【正文】 究具有非常重要的意義。為了達(dá)到比較理想的控制效果，經(jīng)過比較和分析，這里采用西門子公司的 S7300 系列 PLC 設(shè)備，配以上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并以 PID 控制為理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜的溫度控制。溫度控制系統(tǒng)的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。對于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案也有所不同。 學(xué)生所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 第 4 頁 共 71 頁 摘 要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2020 年 2 月 25 日 ~3 月 31 日 4 月 1 日 ~4 月 30 日 5 月 1 日 ~6 月 10 日 6 月 11 日 ~6 月 15 日 6 月 16 日 ~6 月 20 日 6 月 20 日 ~6 月 25 日 檢索并仔細(xì)閱讀有關(guān)技術(shù)資料，嚴(yán)格按學(xué)校對畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告的要求認(rèn)真完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告； 翻譯英文資料，原稿和譯文要附于論文之后； 按 畢業(yè)論文課題的具體工作內(nèi)容要求，撰寫論文， 一定要注意的是論文格式嚴(yán)格按系里的要求完成 。 溫度 控制系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)釜 溫度 的自動控制，控制 作用又快又好 。 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 本系統(tǒng)是以 PLC、 WinCC 為基礎(chǔ)，利用 PLC 實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 第 1 頁 共 71 頁 安 徽 工 業(yè) 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué) 院、系 ： 電氣信息學(xué)院 自動化系 專 業(yè) ： 自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 設(shè) 計(jì) 題 目 ： 基于 HDU4000 過程控制系統(tǒng)的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 起 迄 日 期 : 2020年 02月 25 日 ~2020 年 06 月 15 日 設(shè)計(jì)地點(diǎn) : 安 徽 工 業(yè) 大 學(xué)、電氣信息學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師 : 系 主 任 : 發(fā)任務(wù)書日期 :2020 年 02 月 25 日 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 第 2 頁 共 71 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求： 反應(yīng)釜生產(chǎn)和消費(fèi)應(yīng)用的高速增長期，已廣泛應(yīng)用。 化工生產(chǎn)等必不可缺，所以反應(yīng)釜的溫度控制也尤為重要，尤其是恒溫階段，本設(shè)計(jì)要求 ，所采用的控制方案； 溫度 控制； 進(jìn)行 組態(tài)； 溫度 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備下列知識： 1. 以 過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中的反應(yīng)釜 溫度 作為被控對象設(shè)計(jì)一個(gè)控制 對象 ，實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜 溫度 的恒值控制； ，實(shí)時(shí)設(shè)定并顯示 溫度 給定值、測量值及控制器輸出值； 溫度 給定值實(shí)時(shí)曲線、 溫度 測量值實(shí)時(shí)曲線； PID 參數(shù)，并能在組態(tài)測控界面上實(shí)時(shí)改變 PID 參數(shù)。 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 第 3 頁 共 71 頁 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 3．對畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等〕： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（包括紙 質(zhì)版和電子版） 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括英文資料全文及翻譯稿， 必要的程序和電路圖。 指導(dǎo)教師審閱論文的電子稿； 嚴(yán)格按要求修改論文，打印裝訂，評閱老師評閱； 論文答辯。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中 ,溫度控制占有著極為重要的地位 , 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中， 具有舉足輕重的作用。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等。 反應(yīng)釜中的溫度控制是整個(gè)化工生產(chǎn)過程中的核心控制部分之一，它具有溫度慣性、大的延遲時(shí)間等特性，對過程控制造成非常大的困難。 該系統(tǒng)使用 STEP7 和 Wincc 軟件進(jìn)行編程，在仿真器上進(jìn)行的模擬調(diào)試以及利用組態(tài)畫面進(jìn)行的試驗(yàn)都獲得了成功，可以證明這種方案符合基本工藝需求，是實(shí)際可行的，可以為實(shí)際操作提供應(yīng)用參考。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，反應(yīng)釜的溫度決定了產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，有時(shí)甚至影響到生產(chǎn)過程中的安全性。然而，由于溫度對象具有非線性、時(shí)變不確定、大滯后、受環(huán)境溫度影響大等特點(diǎn)，目前反應(yīng)釜內(nèi)的全過程溫度自動控制是重 點(diǎn)也是難點(diǎn)。不過對于本文中簡化的系統(tǒng)，還是可以達(dá)到最低工藝要求的。