【正文】 感謝的人實在太多了，首先要感謝的是我的指導老師解麗華老師，因為論文是在解麗華老師的悉心指導下完成的。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)的設計者們編寫的，但以它“語言”化的數(shù)值計算、強大的矩陣處理及繪圖功能、靈活的可擴充性和產(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)。本設計所選用的是機理建模法。 一般的經(jīng)驗建模方法是根據(jù)實測數(shù)據(jù)，按照某種性能指標從一組模型中選擇個最大化（最小化）該性能指標的模型作為過程的經(jīng)驗模型，因此經(jīng)驗建模通常包括三個基本要素：輸入輸出數(shù)據(jù)；一組候選的模型集。預測或預報基于事物發(fā)展過程的連貫性。而通常說來，數(shù)學模型就是指對于現(xiàn)實世界的某一特定對象，為了某個特定的目的，做出一些必要的簡化和假設，運用適當?shù)臄?shù)學工具得到的一個數(shù)學結(jié)構(gòu)，它或者能解釋特定現(xiàn)象的現(xiàn)實性態(tài)或者能預測對象的未來前景，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)的設計與分析，以及工藝設計和操作條件的分析和確定。當擾動發(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，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時地動作，快速消除了擾動的影響；當擾動發(fā)生在副控回路以外時，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．在恒壓下根據(jù)溫度檢測點的位置不同。 （2）及時性好。 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料狀態(tài)，即進料流量、進料組分、進料溫度。當塔頂餾分中重組份含量增加時，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。 若進料中輕組份的濃度增加時，此時精餾段的負荷增加。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，設置再沸器。 分離苯和甲苯，可以利用二者沸點的不同，采用塔式設備改變其溫度，使其分離并分別進行回收和儲存。（3） 塔板的作用 塔板是供氣液兩相進行傳質(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)設備，種類繁多。 （7）吊柱 在塔頂設置吊柱是為了在安裝和檢修時，方便塔內(nèi)件的運送。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)境保護等各個方面，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。 本設計所選的板式塔的塔型及其要求與特點作為主要用于傳質(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，只有一次收縮、擴大及轉(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較純凈的組分。 首先，苯和甲苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進入原料預熱器，在原料預熱器中加熱到泡點溫度，然后，原料從進料口進入到精餾塔中。有時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、輸出能量應平衡，使塔內(nèi)的操作壓力維持穩(wěn)定。正常操作中，應保持恒定的壓力，但若因操作不正常，引起塔頂產(chǎn)品中重組分濃度增加時，則可采用適當提高壓力的辦法，使產(chǎn)品質(zhì)量合格，但此時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。當精餾段的輕組份下到提餾段造成塔下部溫度降低時，可以用適當減少回流比的辦法以使塔下部溫度提起來。其中，進料流量與進料組分是不可控的，而進料溫度可通過熱焓來控制。串級控制在結(jié)構(gòu)上形成了兩個閉環(huán)，一個閉環(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)學模型是描述輸入變量和輸出變量之間不隨時間變化情況下的數(shù)學關(guān)系，可用于工藝設計和最優(yōu)化等，同時也是考慮控制方案的基礎(chǔ)。具體來說，數(shù)學模型就是為了某種目的，用字母、數(shù)學及其它數(shù)學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)學結(jié)構(gòu)表達式。③對系統(tǒng)實行最優(yōu)控制。 機理法建模就是根據(jù)對象的機理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，并從中獲得所需的數(shù)學模型這種方法獲得的模型物理概念清晰、準確、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，可以通過在實際系統(tǒng)上進行實驗和調(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)化設計、時序分析和系統(tǒng)建模等領(lǐng)域，由著名專家學者以MATLAB為基礎(chǔ)開發(fā)的實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間很長的問題，能及時檢測到系統(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典型的時間長滯后大的問題，溫度串級控制技術(shù)應用，有效地抑制慣性、遲延性的影響，并且魯棒性強的特點，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，機械加工，金屬冶煉等行業(yè)中也具有廣泛的用途和推廣價值。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)應用,2010,36(1).[18]黃克謹?shù)龋s塔通用動態(tài)仿真軟件及其在控制系統(tǒng)設計中的應用[J]，系統(tǒng)仿真學報,1994,6(4):49～56.[19],[20]張葛祥,:清華大學出版社,[21]吳旭光,楊惠珍,王新民,計算機仿真技術(shù)[M]北京：化學工業(yè)出版社，2008致 謝 經(jīng)過幾個月的查資料、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，終于讓我在大學的生活得以劃上完美的句號。在定義完一個模型以后,用戶可以通過SIMULINK的菜單或MATLAB命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。SIMULINK 有兩個明顯的功能: 仿真與連接, 亦即可以利用鼠標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)直接進行仿真。這時，就需要對實際系統(tǒng)構(gòu)建物理模型或數(shù)學模型進行研究，簡稱仿真。 （1）無化學反應的物料流量關(guān)系 （41） 式中，為密度。因此在建立數(shù)學模型時需要進行一定的假設。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，極點配置、自組織、自適應和智能控制等方法，設計各種各樣的控制器或控制律。第二，它是數(shù)學上的抽象，在數(shù)值上可以作為公式的應用，可以推廣到與原物相近的一類問題。而數(shù)學模型則是應用數(shù)學的思想方法、語言和工具,是關(guān)于部分現(xiàn)實世界和為一種特殊目的而作的一個抽象的、簡化的結(jié)構(gòu)，是為了解決實際問題而設計的關(guān)于“數(shù)、形、算”的一種十分有用的數(shù)學結(jié)構(gòu)。主被控參數(shù)是工藝操作的主要指標，允許波動范圍很小，一般要求無靜差，因此，主控制器應選PID控制規(guī)律。而回流量L的動態(tài)響應快，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)對象操作條件和負荷的變化情況不斷糾正副調(diào)節(jié)器的給定值，以適應操作條件和負荷的變化。這種由兩個控制器串在一起控制一個執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)，稱為串級控制系統(tǒng)。通常，精餾塔的質(zhì)量指標選取有兩類：直接的產(chǎn)品成分信號和間接的溫度信號?；亓鞅冗^大，將會造成塔內(nèi)物料的循環(huán)量過大，甚至能導致液泛，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，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，其中的液態(tài)部分進入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。（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?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10m，塔高達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（這指標對板式塔效率的影響是非常明顯的），為此，在塔體的設計、制造、檢驗、運輸和吊裝等各個環(huán)節(jié)中，都應嚴格保證達到有關(guān)要求，不使其超差。因此，精餾塔的設計和研究，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入。 實際生產(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行緊密接觸，達到相際傳質(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 苯甲苯精餾塔的運輸和安裝，特別是在設備大型化后，往往是工廠基建工地上一項舉足輕重的任務。事實上，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）進料狀態(tài) 進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(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，同時也改變了氣液相的重量比，使液相量增加，氣相量減少。 （3）進料組份的變化對精餾塔精餾段操作的影響 進料組份的變化直接影響精餾塔精餾段的操作，當進料中重組份的濃度增加時，精餾段的負荷增加。因此，進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