新型湿法α石膏生产智能控制系统研究

摘要

根据我国国情，适应中国经济转型要求，环境保护问题越来越受到各界重视，工业生产的废物再利用也逐渐被广大生产行业采纳。在高速发展的经济下，石膏的需求量越来越大，科学技术发展越来越快，科技程度越来越高，智能控制系统在工业生产中起的作用也越来越大。本课题中新型湿法α石膏生产就是利用其它产品生产的废料磷石膏作为原料，生产线采用常规控制跟智能控制相结合的控制系统。此套控制系统的成功运用，能够在较大程度上改善之前能源综合利用率低、生产成本高的不足，同时，先进控制方法的使用，必然能够在实际生产中大幅提高生产效率，具有深远的实际意义。本课题的研究重点是生产过程中各环节的温度和转晶罐压力的控制方案。此条生产线是国内首条自主研发的湿法生产α石膏的生产线，工艺等各项性能指标以及控制系统还没有完善，还需要专家学者等对该系统进行进一步的研究，从而使生产线更加完善。
　　由于常规PID控制简单方便的优势已使其成为是最常用的控制方法，除此之外，其适应性强的特点比较适应条件恶劣的工业生产现场。当生产过程对控制对象的精度和系统响应速度要求不高时，可以采用常规PID控制。系统控制对象具有多变量、时滞、非线性、控制精度要求高等特点时，常规PID控制满足不了系统的控制要求。模糊控制具有很强的鲁棒性，适合非线性、时滞、无法建立精确数学模型的控制系统，模糊控制的控制规则以语言形式呈现出来，依托于现场操作人员的工作经验和专家的知识，设计简单，易于应用。工业生产中难免会存在滞后过程，存在滞后会使系统难以控制，为了解决这个问题可以在控制回路中加入Smith预估环节，补偿时滞。本文将上述方法进行整合，根据不同环节的控制要求选取不同的智能控制器。
　　本课题研究来源于新型湿法α石膏实际生产情况。本文以湿法α石膏生产的生产工艺、智能控制算法研究、系统仿真研究和工程应用为主线，对生产各个环节进行分析研究。充分了解生产工艺、现场设备特性与机理、控制要求之后，分析生产过程中各控制点的影响因素及其控制要求和控制难点，结合实际生产要求提出了控制方案:对预混罐温度、离心机温度、造粒机温度、一号转晶罐压力、二号转晶罐压力采用常规PID控制;由于一号转晶罐在整个生产中起着至关重要的作用，影响罐内温度的因素复杂，因此对一号转晶罐的温度采用融合Smith预估的模糊PID控制，二号转晶罐温度采用模糊控制。应用到实际生产前，选取合适的控制对象用MATLAB进行仿真。
　　本文采用ABB公司的AC800F DCS控制系统，完成整个生产流程的DCS基础控制系统的搭建。使用OPC完成智能控制器与DCS系统的连接，系统程序使用模块化设计，提高控制的可扩展性。现场实际生产运行效果良好，符合生产的自动控制要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景意义

1．2 α石膏生产研究现状

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 智能控制器的研究现状

1．2．3 石膏生产控制系统的研究现状

1．3 本课题的研究内容

1．4 本章小结

第二章 α石膏生产工艺研究

2．1 新型湿法α石膏生产工艺流程

2．2 一号转晶罐工艺简介

2．2．1 一号转晶罐生产工艺

2．2．2 一号转晶罐化学反应

2．3 新型湿法α石膏生产的控制要求

2．3．1 生产过程中温度压力的控制要求

2．3．2 生产过程中特殊工段的控制要求

2．4 本章小结

第三章 新型湿法α石膏生产控制算法研究

3．1 PID控制算法

3．1．1 常规PID控制原理

3．1．2 PID控制器结合智能控制器的设计方法

3．2 模糊PID控制算法

3．2．1 模糊控制基本原理

3．2．2 模糊PID控制基本原理

3．3 Smith预估控制

3．4 基于Smith预估的模糊PID智能控制器的原理

3．5 本章小结

第四章 控制系统仿真研究

4．1 仿真环境的介绍

4．2 系统温度控制仿真

4．2．1 预混罐温度控制仿真

4．2．2 一号转晶罐温度控制仿真

4．2．3 二号转晶罐温度控制仿真

4．2．4 离心机温度控制仿真

4．2．5 造粒机温度控制仿真

4．3 系统压力控制仿真

4．3．1 一号转晶罐压力控制仿真

4．3．2 二号转晶罐压力控制仿真

4．4 本章小结

第五章 α石膏生产智能控制系统的工程实现

5．1 α石膏生产智能控制系统

5．1．1 智能控制系统结构

5．1．2 OPC配置简介

5．2 α石膏生产线的DCS系统

5．2．1 DCS系统简介

5．2．2 α石膏生产线DCS控制器结构

5．2．3 α石膏生产线DCS系统配置

5．2．4 α石膏生产线DCS系统程序设计

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

附录