【正文】 感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師解麗華老師，因?yàn)檎撐氖窃诮恹惾A老師的悉心指導(dǎo)下完成的。t be altered), there are procedures of application (users) which users developed by oneself. The systematic procedure offers operation platform, meanwhile, operate for PLC procedure reliably and the signal and information change essential public processing. User39。第6章 結(jié) 論 研究精餾塔的精餾塔精餾原理，分析精餾段工藝流程，選取出口流量作為被控對象選出被控對象，這些都是很容易從書本中找到根據(jù)，本課題研究的是精餾塔精餾段溫度控制，所以把塔頂溫度T作為被控變量；在選取溫度作為被控變量后到操縱變量的選取，這一過程從分析被控對象的特性和結(jié)合精餾塔的流程圖，塔出口流量和回流量都對被控對象影響很大，接著根據(jù)課題選取間接控制方案，排除塔出口流量作為操縱變量，最后選取回流量作為操縱變量，得出系統(tǒng)控制方框圖；根據(jù)精餾塔物料平衡和能量平衡，求解被控對象模型；分析被控對象的特性，查閱控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題選取控制算法，調(diào)節(jié)控制參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，繼而控制系統(tǒng)性能。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自已的模塊。 盡管MATLAB開始并不是為控制理論與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們編寫的，但以它“語言”化的數(shù)值計(jì)算、強(qiáng)大的矩陣處理及繪圖功能、靈活的可擴(kuò)充性和產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)思路很快就為自動控制界研究人員所矚目。在控制器類型確定后，分析和研究控制系統(tǒng)的主要目的之一是獲得控制器的最佳整定參數(shù)。本設(shè)計(jì)所選用的是機(jī)理建模法。 一般的經(jīng)驗(yàn)建模方法是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，按照某種性能指標(biāo)從一組模型中選擇個(gè)最大化（最小化）該性能指標(biāo)的模型作為過程的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，因此?jīng)驗(yàn)建模通常包括三個(gè)基本要素：輸入輸出數(shù)據(jù)；一組候選的模型集。預(yù)測或預(yù)報(bào)基于事物發(fā)展過程的連貫性。而通常說來，數(shù)學(xué)模型就是指對于現(xiàn)實(shí)世界的某一特定對象，為了某個(gè)特定的目的，做出一些必要的簡化和假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，它或者能解釋特定現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)性態(tài)或者能預(yù)測對象的未來前景，或者能提供處理對象的最優(yōu)決策或控制等?？捎糜诟黝愖詣涌刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，以及工藝設(shè)計(jì)和操作條件的分析和確定。當(dāng)擾動發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動引起精餾段的溫度變化時(shí)，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時(shí)地動作，快速消除了擾動的影響；當(dāng)擾動發(fā)生在副控回路以外時(shí)，如物料、能量的轉(zhuǎn)輸變化引起精餾段的溫度變化，溫度調(diào)節(jié)器及時(shí)改變其輸出信號，由副控回路去改變流量，克服了擾動影響[9]。（2）操縱變量的選擇精餾段的溫度控制精餾段溫度控制以精餾段產(chǎn)品的質(zhì)量為控制目標(biāo)．在恒壓下根據(jù)溫度檢測點(diǎn)的位置不同。 （2）及時(shí)性好。 串級控制系統(tǒng) 。由上述分析可以看出，精餾塔的主要干擾因素為進(jìn)料狀態(tài)，即進(jìn)料流量、進(jìn)料組分、進(jìn)料溫度。當(dāng)塔頂餾分中重組份含量增加時(shí)，常采用加大回流比的方法將重組份壓下去，以使產(chǎn)品質(zhì)量合格。 若進(jìn)料中輕組份的濃度增加時(shí)，此時(shí)精餾段的負(fù)荷增加。同理，壓力降低，塔頂餾分的數(shù)量增加，輕組分濃度降低；釜液量減少，輕組分濃度減少。物料平衡的控制是以回流罐與介于規(guī)定的上、下限之間為目標(biāo)的。 （3）加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 分離苯和甲苯，可以利用二者沸點(diǎn)的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲存。（3） 塔板的作用 塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場所。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15％左右。板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。 （7）吊柱 在塔頂設(shè)置吊柱是為了在安裝和檢修時(shí)，方便塔內(nèi)件的運(yùn)送。常見的塔體是由等直徑、等壁厚的圓筒和作為頭蓋和低蓋的橢圓形封頭所組成。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。 精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。 在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，精餾塔的性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。隨著化工裝置的大型化，漸有采用不等直徑、不等壁厚的塔體。 本設(shè)計(jì)所選的板式塔的塔型及其要求與特點(diǎn)作為主要用于傳質(zhì)過程的精餾塔，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。根據(jù)目前國內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。 （4） 壓力降小 氣流通過浮閥時(shí)，只有一次收縮、擴(kuò)大及轉(zhuǎn)彎，故干板壓力降比泡罩塔低。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個(gè)較純凈的組分。 首先，苯和甲苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。（3） 能量平衡控制 精餾塔精餾段的輸入、輸出能量應(yīng)平衡，使塔內(nèi)的操作壓力維持穩(wěn)定。正常操作中，應(yīng)保持恒定的壓力，但若因操作不正常，引起塔頂產(chǎn)品中重組分濃度增加時(shí)，則可采用適當(dāng)提高壓力的辦法，使產(chǎn)品質(zhì)量合格，但此時(shí)釜液中的輕組分損失增加。對于固定了提餾段塔板數(shù)的塔來說，將造成提餾段輕組份蒸出不完全，釜液中輕組份的損失加大。當(dāng)精餾段的輕組份下到提餾段造成塔下部溫度降低時(shí)，可以用適當(dāng)減少回流比的辦法以使塔下部溫度提起來。其中，進(jìn)料流量與進(jìn)料組分是不可控的，而進(jìn)料溫度可通過熱焓來控制。串級控制在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)閉環(huán)在里面，成為內(nèi)環(huán)、副環(huán)或副控回路，其控制器稱為副控制器，在控制中起“粗調(diào)”作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，成為外環(huán)、主環(huán)或主控回路，其控制器稱為主控制器，起“細(xì)調(diào)”作用，最終保證被控量滿足控制要求。串級控制對克服容量滯后大的對象特別有效。有塔頂溫度控制、靈敏板溫度控制和中溫控制等類型。 控制規(guī)律的選擇在控制系統(tǒng)中，主，副控制器起的作用不同。工業(yè)過程的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是描述輸入變量和輸出變量之間不隨時(shí)間變化情況下的數(shù)學(xué)關(guān)系，可用于工藝設(shè)計(jì)和最優(yōu)化等，同時(shí)也是考慮控制方案的基礎(chǔ)。具體來說，數(shù)學(xué)模型就是為了某種目的，用字母、數(shù)學(xué)及其它數(shù)學(xué)符號建立起來的等式或不等式以及圖表、圖象、框圖等描述客觀事物的特征及其內(nèi)在聯(lián)系的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式。③對系統(tǒng)實(shí)行最優(yōu)控制。 機(jī)理法建模就是根據(jù)對象的機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，并從中獲得所需的數(shù)學(xué)模型這種方法獲得的模型物理概念清晰、準(zhǔn)確、不但給出了系統(tǒng)輸入輸出變量之間的關(guān)系，也給出了系統(tǒng)狀態(tài)和輸入輸出之間的關(guān)系，使人們對系統(tǒng)有一個(gè)比較清楚的了解，因此也被稱為“白箱模型”。 物料和能量守恒關(guān)系 過程控制問題的機(jī)理建模建立在物料和能量守恒關(guān)系上。對于比較簡單的被控對象，可以通過在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)整來獲得較好的整定參數(shù)。目前，在自動控制、圖像處理、語言處理、信號分析、振動理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)、時(shí)序分析和系統(tǒng)建模等領(lǐng)域，由著名專家學(xué)者以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)的實(shí)用工具箱極大地豐富了MATLAB的內(nèi)容。用SIMULINK創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu),因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。該系統(tǒng)有效地解決了對象等效純滯后時(shí)間很長的問題，能及時(shí)檢測到系統(tǒng)中可能引起被控制量發(fā)生變化的許多因素并加以控制實(shí)踐表明，串級控制技術(shù)是改善自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的有效方法之一，精餾塔精餾段溫度控制問題是一個(gè)典型的時(shí)間長滯后大的問題，溫度串級控制技術(shù)應(yīng)用，有效地抑制慣性、遲延性的影響，并且魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，改善了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，該系統(tǒng)把主要的擾動包含在副控回路中，通過副控回路的調(diào)節(jié)作用，在擾動影響到主控回路被調(diào)參數(shù)之前，大大地削弱了擾動作用的影響，這種控制方法在熱處理，化工，機(jī)械加工，金屬冶煉等行業(yè)中也具有廣泛的用途和推廣價(jià)值。s procedure is designed according to the control request by users. What kind of control request, what kind of user39。23(12)：167～170．[14]劉久斌，李德桃．電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)的模糊免疫PID控制[J]．動力工程，2005，25(5)：673～675．[15]、仿真及控制的研究[D].北京化工大學(xué)碩士論文，2005,67～74.[16]Wood R W,Berry M Composition Control of a Binary Distillation Column[P] Chemical Engineering Science (S00092509),1973,(28)1707～1717.[17]—P串級控制研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2010,36(1).[18]黃克謹(jǐn)?shù)?，精餾塔通用動態(tài)仿真軟件及其在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]，系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),1994,6(4):49～56.