题
业设计说明
目: 蒸馏塔多变量解耦PID控系统设计
毕书
摘要
本文是围绕蒸馏塔的测控问题展开的，蒸馏塔是生产的核心，具有非线性、强耦合、多变量等特点，它的控制直接影响到产品的质量、产量和能耗。本文研究的目的是对蒸馏塔进行控制，使产品质量符合要求。 本文的研究方法是：（1）通过蒸馏塔模型做它的动态性能分析，（2）利用RGA 算法对控制量和被控量进行有效的配对,（3）PID调节器参数的设计（4）对所采用的方案进行MATLAB仿真。
关键词：控制 RGA PID参数设计 MATLAB仿真
Abstract
This is around the distillation tower control issue, distillation tower is the production of core, nonlinear, strong coupling, with multiple variables and other characteristics, it is related to the control of product quality, yield and energy consumption. The purpose of this study is to distill column control, so that product quality to meet the requirements.
The research methods of this paper are: (1) through a distillation column model of its dynamic performance analysis, (2) using the RGA algorithm to the control volume and the volume charged for effective pairing, (3) the PID regulator parameter design (4) on the MATLAB simulation program.
Key words: control of RGA PID parameter design MATLAB simulation
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目 录
第一章 绪论 .......................................................................................... - 4 - 1.1 蒸馏塔的现状 ................................................................................. - 4 - 1.2 蒸馏塔的工作原理 .......................................................................... - 4 - 1.3 精馏塔的控制要求 .......................................................................... - 5 - 1.4 蒸馏塔的测控问题 .......................................................................... - 6 -
第二章 动态性能测试模型..................................................................... - 7 - 响应曲线 ...................................................................................................... - 9 - 波特响应图 ................................................................................................. - 10 - 内奎斯特 .................................................................................................... - 11 - 零极点图 .................................................................................................... - 12 -
第三章 蒸馏塔的控制系统设计 ........................................................... - 13 - 1.1 相对增益矩阵： ............................................................................ - 13 - 1.2 前馈—反馈复合系统： ................................................................. - 15 - 1.3 PID算法研究及参数整定： .......................................................... - 17 - 1.4 PID的调节原理： ......................................................................... - 18 - 1.5 PID调节器的参数设置 ................................................................. - 19 - 1.6 根据过程特性选择调节器控制规律 ............................................... - 20 - 1.7 参数整定方法 ............................................................................... - 21 - 2.1 解耦控制器矩阵设计 ..................................................................... - 21 - 2.2 蒸馏塔的解耦控制矩阵 ................................................................. - 22 - 2.3 蒙特卡罗实验原理 ........................................................................ - 26 -
第四章 硬件设计 ................................................................................. - 30 - 4.1 西门子S7—300可编程控制器的应用 .......................................... - 30 - 4.2 模块的选择 ................................................................................... - 31 - 4.2.1 中央处理器 CPU 314C—2 DP ..................................................... - 31 - 4.2.2 数字量模板 .................................................................................... - 31 - 4.2.2.1 SM 321数字量输入模板 .............................................................. - 32 - 4.2.2.2 SM 322数字量输出模板 .............................................................. - 32 - 4.2.3 模拟量模板 .................................................................................... - 33 - 4.2.3.1 SM 331模拟量输入模板 .............................................................. - 33 - 4.2.3.2 SM 332模拟量输出模板 .............................................................. - 34 - 4.2.4 功能模板（FM 355闭环控制模块） .............................................. - 34 - 4.4 软件流程图 ................................................................................... - 37 -
第五章 小 结 ........................................................................ - 39 - 第六章 致 谢 ........................................................................ - 40 - 第七章 参考文献 ........................................................................ - 41 -
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第一章 绪论
1.1 蒸馏塔的现状
精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。 轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。
精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。
蒸馏是当代应用最广的一项工业分离技术, 目前已具有相当成熟的经验与研究基础, 今后较长时期仍将是工业分离的主要手段。在我国, 随着化学工业特别是石油工业的发展, 蒸馏技术得到十分广泛的应用。蒸馏是高能耗的分离过程, 其应用量大面广, 无论是在提高产量或质量方面, 还是在减少能耗方面的改进都可能取得可观的经济效益。它一直受到国家的重视与支持, 曾被列为重大项目, 并成立了蒸馏国家重点实验室(化学工程联合国家重点实验室的一部分) 以及有关的新技术推广中心。
蒸馏技术的出现虽有较长历史, 蒸馏学科的发展也具相当的基础, 但从总体看仍处于半经验阶段。由于影响因素十分复杂, 理论预测的偏差一般仍然很大, 故安全系数也比较大, 造成了设备和能源的很大浪费, 特别是大型工业蒸馏塔。因此, 蒸馏技术存在很大的改进余地, 蒸馏学科应该而且必将继续发展, 同时蒸馏技术的发展也面临许多难题与挑战.
1.2蒸馏塔的工作原理
在发酵成熟醪中，不单是含有酒精，还含有其它几十种成分的物质，若加上水，这些物质的含量远远超过酒精的含量，成熟醒中酒精含量仅为7—11％(容量)左右，而包括水、醇类、醛类、酸类、脂类的杂质几乎占90％，要得到纯净的酒精，就必须采用一定的方法，把酒精从成熟醪中分离出来。生产中是采用加热蒸馏的办法，把各种不同沸点、比重、挥发性的物质从不同的设备中分离出来，从而得到较高纯度的酒精。
粗馏塔的工作原理为发酵成熟醪通过预热后，进入粗馏塔中的上部，塔底不断均匀地通入加热蒸气，这时由于加热的作用就可将成熟醪中液态酒精转变为酒
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