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硫酸串酸模糊控制系统的设计与开发

作　者: 闫冬
导　师: 秦斌
学　校: 湖南工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 硫酸 串酸 模糊控制 粒子群算法 PLC控制系统
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要


随着有色冶金工业的发展,我国冶炼烟气制酸工业有了长足的进步,冶炼烟气制酸产量也在硫酸总产量比重越来越大。硫酸串酸工段是烟气制酸工艺中极为重要的一个环节,位于干燥和吸收工序之间,不仅吸收了绝大部分二氧化硫,解决了环境污染问题,同时生产成品酸,又能为工厂创造巨大的经济效益,其操作的好坏直接影响到整个制酸系统的运行情况。然而,硫酸串酸工段是一个具有大惯性和大滞后性特点的时变非线性控制对象,扰动因素较多,通过数学建模和常规自动控制方法难以取得理想的控制效果。论文的研究目的就是采用先进的智能控制策略调节控制串酸工段的重要变量,并采用西门子冗余PLC和WinCC组态软件设计一套硫酸串酸自动控制系统,以实现节能减排高效生产。论文分析了烟气制酸系统的工艺流程、串酸工段的构成及功能,设计了串酸自动控制系统,实现了对浓度、液位及阀门开度等过程变量的实时检测和调节以及对工艺流程的实时监控等。论文通过对工艺的分析和讨论,设计了系统的控制方案。由于模糊控制不需要得出精确的工艺数学模型,而且鲁棒性强,干扰和参数的变化对控制效果的影响被大大减弱,在串酸系统最为重要的浓度控制中采用了模糊控制的方法来调节98%串酸阀和93%串酸阀,并通过粒子群算法来优化隶属度函数,同时经过实验室Simulink仿真显示该模糊控制策略是有效的。由于串酸同时会引起两个循环槽液位的变化,论文采取了液位临界处理的方法。依据系统的控制方案,设计了控制系统的硬件及软件。系统选用S7-400H PLC完成系统的配置和软件编程,通信网络采用工业以太网和现场总线技术,并设计了自动控制程序及模糊控制程序,采用WinCC设计了上位机监控画面及报警等,满足了系统的控制要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 选题目的及研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文的主要研究内容  12-14
第二章 系统的工艺流程及控制要求  14-22
  2.1 制酸系统的基本工艺  14
  2.2 现有串酸工艺分析  14-16
  2.3 某冶炼厂工艺布置及流程  16-17
  2.4 串酸系统特性分析  17-18
  2.5 串酸对象模型的获取  18-20
  2.6 硫酸串酸系统的动态模型仿真研究  20-21
  2.7 串酸系统的控制要求  21
  2.8 小结  21-22
第三章 系统的硬件结构  22-30
  3.1 硬件选型  22-24
  3.2 系统的结构体系  24-26
  3.3 系统编程软件  26-29
    3.3.1 PLC 软件  26-27
    3.3.2 监控系统软件  27-28
    3.3.3 通讯协议  28-29
  3.4 小结  29-30
第四章 硫酸串酸控制方案研究  30-50
  4.1 硫酸串酸浓度控制  30-32
  4.2 基于模糊控制的浓度控制  32-45
    4.2.1 模糊控制器的组成  33-34
    4.2.2 硫酸串酸模糊控制器的设计  34-42
    4.2.3 控制系统的MATLAB 仿真  42-45
  4.3 模糊控制器优化  45-48
    4.3.1 粒子群优化算法简介  45-46
    4.3.2 粒子群优化  46-47
    4.3.3 仿真  47-48
  4.4 硫酸串酸液位控制  48-49
  4.5 小结  49-50
第五章 硫酸串酸控制系统软硬件实现  50-64
  5.1 PLC 编程思想  50
  5.2 浓度控制的实现  50-56
    5.2.1 SIMATIC S7-400H PLC 硬件及通讯网络组态  50-53
    5.2.2 PLC 软件设计  53-56
  5.3 液位控制的实现  56
  5.4 PLC 程序下载  56-58
  5.5 WinCC 组态程序及监控界面  58-62
    5.5.1 硫酸串酸系统上位机功能需求分析  58
    5.5.2 WinCC 变量设计  58-59
    5.5.3 典型界面组态  59-62
  5.6 小结  62-64
第六章 总结与展望  64-65
  6.1 研究工作总结  64
  6.2 未来工作展望  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间科研工作和发表的论文  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 模糊控制、模糊控制系统
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