[19],[20]張葛祥,:清華大學(xué)出版社,[21]吳旭光,楊惠珍,王新民,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008致 謝 經(jīng)過幾個(gè)月的查資料、整理材料、寫作論文，今天終于可以順利的完成論文的最后的謝辭了，時(shí)光匆匆飛逝，四年多的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓我在大學(xué)的生活得以劃上完美的句號。在定義完一個(gè)模型以后,用戶可以通過SIMULINK的菜單或MATLAB命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。SIMULINK 有兩個(gè)明顯的功能: 仿真與連接, 亦即可以利用鼠標(biāo)器在模型窗口上畫出所需的控制系統(tǒng)模型,然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。這時(shí)，就需要對實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)建物理模型或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究，簡稱仿真。 （1）無化學(xué)反應(yīng)的物料流量關(guān)系 （41） 式中，為密度。因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)需要進(jìn)行一定的假設(shè)。在建模的基礎(chǔ)上，再根據(jù)極大值原理，動態(tài)規(guī)劃，反饋、解耦，極點(diǎn)配置、自組織、自適應(yīng)和智能控制等方法，設(shè)計(jì)各種各樣的控制器或控制律。第二，它是數(shù)學(xué)上的抽象，在數(shù)值上可以作為公式的應(yīng)用，可以推廣到與原物相近的一類問題。而數(shù)學(xué)模型則是應(yīng)用數(shù)學(xué)的思想方法、語言和工具,是關(guān)于部分現(xiàn)實(shí)世界和為一種特殊目的而作的一個(gè)抽象的、簡化的結(jié)構(gòu)，是為了解決實(shí)際問題而設(shè)計(jì)的關(guān)于“數(shù)、形、算”的一種十分有用的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。主被控參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動范圍很小，一般要求無靜差，因此，主控制器應(yīng)選PID控制規(guī)律。而回流量L的動態(tài)響應(yīng)快，溫度稍有變化，即可通過調(diào)節(jié)回流量L加以控制，能夠很好的克服擾動[7]。串級控制系統(tǒng)就其主回路來看，它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，但其副回路對主調(diào)節(jié)器來說，卻是一個(gè)隨動控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)對象操作條件和負(fù)荷的變化情況不斷糾正副調(diào)節(jié)器的給定值，以適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化。這種由兩個(gè)控制器串在一起控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，稱為串級控制系統(tǒng)。通常，精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)選取有兩類：直接的產(chǎn)品成分信號和間接的溫度信號。回流比過大，將會造成塔內(nèi)物料的循環(huán)量過大，甚至能導(dǎo)致液泛，破壞塔的正常操作。組份變輕，則塔頂餾份增加，釜液排出量減少。③改變塔的生產(chǎn)能力壓力增加，組份的重度增大，塔的處理能力增大。常用的精餾塔限制條件為液泛限、漏液限、壓力限及臨界溫差限等。采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。（5） 冷凝器的作用 其作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。浮閥的型式很多，國內(nèi)已采用的浮閥，如V1型、V4型、V6型、十字架型和A型，其中常用的是V1型和V4型。大型浮閥塔的塔徑可達(dá)10m，塔高達(dá)83m，塔板數(shù)有數(shù)百塊之多。 （1） 生產(chǎn)能力大。對于板式塔來說，塔體的不垂直度和彎曲度，將直接影響塔盤的水平度（這指標(biāo)對板式塔效率的影響是非常明顯的），為此，在塔體的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸和吊裝等各個(gè)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)嚴(yán)格保證達(dá)到有關(guān)要求，不使其超差。因此，精餾塔的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。蒸溜的原理是蒸氣由塔底進(jìn)入。 實(shí)際生產(chǎn)過程中，精餾操作可分為間歇精餾和連續(xù)精餾兩種。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。 苯甲苯精餾塔的構(gòu)件，除了種類繁多的各種內(nèi)件外，其余構(gòu)件則是大致相同的。 （6）吊耳 苯甲苯精餾塔的運(yùn)輸和安裝，特別是在設(shè)備大型化后，往往是工廠基建工地上一項(xiàng)舉足輕重的任務(wù)。事實(shí)上，對于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述的所有要求，僅是在某些方面具有獨(dú)到之處。它的操作彈性為3～5，比篩板和舌形塔盤大得多。 精餾裝置的作用（1）精餾段的作用 加料版以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增加上升氣相中的易揮發(fā)組分的濃度。甲苯的粘性為0,6 mPa s，也就是說它的粘稠性弱于水。 （2）進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。所謂產(chǎn)品的純度，就二元精餾來說，其質(zhì)量指標(biāo)是指塔頂產(chǎn)品中輕組分（或重組分）含量和塔底產(chǎn)品中重組分（輕組分）含分，塔頂產(chǎn)品的關(guān)鍵組分是易揮發(fā)的，稱為輕關(guān)鍵組分，塔底產(chǎn)品是不易揮發(fā)的關(guān)鍵組分，稱為重關(guān)鍵組分。壓力升高，則氣相中重組分減少，相應(yīng)地提高了氣相中輕組分的濃度；液相中輕組分含量較前增加，同時(shí)也改變了氣液相的重量比，使液相量增加，氣相量減少。 （3）進(jìn)料組份的變化對精餾塔精餾段操作的影響 進(jìn)料組份的變化直接影響精餾塔精餾段的操作，當(dāng)進(jìn)料中重組份的濃度增加時(shí)，精餾段的負(fù)荷增加。因此，進(jìn)料溫度是影響精餾塔操作的重要因素之一?；亓饕阂恢袛?，頂溫就升