【正文】 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?？傊舜握撐牡膶?xiě)作過(guò)程，我收獲了很多。在整個(gè)的論文寫(xiě)作中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫(xiě)作的建議和意見(jiàn)，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫(xiě)完了整個(gè)論文。 論文得以完成，要感謝的人實(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。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(duì)象選出被控對(duì)象，這些都是很容易從書(shū)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(guò)程從分析被控對(duì)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(duì)被控對(duì)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(duì)象模型；分析被控對(duì)象的特性，查閱控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)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。 無(wú)干擾串級(jí)控制仿真曲線：系統(tǒng)的超調(diào)量δ=8％,調(diào)整時(shí)間Ts=現(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用：?保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應(yīng)曲線如下：參數(shù)：Kp1=120, Ki= ，Kd=200，Kp2= P值不同的無(wú)干擾串級(jí)控制仿真曲線：系統(tǒng)的超調(diào)量δ=30％，調(diào)整時(shí)間Ts=：不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，隨著K的增大，最大動(dòng)態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。建立了精餾塔的動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型；然后，將該模型應(yīng)用于實(shí)際連續(xù)多相精餾塔，并編程進(jìn)行了仿真，通過(guò)改變精餾塔迸料流量、進(jìn)料組成、加熱蒸汽量和回流比等操作變量對(duì)該塔進(jìn)行擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，得到一系列精餾塔組分濃度變化的過(guò)渡過(guò)程曲線，從而了解該塔的動(dòng)態(tài)特性。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便,而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一類(lèi)仿真非常有用。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自已的模塊。因此可以不難理解它自推出以后,就一直受到歐美和日本等國(guó)家或地區(qū)的控制界學(xué)者的青睞。既可以以純圖形方式輸入,也可以以純文本方式來(lái)輸入。很明顯,這種做法使得一個(gè)很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。 盡管MATLAB開(kāi)始并不是為控制理論與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們編寫(xiě)的，但以它“語(yǔ)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(kāi)發(fā)思路很快就為自動(dòng)控制界研究人員所矚目。混合仿真又稱(chēng)物理數(shù)學(xué)仿真，它是把數(shù)學(xué)仿真，物理仿真和實(shí)體結(jié)合起來(lái)，也就是將系統(tǒng)的一部分描述成數(shù)學(xué)模型，放入計(jì)算機(jī)，而其余部分則構(gòu)建其物理模型或直接采用實(shí)體，組成一個(gè)復(fù)雜的仿真系統(tǒng)。前者可對(duì)系統(tǒng)建立用微分方程或差分等描述的數(shù)學(xué)模型，并將其放在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)；后者面對(duì)的是由某種隨機(jī)事件驅(qū)動(dòng)引發(fā)狀態(tài)變化的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并將它放在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，仿真就是用模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和研究，它所遵循的基本原則是相似原理，即幾何相似,環(huán)境相似和性能相似。在控制器類(lèi)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)。 液位計(jì)選用單溶液位計(jì)傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，干擾在此可忽略。 （45）一次擾動(dòng)作用下，擾動(dòng)回路傳遞函數(shù)為 (46）系統(tǒng)輸出對(duì)輸入的傳遞函數(shù)為 (47) 主回路系統(tǒng)采用PID控制，副回路采用P控制能最大限度的滿足被控對(duì)象的控制通道的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小，滯后時(shí)間較小[15]。V為體積，；為流入各物料的體積流量，；為流入各物料的密度，；為流出各物料的體積流量，；為流出各物料的密度。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(cè)數(shù)據(jù)，按照某種性能指標(biāo)從一組模型中選擇一個(gè)最大化（最小化）該性能指標(biāo)的模型作為過(guò)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。因此，根據(jù)過(guò)程內(nèi)在機(jī)理得到的數(shù)學(xué)模型常常需要進(jìn)行進(jìn)一步的整理和簡(jiǎn)化。在滿足模型應(yīng)用要求的前提下，根據(jù)對(duì)建模對(duì)象的了解以及模型使用的目的，進(jìn)行一些近似處理，把次要因素忽略掉。 一般的經(jīng)驗(yàn)建模方法是根據(jù)實(shí)測(cè)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(guò)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。 (5)工業(yè)過(guò)程的故障檢測(cè)與診斷。 