蒸发器控制系统的设计与研究

论文摘要

在食品工业里,稀液浓缩提纯是一道重要工序,其关键设备就是蒸发器。控制方案的提出,需要对现场环境、工艺设备等详细了解、调研,这就需要对蒸发器相关工艺进行研究、分析,并提出既安全可靠又经济绿色的控制方案,需要在实验室当中重现真实的工业过程的条件。本文中的新一代高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000是一种能够模拟蒸发器工业工程的实验装置,它以工业锅炉和蒸发器（换热器中的一种）为仿真的对象,并且提供动态的仿真模型,可以真实的反应实际的过程工业生产过程,同时也能够满足工业级别的高精度和高重复性的要求。本文将新一代高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000的蒸发器系统作为主要研究对象,将蒸发器的工艺流程进行详细分析,把液位、流量、浓度、温度等主要参数作为被控变量,对各个参数的特性进行了详细的分析,针对各个参数不同的特性,分别设计不同的控制方案,对难以精确测量的蒸发器浓度采用软测量的方法进行解决。同时针对蒸发器温度的非线性、大滞后等特性,将传统PID控制和神经网络两者的优点结合起来,采取基于BP神经网络的PID控制算法并设计了基于BP神经网络的PID控制器,将温度控制器分为在线学习和在线计算两部分。通过实验法,建立蒸发器温度通道的传递函数模型,使用Matlab中M函数构造出本文的控制算法,对本文提出的控制算法进行仿真,在要求的工况下将其与纯PID控制效果进行比对,得到了较纯比例PID更优的控制效果,并且在第四章中通过SCL语言编辑实现BP神经网络PID控制策略。根据控制需求,设计基础过程控制系统、开车顺序控制系统和安全系统。根据控制方案要求选择了西门子PCS7系统来组建控制所需的软件和硬件,并通过SIMATICPCS7软件实现蒸发器系统的控制和监测。通过实时运行,得到蒸发器运行的参数曲线,本文设计的基础过程控制系统、开车顺序控制系统和安全系统都能够很好的运行,达到了控制要求,从而验证了控制策略和方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 神经网络研究背景
• 1.3 换热器控制现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本章小结
• 第2章 蒸发器控制系统技术分析及方案设计
• 2.1 蒸发器概述
• 2.1.1 蒸发器的分类
• 2.1.2 蒸发器的工作原理
• 2.2 SMPT-1000装置概述
• 2.3 蒸发器的工艺流程
• 2.3.1 工艺流程
• 2.3.2 仪表及执行机构
• 2.4 控制任务要求及需求分析
• 2.4.1 控制任务要求
• 2.4.2 控制需求分析
• 2.5 蒸发器系统控制任务描述
• 2.6 蒸发器对象特性、被控参数特性和系统安全要求分析
• 2.6.1 对象特性分析
• 2.6.2 被控参数特性分析
• 2.6.3 系统安全要求分析
• 2.7 蒸发器控制系统总体方案设计
• 2.8 本章小结
• 第3章 蒸发器温度控制策略的设计和研究
• 3.1 人工神经网络
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 人工神经网络的简介
• 3.1.3 误差反向传播神经网络
• 3.2 基本PID控制
• 3.2.1 基本PID控制原理
• 3.2.2 数字PID控制
• 3.3 基于BP神经网络的PID控制器的设计
• 3.4 蒸发器温度通道传递函数的建立和Matlab仿真
• 3.4.1 蒸发器温度通道传递函数的建立
• 3.4.2 Matlab仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制系统方案的具体设计
• 4.1 基础过程控制系统
• 4.1.1 基础控制系统设计原则
• 4.1.2 蒸发器液位控制
• 4.1.3 浓缩液流量控制
• 4.1.4 蒸发器温度控制
• 4.1.5 二次蒸汽流量控制
• 4.1.6 浓缩液浓度控制
• 4.2 开车顺序控制系统
• 4.3 安全系统设计
• 4.3.1 声光报警系统
• 4.3.2 安全仪表系统
• 4.4 绿色生产、节能减排降耗方面的考虑
• 4.5 控制系统管道仪表流程图
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制系统的设备选择及连接
• 5.1 系统设备的选择
• 5.1.1 控制系统
• 5.1.2 输入输出点选择
• 5.1.3 硬件配置
• 5.1.4 系统软件配置
• 5.1.5 测量变送装置和执行机构
• 5.1.6 控制柜
• 5.1.7 配电装置
• 5.2 基于西门子PCS7的工程实施
• 5.2.1 硬件组态
• 5.2.2 控制算法组态
• 5.2.3 监控画面组态
• 5.3 实施效果
• 5.3.1 操作说明
• 5.3.2 运行状态曲线分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