糖厂多效蒸发过程的建模与控制

摘要

蒸发工段是整个制糖工艺中很重要的中间环节，可以为煮糖工段提供一定锤度的糖汁，节省了煮糖时间，防止焦糖。同时，还为其他工段提供低温蒸汽，提高热能利用率。然而，我国大部分糖厂蒸发工段自动化程度不高，对出口糖汁锤度的检测是每2小时进行一次的离线检测，而且现场仅靠工人经验操作控制。这导致了检测和控制严重滞后，使得系统的输出难以达到要求，影响后续生产和产品质量。所以，对蒸发过程进行建模和控制，对产品质量和糖厂自动化水平的提高都有着重要的意义。
　　 论文以南宁糖业伶俐糖厂的五效蒸发过程为研究对象，依据热量和质量守恒原理，针对蔗糖物质特性，考虑了由浓度效应和管路阻力造成的温度损失，建立了蒸发过程的动态机理模型。然后，在MATLAB平台上搭建了Simulink模块，分别用所采集的162组数据对模型检验，仿真结果显示模型的稳态误差在±2.5％内，说明模型能较好地模拟实际，可作为蒸发过程的软测量模型，为工厂实时监测提供理论依据。
　　 在所推导的模型基础上，设计了基于粒子群优化算法的PID控制器。在MATLAB平台上编程仿真，结果显示在响应过程中最大误差为0.15％，稳态误差为0，与基于Z-N法的PID控制器相比，使系统稳定性更强。在有干扰情况下，最大误差为0.15％，干扰带来的误差为0.05％。说明基于粒子群优化算法的PID控制器设备简单而且有效，使得系统具有较好的稳定性和较强的鲁棒性和抗干扰性。