基于I/A series DCS的低温多效海水淡化系统自适应控制研究

论文摘要

世界淡水资源的匮乏,日益严重。新世纪淡水竞争将会形同上世纪的石油竞争一样激烈。我国是一个严重淡水资源匮乏的国家,人均所占用淡水不足世界平均水平的四分之一。向海洋要淡水已经逐渐成为了方兴未艾的新型产业,这是一个世界性的课题,越来越多的国家逐渐认识到新世纪将是一个以淡水资源竞争为主体的时代。自上世纪中叶以来,海水淡化技术有了长足的发展,已经创造出来的二十多种海水淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法以及本文所涉及的低温多效海水淡化法（MED-Multiple Effect Distillation）都已经达到了工业规模化生产水平,并在世界各地广泛应用,解决了近一亿人的供用水问题。在这里,国内外低温多效海水淡化设备多因自适应控制能力差,各子系统的协调控制能力不好而给工程带来障碍,最明显的就是TVC（Thermal Vapor Compression）倒灌问题等。本文针对这些工程难题,提出最优控制研究,实现系统的实时监控能力。本课题以3×315MW燃煤火力发电站工程的一个3000t/d低温多效海水淡化装置为例,以保证系统自适应控制能力使海水能够在一定的压强和其所对应的温度,使海水达到沸腾和冷凝的预期目的作为设计目标。要想确保系统的正常运行,实现低温多效海水淡化集散控制（Distributed Control System,简称DCS）,设计最优化DCS控制系统已成为一个有待解决的重要课题。DCS具有集中显示、分散控制等优点,并且随着PC技术的迅速发展,现在的DCS已经成为一个可供数据融合的系统平台。DCS系统具有兼容性、开放性、扩展性、信息化以及人性化的功能,给系统提供高品质得过程控制,为系统管理信息自动化提供一个坚实可靠的基础。MED+TVC低温多效海水淡化系统采用Foxboro公司I/A series DCS（Intelligent Automation Series DCS）系统控制,良好的系统扩展开发性、兼容性以及集成性,在系统中得到很好的应用,课题的研究将有待延续。本项目工程利用DCS系统这些特点,设计研究MED+TVC低温多效海水淡化系统的实时自适应最优控制,系统运行稳定,在运行过程中没有发生因DCS系统或控制设备自身原因而带来的故障,各种控制参数和工程指标均符合要求,从而也体现了DCS系统的强大监控功能和系统的最优控制能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内MED/TVC 海水淡化自动化系统发展现状
• 1.3 主要任务
• 1.4 设计方案
• 1.5 本章小结
• 第2章 低温MED/TCV 海水淡化系统组成
• 2.1 MED/TVC 海水淡化系统控制指标
• 2.2 MED/TVC 海水淡化海水淡化装置原理
• 2.2.1 蒸汽喷射器TVC
• 2.2.2 启动抽真空系统和三级抽真空系统
• 2.3 MED/TVC 系统的海水淡化实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 MED/TVC 海水淡化控制的特点和策略
• 3.1 MED/TVC 海水淡化控制特点
• 3.2 PID 调节
• 3.2.1 PID 调节的组成
• 3.2.2 PID 参数的整定方法
• 3.3 MED/TVC 海水淡化系统的控制策略
• 3.3.1 自适应控制
• 3.3.2 自适应控制中自校正调节器数学模型
• 3.4 自校正调节器算法实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 MED/TVC 低温多效海水淡化控制设计
• 4.1 控制系统配置
• 4.2 控制系统的功能
• 4.3 编程与组态
• 4.4 子系统
• 4.5 画面组态
• 4.6 抽真空系统操作控制设计
• 4.6.1 快速抽真空
• 4.6.2 启动抽真空气动开关阀
• 4.7 蒸汽系统控制设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 I/A series DCS 硬件设计
• 5.1 I/A series DCS 系统
• 5.2 应用操作站处理机AW
• 5.2.1 应用处理机的功能
• 5.2.2 应用处理机AW 指标
• 5.3 控制处理机CP
• 5.4 现场总线组件FBM 设计
• 5.5 Modbus 通讯接口组件设计
• 5.6 PROFIBUS-DP 通讯接口设计
• 5.7 本章小结
• 第6章 I/A series DCS 软件设计实现
• 6.1 系统的软件设置
• 6.1.1 应用开发环境
• 6.1.2 先进控制软件APC
• 6.2 组态软件程序设计
• 6.2.1 功能模块
• 6.2.2 程序设计
• 6.3 程序和结果实现
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果