闪蒸干燥机控制系统的设计与温度控制方法的研究

论文摘要

节能、降耗,提高企业经济效益是现代企业的追求目标,在这样的背景下冶金、化工、医药、环保等行业大量使用干燥机。目前干燥过程多采用手动控制或常规PID控制方式,这些控制方式对于小型化、单机生产时可以满足要求,但对于大型设备或干燥机与其他设备配合组成一个大型生产系统时,这种控制方式则显得力不从心。随着干燥机日益向大型化、集成化、连续化、复杂化方向发展,对过程控制的品质提出了更高的要求。建筑石膏粉干燥煅烧系统是闪蒸干燥机的一个比较典型的应用实例,其特点是干燥与煅烧一步完成。因此本文对建筑石膏粉干燥煅烧控制系统进行设计,并着重对其主要控制指标——干燥机入口温度的控制方法进行深入探讨。本文首先介绍了闪蒸干燥机的发展历史及特点,阐述了干燥机基本结构原理,以及石膏干燥煅烧工艺。然后根据旋转闪蒸干燥的工作原理、工艺设计和设备组成,结合干燥物料的特性,对石膏干燥煅烧控制系统进行总体设计,包括上位机和下位机的硬件组态、软件编程。对PLC中开关量的控制、模拟量的过程控制做了详细的设计,并设计了WinCC过程画面,组态报警记录、趋势曲线、打印报表等。在设计了干燥机PLC控制系统的基础上提出了对现有常规PID控制方法的改进。首先利用BP神经网络对干燥机入口温度控制系统建模。闪蒸干燥机入口温度系统是一个多变量、非线性、慢时变的纯滞后系统,试图建立它的精确模型是比较困难的,而传统的控制方式多以精确的数学模型为基础。本文在总结比较国内外已有的干燥机控制方法的基础上,提出了基于神经网络控制与Smith预估控制相结合的干燥机温度控制方法,并对该方法的控制器进行了设计与仿真。本文提出的Smith神经网络控制方法较好地实现了干燥机入口温度的控制,这种控制器吸取了神经网络与传统控制方法的优点,利用神经网络精确建模的能力以及自适应、自学习的能力、以及Smith克服系统滞后的优势,实现了神经网络与传统控制方法的有效结合,对于工业过程中普遍存在的大时滞对象的控制有理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 闪蒸干燥机简介
• 1.1.1 闪蒸干燥机的发展及优点
• 1.1.2 闪蒸干燥机的基本结构原理
• 1.2 石膏干燥系统工艺简介
• 1.2.1 石膏干燥系统工艺
• 1.2.2 干燥系统的热量计算
• 1.3 干燥机控制系统的特点及发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 控制系统设计
• 2.1 控制系统总体结构
• 2.1.1 硬件构成
• 2.1.2 软件构成
• 2.2 PLC控制系统设计
• 2.2.1 开关量控制
• 2.2.2 模拟量的输入/输出
• 2.2.3 过程控制
• 2.2.4 PID控制在PLC中的实现
• 2.3 上位机程序设计
• 2.3.1 组态变量
• 2.3.2 创建过程画面
• 2.3.3 报警及报警记录
• 2.3.4 数据采集与历史趋势
• 2.3.5 打印报表
• 2.3.6 使用权限
• 2.4 上位机与下位机PLC的通讯
• 第3章 干燥机入口温度控制方法研究
• 3.1 干燥机入口温度模型的建立
• 3.1.1 BP神经网络的算法原理
• 3.1.2 模型的建立
• 3.2 现有温度控制方法分析
• 3.3 新方法的提出及控制器的设计
• 3.3.1 单神经元自适应PID控制器
• 3.3.2 Smith神经网络控制器
• 第4章 控制系统仿真
• 4.1 单神经元PID控制器的建立
• 4.2 建立仿真模型
• 4.3 仿真结果及结论
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