)外很多高校在教學(xué)與研究中都將MATLAB/Simulink語(yǔ)言作為首選的計(jì)算機(jī)工具。穩(wěn)定外圍控制是盡可能使進(jìn)入反應(yīng)器的每個(gè)過(guò)程變量保持在規(guī)定數(shù)值的控制，它使反應(yīng)器操作在所需操作條件，產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足工藝要求。但對(duì)于排出的廢氣本身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線(xiàn)、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。而實(shí)際上，催化劑本身參加了反應(yīng)，正是由于它的參加，使反應(yīng)改變了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能降低，從而加速了反應(yīng)速度。在自動(dòng)控制領(lǐng)域中，控制的要求總是在不斷提高，在尾氣處理的中合適地選擇控制策略和選用儀表可以很好地改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性，節(jié)省資金投入，促進(jìn)控制系統(tǒng)的普及，取得整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和較好的環(huán)保效益。3. 采用西門(mén)子公司Simatic WinCC 工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)催化燃燒過(guò)程上層集成監(jiān)控平臺(tái)，用電腦將過(guò)程變量存檔并實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存檔與顯示。本論文以低濃度有機(jī)廢氣過(guò)程為研究對(duì)象，進(jìn)行工藝過(guò)程自動(dòng)控制部分設(shè)計(jì)，研究?jī)?nèi)容如下：1. 本文針對(duì)低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝流程，認(rèn)真分析催化燃燒反應(yīng)器、換熱器的機(jī)理特性，合理確定自動(dòng)控制回路的被控變量與操縱變量配對(duì)模式，分別采用PID控制策略、前饋控制和串級(jí)控制策略設(shè)計(jì)了控制過(guò)程方案。PTA氧化尾氣中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量為中、低濃度，若采用回收技術(shù)法，存在處理效率低、裝置體積大、成本高等缺點(diǎn)。催化燃燒是借助催化劑在低溫下(200～400℃)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的完全氧化，因此，能耗少，操作簡(jiǎn)便，安全，凈化效率高，在有機(jī)廢氣特別是回收價(jià)值不大的有機(jī)廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線(xiàn)、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。: 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過(guò)催化劑的活性溫度。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(guò)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)。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(hù)環(huán)境。OPC以其獨(dú)有的開(kāi)放性、互連性、高效性和產(chǎn)業(yè)性占據(jù)了主導(dǎo)地位。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(kāi)發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶(hù)開(kāi)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。不同的評(píng)估用客戶(hù)機(jī)、開(kāi)放性接口(開(kāi)放性數(shù)據(jù)庫(kù)接口：ADO，OLEDB，SQL；編程接口：VBScript和有訪(fǎng)問(wèn)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。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。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。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。物料平衡和能量平衡之間有相互影響。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(jiàn)小其變化對(duì)于后續(xù)催化燃燒反應(yīng)的影響[1]。回路說(shuō)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(mǎn)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(shuō)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。圖31 一般線(xiàn)性閥門(mén)特性曲線(xiàn)圖32 一般對(duì)數(shù)閥門(mén)特性曲線(xiàn)由于此控制系統(tǒng)是通過(guò)流量來(lái)控制壓力或者溫度，因此都選擇氣開(kāi)閥，具體情況如表34所示：閥門(mén)操縱變量位號(hào)名稱(chēng)流量特性氣動(dòng)特性V1V01廢氣進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥線(xiàn)性氣開(kāi)V2V02廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥1線(xiàn)性氣開(kāi)V3V03廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥2線(xiàn)性氣開(kāi)V4V04催化劑進(jìn)料閥線(xiàn)性氣開(kāi)表33 閥門(mén)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。TY是乘法器，F(xiàn)Y是前饋控制器。三次反變換之后，在T2的基極存在一個(gè)低的邏輯電平。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)。 （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。如下表41為選型一覽表。