氯化钾铵生产过程监控系统设计与开发

论文摘要

随着陆地钾资源的日益匮乏,海晶集团等多家科研单位经多年的探索和研究,研发出具有先进水平的沸石法海水提取氯化钾铵技术。工业自动化程度的迅猛提高以及生产过程控制的严格要求,则需要设计与开发出与之相应的高可靠性、高经济性控制系统。本文是基于海水提取氯化钾铵生产改造项目的过程监控系统设计,针对生产过程的工艺特点和控制要求,设计了由工控机、可编程控制器及相关仪表等硬件装置、工业以太网和现场总线技术等网络体系构建的自动化控制系统。文中首先介绍了氯化钾铵生产工艺流程和现场设备特性,根据生产运行时的控制要求,在确定总体控制方案的基础上设计和开发了氯化钾铵生产过程监控系统。其主要设计内容包括：研华工控机、西门子S7-300PLC、现场检测仪表与控制装置的选型及配置和PROFIBEUS现场总线、工业以太网的网络组态等硬件设计；采用SIMATIC STEP7V5.4控制软件实现了结构化应用程序的编制、使用上位机组态软件KingView6.52进行了模拟流程画面、远程操作画面、报警及报表系统、用户安全管理等人机接口界面的组态和参数自整定模糊-PID控制算法的实现等软件开发。针对钾富集生产过程中钾浓度控制调节具有纯延迟、非线性强,难以构建精确的数学模型等特点,采用了将传统PID控制与模糊控制相结合的参数自整定模糊-PID控制策略,在上位机的组态软件中通过使用命令语言编程的方式实现其控制算法,并通过现场的实际运行效果验证了控制方案的可行性及其优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外研究历史、现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 2 氯化钾铵生产工艺流程及控制要求
• 2.1 生产装置及工艺流程简介
• 2.1.1 钾富集系统构成及工艺流程
• 2.1.2 钾分离系统组成及其流程
• 2.2 控制系统的功能要求
• 2.2.1 工艺参数要求
• 2.2.2 生产中的自动控制系统
• 2.2.3 系统功能及要求
• 3 氯化钾铵监控系统的总体设计
• 3.1 方案设计的基本原则
• 3.2 监控系统的体系结构
• 3.3 系统控制策略及措施
• 3.3.1 系统的控制算法
• 3.3.2 系统可靠及安全性措施
• 3.4 硬件设备的选型与配置
• 3.4.1 现场仪表
• 3.4.2 PLC控制器
• 3.4.3 网络通讯系统
• 3.4.4 I/O地址分配及接线图绘制
• 4 监控系统软件开发
• 4.1 PLC控制软件设计
• 4.1.1 硬件及网络组态
• 4.1.2 控制程序结构及编程
• 4.1.3 PID闭环控制算法的实现
• 4.1.4 S7-300 PLC的仿真调试
• 4.2 人机接口界面开发
• 4.2.1 项目的创建及系统设置
• 4.2.2 变量数据库的构建
• 4.2.3 图形画面设计
• 4.2.4 用户安全管理设置
• 5 钾浓度模糊控制系统的设计
• 5.1 模糊控制简介
• 5.2 参数自整定模糊-PID控制设计
• 5.2.1 模糊-PID控制的总体结构
• 5.2.2 模糊控制变量的确定及其模糊化
• 5.2.3 模糊控制规则设计
• 5.2.4 模糊判决和制定模糊查询表
• 5.2.5 模糊-PID控制策略的实现
• 5.3 模糊-PID控制在MATLAB中的仿真
• 5.3.1 构建模糊推理系统
• 5.3.2 Simulink环境下的仿真调试
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士期间发表的论文情况
• 10 致谢