带搅拌釜式反应器控制管理系统的设计研究

  PCS7 是一种过程控制管理系统，在对大量的自动化功能进行组态时，它能够给大家提供支持，能够迅速而方 便地建立一个项目。新型的 SIMATIC PCS7 V6.1 过程控制管理系统为化工领域提供了集成而且一致的自动 化解决方案。该系统的概念和体系结构使我们也可以在工厂的整个寿命周期内进行经济、高效的管理，其 范围含盖规划、设计、试运行、培训到操作和维护的所有的环节。除了主要生产的全部过程中的过程控制任务之 外，SIMATIC PCS7 还涉及所有上游和下游辅助过程的完整自动化解决方案。作为一种现代化的过程控 制系统，SIMATIC PCS7 将集成化和一致性融为一体，具有典型的过程工程特性。新近推出的 SIMATIC PCS7 V6.1 版，功能更强，速度更快，是对工程控制管理系统不断进行开发和拓展的最新产品，增添了诸如 集成资产管理和 OS web 等功能，易用性和可用性均得到了扩展，使用 SIMATIC PCS7 已经变得更加便 捷、更加直观。编辑和下载时间大为减少，因此可以将小规模的组态改进更快地输入系统之中。利用它， 可以根据具体要求，建立独特的，面向项目的解决方案。

  在开车阶段，按开车阶段的顺序控制图（图 4.1）所示，进行顺序控制；选择反应物 B 的进料流量 （F5）作为给定量，反应物 A、C 的进料流量（F4、F6）以反应物 B 的进料流量为基准，进行双闭环 比例调节，最终保证三股物料以一定比例（A:B:C=1:2.11:0.12）进料。选择反应物料混合液出口流量（F9） 作为操纵变量，以物料 A、B、C 的流量作为扰动量，控制液位高度达到稳定（反应器料位 L4 上升到 85%左右）。对于温度的爬升，我们给定一个斜坡输入（u=0.1t318），通过 PID 调节，使反应釜内温度 跟随输入以 0.1℃/sec 速度上升。

  被控对象为过程工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）系统，属于连续反应过程。反应过程为 反应物 A 与反应物 B 在催化剂 C 的作用下发生反应，生成产物 D。反应初期用热水诱发，当反应开 始后由冷却水通过蛇管与夹套进行冷却。其工艺流程图如下：

  在 SIEMENS 公司的 SIMATIC PCS7 V6.0 体系结构下，对连续搅拌反应釜(CSTR)系统的硬件结构， 开车顺序控制，阀门的选择，控制算法以及整体实现方案进行了设计研究。针对连续搅拌反应釜(CSTR) 系统在化学反应过程中具有很强的非线性和时滞性，在利用常规 PID 控制算法不能达到满意的控制效 果的情况下Biblioteka Baidu我们具体讨论两种先进控制算法:预测控制(DMC)和自校正模糊 PID 控制。 关键词：PCS7；连续搅拌反应釜（CSTR）；双闭环比值控制；预测控制（DMC）；自校正模糊 PID 控 制

  连续搅拌反应釜(Continuouslv Stirred Tank Reactor-CSTR)是一个典型的非线性模型，化学反应过程 表现出很强的非线性和时滞性，在实际的工业生产中，连续搅拌反应釜中必然会受到外部或内部因素的 影响，使得系统中存在参数摄动，外部干扰等不确定因素。为了保证反应正常，有效的进行，需要对反 应器中的某些关键工艺参数：如物料比例、流量、液位、温度、压力、浓度等进行控制使系统稳定，我 们在 SIEMENS 公司的 SIMATIC PCS7 V6.0 体系结构下，对控制管理系统的方案进行了设计。