建立數(shù)學(xué)模型的目的 建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的目的主要有以下幾種： （1）進(jìn)行工業(yè)過(guò)程優(yōu)化操作。 系統(tǒng)建模主要用于3個(gè)方面對(duì)于同一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)，人們可以根據(jù)不同的用途和目的建立不同的模型。預(yù)測(cè)或預(yù)報(bào)基于事物發(fā)展過(guò)程的連貫性。數(shù)學(xué)仿真比物理仿真簡(jiǎn)單、易行。 按數(shù)學(xué)模型所研究對(duì)象的特性可分為確定的和隨機(jī)的，靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的，連續(xù)的和離散的，或線性的和非線性的。第三，可以作為某事物的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，可以譯成算法語(yǔ)言，編寫(xiě)程序進(jìn)入計(jì)算機(jī)。而通常說(shuō)來(lái)，數(shù)學(xué)模型就是指對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的某一特定對(duì)象，為了某個(gè)特定的目的，做出一些必要的簡(jiǎn)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(cè)對(duì)象的未來(lái)前景，或者能提供處理對(duì)象的最優(yōu)決策或控制等。模型的實(shí)質(zhì)是對(duì)現(xiàn)實(shí)原型的一種抽象或模仿。凡是用模型描述系統(tǒng)的因果關(guān)系或相互關(guān)系的過(guò)程都屬于建模。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型,可以充分發(fā)揮數(shù)學(xué)科學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的服務(wù)功能，體現(xiàn)出數(shù)學(xué)的真正意義?？捎糜诟黝?lèi)自動(dòng)控制系統(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。本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出采用主控回路和副控回路相配合的溫度串級(jí)控制系統(tǒng)，主回路控制器采用PID控制算法，副回路采用P控制算法，最大可能的滿足控制系統(tǒng)的要求。精餾塔借助于冷凝器的冷卻來(lái)保持其精餾段的溫度恒定，由于冷凝器的傳熱和精餾塔的傳質(zhì)過(guò)程，使對(duì)象的等效純滯后時(shí)間很長(zhǎng)。副被控參數(shù)的設(shè)置是為了克服主要干擾對(duì)主參數(shù)的影響，因而可以允許在一定范圍的變化，并允許有靜差。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動(dòng)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(dòng)作，快速消除了擾動(dòng)的影響；當(dāng)擾動(dòng)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(hào)，由副控回路去改變流量，克服了擾動(dòng)影響[9]。 （6）主被控對(duì)象 當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，精餾段溫度升高，因此，Kp10。路中，以補(bǔ)償過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，使被控對(duì)象的滯后時(shí)間超前反映到控制器，有效地解決了大慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間滯后問(wèn)題，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量，加速了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，另外，通過(guò)增大液位調(diào)節(jié)器的比例增益，系統(tǒng)的等效時(shí)間常數(shù)可以獲得較小的數(shù)值，從而增加了副控回路的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作頻率[8]。 精餾塔精餾段控制的過(guò)程分析我們的控制目的是使塔溫保持恒定，現(xiàn)選用精餾段的溫度, 與回流量來(lái)構(gòu)成串級(jí)隨動(dòng)控制。（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(cè)點(diǎn)的位置不同。在一定塔壓下，溫度與成分之間仍有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于多數(shù)復(fù)雜控制系統(tǒng)，如多輸入多輸出系統(tǒng)、大滯后系統(tǒng)和擾動(dòng)較大的系統(tǒng)等簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)就很難控制，無(wú)法滿足控制系統(tǒng)的控制要求[6]。 （4）能夠更精確控制操縱變量的流量。 （2）及時(shí)性好。 （1）抗干擾性強(qiáng)。 ，因此可以加大主控制器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。作用在外環(huán)的擾動(dòng)稱(chēng)為一次擾動(dòng)，作用在內(nèi)環(huán)的擾動(dòng)稱(chēng)為二次擾動(dòng)[6]。 串級(jí)控制系統(tǒng) 。串級(jí)控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)或多閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為副控對(duì)象，外環(huán)為主控對(duì)象。 因此，目前在精餾操作中，溫度仍是最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)。 （1）采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標(biāo) 以產(chǎn)品成分的檢測(cè)信號(hào)直接用作質(zhì)量控制的被控信號(hào)，應(yīng)該說(shuō)是最為理想的。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。結(jié)果是重組分被帶到塔頂，塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量不合格。這些都會(huì)使精餾塔的頂溫升高，塔頂產(chǎn)品中重組份含量增多，質(zhì)量下降。 （6）塔頂冷劑量的大小對(duì)精餾塔精餾段操作的影響對(duì)采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對(duì)精餾操作的影響比較顯著；同時(shí)也是影響回流量波動(dòng)的主要因素。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。例如：在進(jìn)料溫度過(guò)低，塔釜的加熱蒸汽量沒(méi)有富裕的情況下，將會(huì)使塔底餾分中輕組分含量增加。 ③調(diào)節(jié)冷劑和熱劑量 根據(jù)組成的變動(dòng)情況，相應(yīng)地調(diào)節(jié)塔頂冷凝器的冷劑和塔釜熱劑量，維持塔頂及塔底產(chǎn)品質(zhì)量不變。此時(shí)，全塔溫度下降，塔壓升高。 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。 進(jìn)料成分影響物料平衡和能量平衡，但進(jìn)料成分通常不可控，多數(shù)情況下也難于測(cè)量。應(yīng)該指出，在精餾操作過(guò)程中，進(jìn)料量、進(jìn)料組成和進(jìn)料溫度的改變，塔釜加熱蒸汽量的改變，回流量、回流溫度和冷劑壓力（對(duì)內(nèi)回流塔而言）的改變以及塔的堵塞等，都可能引起塔壓的波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)首先分析引起塔壓波動(dòng)的原因，及時(shí)處理，使操作恢復(fù)正常。④塔壓的波動(dòng)這將引起溫度和組成間對(duì)應(yīng)關(guān)系的混亂。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。塔壓波動(dòng)對(duì)塔的操作將產(chǎn)生如下的影響。臨界溫差限主要是指再沸器兩側(cè)間的溫差，當(dāng)這一溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)急劇下降，傳熱量也隨之下降，不能保證塔的正常傳熱的需要[5]。所謂液泛限，也稱(chēng)氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過(guò)高時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。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。具體對(duì)一個(gè)精餾塔來(lái)說(shuō)，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置必要的控制系統(tǒng)。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。對(duì)于苯甲苯溶液，~（表壓）。 （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。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。 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(chǔ)存。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類(lèi)似），在常溫常壓下是一種無(wú)色透明，清澈如水的液體，密度為0．866克／厘米3，對(duì)光有很強(qiáng)的折射作用（折射率：1,4961）。苯難溶于水，；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無(wú)機(jī)分子的能力很強(qiáng)。回流主要補(bǔ)充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進(jìn)行的必要條件。（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(chǎng)所。并和精餾塔內(nèi)上升的蒸汽在各層塔板上進(jìn)行充分接觸，從而進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過(guò)程：③向F流的液體到達(dá)塔釜之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔底產(chǎn)品。精餾過(guò)程本質(zhì)上是一種傳質(zhì)過(guò)程，也伴隨著傳熱。本設(shè)計(jì)所選的苯甲苯精餾塔為浮閥板式塔，浮閥塔盤(pán)操作時(shí)的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開(kāi)閥片，穿過(guò)環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15％左右。因此浮閥塔盤(pán)的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤(pán)提高20％～40％。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開(kāi)孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類(lèi)繁多。這可以減少基建過(guò)程中的投資費(fèi)用。 （3） 流體流動(dòng)的阻力小，即流體通過(guò)苯甲苯精餾塔的壓力降小。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。 （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。 （5）人孔和手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設(shè)置的。 （3）除沫器 除沫器用于捕集夾帶在氣流中的液滴。 （2）塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎(chǔ)上的連接部分。常見(jiàn)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。人們又按板式塔的塔盤(pán)結(jié)構(gòu)和填料塔所用的填料，細(xì)分為多種塔型。 在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔盤(pán)上的液層使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。 苯甲苯精餾塔的分類(lèi)及一般構(gòu)造 苯甲苯精餾塔經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。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。首先，本文簡(jiǎn)述了精餾塔的一些基本概述以及本設(shè)計(jì)所選的精餾塔的塔型；其次，熟悉板式精餾塔分離苯甲苯的工作原理及工藝流程，通過(guò)對(duì)精餾塔精餾段的控制分析，綜合控制要求和擾動(dòng)等各方面因素考慮，采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)；再次，由于精餾塔屬于多輸入多輸出、大滯后和擾動(dòng)較大的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)就很難控制，無(wú)法滿足控制系統(tǒng)的控制要求，而串級(jí)控制系統(tǒng)在改善復(fù)雜控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，所以本文采用串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)精餾塔精餾段的溫度進(jìn)行控制；最后，建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真，對(duì)精餾塔精餾段中的控