為了克服聚合釜溫度的時(shí)間滯后問題，常采用串級 PID 控制，選取反應(yīng)釜溫度為主要調(diào)節(jié)對象，夾套內(nèi)冷卻液為副調(diào)節(jié)對象，構(gòu)成 一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 國內(nèi) 外研究現(xiàn)狀 自上世紀(jì) 70 年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 (2)能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。 (4)這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)的范圍廣泛。借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫控器具有對控制對象控制參數(shù)及特性進(jìn)行自動整定的功能。 (6)溫度控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。比如 : Shinskey 與 Weinstein 提出的雙?？刂?(dualmode)，采用 bangbang+PID 控制，其大致步驟為：過程開始時(shí)，全力加熱，直至反應(yīng)釜溫度距其設(shè)定值為 t1 度，然后全 力 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 9 第 9 頁 共 71 頁 冷卻，持續(xù) TD1 分鐘，此后，將夾套水溫設(shè)定值定在某個(gè)合適的中間溫度，持續(xù) TD2 分鐘，最后，用串級 PID 控制器控制夾套水溫度。 Arthur Jutan 與 Ashok Uppal 提出將反應(yīng)熱作為一種擾動，采用適當(dāng)?shù)姆椒ü烙?jì)出來，用前饋控制抵消；余下的部分近 似為線性系統(tǒng)，可以用 PID 控制。 與 采用模糊控制與 PID 混合的策略控制間歇放熱聚合反應(yīng)釜的溫度，在他們的方法中，模糊控制器的輸出用來調(diào)整 PID 控制器的設(shè)定值，以補(bǔ)償反應(yīng)放熱對過程溫度造成的擾動；將此方案應(yīng)用與乳液聚合的試驗(yàn)設(shè)備上，發(fā)現(xiàn)能明顯提高控制性能。 發(fā)展現(xiàn)狀 幾十年來，化工行業(yè)工業(yè)自動化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，從初期簡單的手工操作到連續(xù)工藝及負(fù)荷不斷加大，對生產(chǎn)穩(wěn)定性要求越來越高，對控制及自動化水平的要求也越來越高，儀表使用越來越普遍，從簡單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動化，使用的控制工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組 合儀表到 DCS 的廣泛應(yīng)用；控制水平也從單參數(shù)簡單控制回路到多變量復(fù)雜控制回路，先進(jìn)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場合都有成功應(yīng)用的典范。另外，激烈的市場競爭也對自動化提出了新的目標(biāo)與要求。 為適應(yīng)化工生產(chǎn)的新特點(diǎn)，一些過程控制領(lǐng)域中的新技術(shù)正在由理論研究轉(zhuǎn)向生產(chǎn)實(shí)踐，如信息綜合處理技術(shù)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、各種智能控制技術(shù)、軟計(jì)算技術(shù)和快速仿真技術(shù)、 多媒體技術(shù)等。當(dāng)前，傳統(tǒng)的 DCS 正借助于微處理器硬軟件和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，朝著標(biāo)準(zhǔn)化、開放化和盡量采用市場通用的優(yōu)良硬、軟件的方向，逐漸地、相互融合地向開放的 DCS 發(fā)展。 另外 ，最近發(fā)展起來的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) (FCS)也是一種新的開放式的分布式控制系統(tǒng)。因此對于現(xiàn) 安徽工業(yè)大學(xué) 反應(yīng)釜的溫度控制 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 10 第 10 頁 共 71 頁 場總線的工業(yè)控制系統(tǒng)研究具有重大的意義。專家估計(jì)， FCS 將在石化行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。在儀表調(diào)節(jié)，除一般的比例、積分、微分調(diào)節(jié)規(guī)律外，人們正在研究前饋、大滯后、非線性、相關(guān)和計(jì)算值調(diào)節(jié)等技術(shù)，以適應(yīng)多回路自動化系統(tǒng)的需要。新一代的檢測儀表主要特點(diǎn)是智能化和數(shù)字化。一次 檢測技術(shù)采用超聲波、微波、激光等新技術(shù)，使自動控制的精度得到進(jìn)一步提高。專用集成電路 (ASIC)的廣泛應(yīng)用將促進(jìn)傳感器和執(zhí)行器沿著多功能化和智能化的方向發(fā)展，便于形成現(xiàn)場控制回路子系統(tǒng)，還將極大地方便儀表的安裝調(diào)試和維護(hù)工作。現(xiàn)有的工業(yè)控制軟件包大部分是以多變量預(yù)測控制技術(shù)為 主，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊技術(shù)及遺傳 算法等軟計(jì)算技術(shù)，開發(fā)包括初級數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、軟測量技術(shù)的先進(jìn)控制軟件，國內(nèi)的高校和科研機(jī)構(gòu)先后在一些石化企業(yè)的典型裝置上通過各種方法實(shí)現(xiàn)了軟測量和先進(jìn)控制技術(shù)。如何將理論研究的最新成果發(fā)展成工程化、標(biāo)準(zhǔn)化和商品化的軟件包，是我國過程工業(yè)自動化的研究重點(diǎn)之一。智能控制理論的研究應(yīng)運(yùn)而生，也成為當(dāng)前控制理論的研究熱點(diǎn)之一。據(jù) Setpoint 公司統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)過程中采用先進(jìn)過程控制己取得良好的效果。 展望 反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備，反應(yīng)過程中伴隨有人量的吸、放熱現(xiàn)象，具有大滯后、時(shí)變、非線性、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)。模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控