西門(mén)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(mén)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(kāi)發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件[12]。如通訊開(kāi)發(fā)工具CDK，允許用戶(hù)開(kāi)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。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(hù)界面(GUI)設(shè)計(jì)原則的基本原則[15]，界面直觀、對(duì)用戶(hù)透明，信息量充足，使得用戶(hù)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)。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。變量組的建立便于變量的管理。單擊主菜單上的圖形編輯器選項(xiàng)，打開(kāi)圖形編輯器創(chuàng)建畫(huà)面，對(duì)于創(chuàng)建的畫(huà)面，單擊右鍵可以打開(kāi)畫(huà)面，刪除畫(huà)面，重命名畫(huà)面或定義此畫(huà)面為啟動(dòng)畫(huà)面。 } 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(huà)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(huà)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(huà)面中的相應(yīng)位置，將工藝流程表示出來(lái)。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。越來(lái)越多的硬件制造商和軟件開(kāi)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(guò)程控制軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。OPC提供了OPC規(guī)范兩套接口方案，即COM接口和自動(dòng)化。OPC服務(wù)器由3類(lèi)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?！癘PC Configuration”模塊，在彈出的對(duì)話(huà)框中，單擊“Configure OPC Clients”按鈕，在彈出的“OPC Client Manager”對(duì)話(huà)框中選擇“add”按鈕，再單擊“select”按鈕，找到“OPC server WinCC”，單擊“ok”。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。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、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)仿真平臺(tái)可以完成的工作包括: (1) 催化燃燒反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真模型；(2) 故障模擬與故障診斷試驗(yàn)平臺(tái)；(3) 控制系統(tǒng)性能測(cè)試平臺(tái)；(4) 催化燃燒過(guò)程集成優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)；(5) 計(jì)算機(jī)輔助安全評(píng)價(jià)研究與實(shí)驗(yàn)。她廣博的知識(shí)、務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)和平易近人的態(tài)度，使我受益匪淺，這對(duì)我以后的工作大有裨益。本文主要的工作如下：(1) 對(duì)催化燃燒工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)介，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了特性分析與擾動(dòng)分析。 小結(jié)OPC技術(shù)為有效的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件與數(shù)值計(jì)算軟件通訊提供了一條有效的途徑,利用WinCC編寫(xiě)界面，組態(tài)設(shè)備，再通過(guò)MATLAB進(jìn)行控制算法的編寫(xiě)，必然能夠?yàn)橐院蟮膶?shí)際控制中實(shí)現(xiàn)智能算法提供一條有效的簡(jiǎn)單的途徑?！癘PC Read”模塊，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇服務(wù)器，修改sample time（采樣時(shí)間），之后單擊“Add Items”，在相應(yīng)菜單中即可找到WinCC中關(guān)于水位的內(nèi)部變量，選中即可。OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)是服務(wù)器定義的對(duì)象，OPC客戶(hù)對(duì)設(shè)備寄存器的操作都是通過(guò)其數(shù)據(jù)項(xiàng)完成的，OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)并不提供對(duì)外接口，客戶(hù)不能直接對(duì)之進(jìn)行操作，所有的操作都是通過(guò)組對(duì)象來(lái)進(jìn)行的，OPC項(xiàng)則表示了與OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的連接，包括值( value)、品質(zhì)(quality)、時(shí)間戳(time stamp)3個(gè)基本屬性[18]。然而自動(dòng)化客戶(hù)運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行類(lèi)型檢查，這一點(diǎn)則大大犧牲了程序的運(yùn)行速度，但卻可以簡(jiǎn)化客戶(hù)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)。OPC作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間接口，使不同的客戶(hù)軟件能夠訪(fǎng)問(wèn)任意的數(shù)據(jù)源。 OPC技術(shù) OPC (Ole for Process Control)產(chǎn)生的背景工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和智能儀表，應(yīng)用程序需要不斷地和這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。C 上層監(jiān)控平臺(tái)功能展示 上層監(jiān)控平臺(tái)包括報(bào)表打印、報(bào)警界面、歷史曲線(xiàn)。圖56 畫(huà)面屬性設(shè)置圖本次畢設(shè)的主畫(huà)面