DDS置换蒸煮控制系统的研究与实现

摘要

我国制浆造纸行业的发展正面临资源和环境的双重制约，实现行业的可持续发展，淘汰能耗高、污染大、效率低的传统间歇蒸煮技术势在必行。DDS置换蒸煮作为能源节约型、环境友好型的先进制浆技术，已成为我国制浆造纸企业新建、技改项目的首选方案。为此，围绕DDS置换蒸煮对制浆过程控制系统展开应用技术研究，对提升我国制浆装备技术及制浆造纸行业自动化水平具有重要意义。 本课题以陕西西微测控工程有限公司承接的某企业化学浆置换蒸煮技改项目为背景，剖析DDS置换蒸煮工艺流程，分析系统逻辑关系及药液温度控制系统特点，在此基础上对化学浆置换蒸煮控制系统展开技术研究。本文的主要研究内容具体包括： （1）蒸煮系统主要联锁逻辑设计与蒸煮过程工序建模 根据置换蒸煮工艺控制要求，对蒸煮各工段的主要工艺联锁进行探讨与分析，并设计联锁控制逻辑；依据置换蒸煮工艺及工序耗时特点，推导出蒸煮过程时序约束方程，为合理规划装锅间隔周期及后续工艺优化做出铺垫。 （2）药液温度影响因素分析及控制方案确定 依据药液升温过程的内部机理，对药液温度影响因素作了详细分析，得出蒸煮锅药液升温过程具有大延迟，外部扰动因素多且通道间流量关联性强等特点。最后结合置换蒸煮工艺，建立以蒸煮锅药液温度为主控目标、药液流量调控为副回路控制的串级控制方案。 （3）药液温度模糊分数阶PID串级解耦控制的研究 为解决药液通道流量间的耦合问题，提出串级前馈解耦方案，并验证了该方案的可行性。针对药液温度控制系统具有大延迟、多干扰等问题，将分数阶PID控制器作为串级控制结构中的主控制器，与模糊控制规则相结合，提出模糊分数阶PID串级解耦控制策略，仿真结果表明：此方法能够实现分数阶PID控制器参数在线调整和优化，可有效提高药液温度控制系统的动态特性和鲁棒性。从理论上证明了该控制策略的可行性，能够满足药液温升控制要求。 （4）置换蒸煮控制系统的实现 根据置换蒸煮工艺过程控制要求，以PCS7V8.0作为软件开发平台、S7-400H PLC作为控制硬件核心，完成了Step7下位机硬件组态，联锁逻辑、WinCC上位机画面设计。利用OPC技术结合MATLAB设计了高级算法在工程应用中的实现方案。 根据现场实际运行情况，该系统平稳可靠，各蒸煮工序有序执行，能够满足工艺生产要求。因此，本设计的控制方案及解决策略可为后续置换蒸煮系统的优化提供参考，对生产实践有一定的指导意义。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容与章节安排

2 DDS置换蒸煮工艺过程控制

2.1 DDS置换蒸煮工艺的特点

2.2 置换蒸煮过程控制

2.3 本章小节

3 DDS置换蒸煮系统分析与联锁逻辑方案设计

3.1 各子系统主要联锁逻辑分析与设计

3.2 生产优化分析与蒸煮工序建模

3.3 本章小节

4 药液温度模糊分数阶PID串级解耦控制的研究

4.1 药液温度影响因素分析及控制方案确定

4.2 模糊分数阶PID串级解耦控制系统设计

4.3 控制策略仿真分析

4.4 本章小节

5 DDS置换蒸煮控制系统的实现

5.1 SIMATIC PCS7系统概述

5.2 控制系统设计

5.3 控制系统运行效果

5.4 现场调试问题总结

5.4 本章小节

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果

攻读硕士学位期间参与的项目

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