基于PROFIBUS现场总线的聚合温度控制系统研究与开发

论文摘要

目前聚合物生产中的聚合反应主要是在间歇式反应釜中进行的。聚合反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂，系统具有较大的时变性、非线性和时滞性，难以建立精确的数学模型。而反应温度是影响聚合反应最重要的参数之一，研究聚合反应温度的相关控制方法，以提高产品的产量和质量，对化工生产具有十分重要的意义。 本文以国家“863”计划的某化工生产项目为背景，设计了一套基于PROFIBUS-DP现场总线的聚合温度控制系统。系统采用了IPC-PLC模式的分布式结构，由上位机操作站，下位机控制站和现场仪表三部分组成。上位机由工控机、iFIX组态软件和后台数据库构成，负责对整个生产过程的监控。下位机采用了西门子S7-300 PLC，它和现场仪表共同完成对现场的控制和数据采集。该控制系统具有良好的人机界面，易于操作和使用，能够形象、直观地反映现场的实际工况。 在控制算法方面，通过对聚合反应釜传热特性的分析，总结出被控对象的特性，提出了一种按温度分档的智能复合控制方案。讨论了控制策略的可行性，给出了详细的分析步骤和控制算法，同时对常规PID和模糊自适应PID控制策略进行了比较论证和仿真分析。研究了该控制方案在聚合反应釜过程控制系统中的具体运用方法，给出了软硬件实现过程。本系统投入使用后，系统运行稳定，可靠性高，取得了良好的温度控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合工艺介绍
• 1.2.1 反应釜的结构和工作原理
• 1.2.2 温度对反应速率的影响
• 1.2.3 聚合反应过程分析
• 1.3 化工自动化发展现状
• 1.3.1 化工过程控制系统的发展
• 1.3.2 过程控制策略与算法的发展
• 1.4 本论文的主要工作及结构安排
• 1.4.1 本论文的主要工作
• 1.4.2 本论文结构安排
• 第二章 系统总体方案
• 2.1 PLC概述
• 2.1.1 PLC工作原理
• 2.1.2 PLC的优点和性能指标
• 2.2 系统总体结构
• 2.2.1 系统软硬件选型
• 2.2.2 系统结构图
• 2.3 监控系统的功能与要求
• 2.4 控制方案选择
• 2.4.1 常规PID控制
• 2.4.2 模糊控制
• 2.4.3 聚合釜温度控制方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 PROFIBUS现场总线设计
• 3.1 现场总线概述
• 3.1.1 现场总线的技术特点
• 3.1.2 现场总线的分类
• 3.2 PROFIBUS现场总线介绍
• 3.2.1 PROFIBUS协议结构
• 3.2.2 PROFIBUS总线存取协议
• 3.2.3 PROFIBUS传输技术
• 3.2.4 PROFIBUS-DP
• 3.3 PROFIBUS现场总线设计
• 3.3.1 软件和硬件组成
• 3.3.2 PROFIBUS-DP网络连接
• 3.3.3 PROFIBUS-DP网络组态设置
• 3.4 本章小结
• 第四章 模糊自适应PID控制器设计与仿真
• 4.1 模糊自适应PID控制器的设计
• 4.1.1 模糊自适应PID控制器的结构
• 4.1.2 模糊自适应PID控制器的设计步骤
• 4.1.3 模糊自适应PID控制器的整定原则
• 4.1.4 模糊控制规则设计
• 4.1.5 模糊合成推理算法
• 4.1.6 模糊自适应PID控制器初始参数的整定
• 4.1.7 模糊自适应PID控制算法
• 4.2 系统对象模型的描述和分析
• 4.2.1 聚合反应釜对象模型的推导
• 4.2.2 副回路的等效模型
• 4.2.3 系统模型参数的确定
• 4.3 仿真实验与分析
• 4.3.1 MATLAB仿真实验
• 4.3.2 分析与结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统软硬件实现
• 5.1 上位机监控系统设计
• 5.1.1 iFIX组态软件介绍
• 5.1.2 iFIX监控功能的实现
• 5.2 PLC程序的设计
• 5.2.1 STEP7概述
• 5.2.2 系统硬件组态
• 5.2.3 系统程序设计
• 5.3 基于OPC的iFIX与S7-300的通信
• 5.3.1 OPC技术介绍
• 5.3.2 iFIX与S7-300通信的实现
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