反应釜目标温度优化与控制算法的研究
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摘要
乙酸乙酯化工生产由反应釜、中和釜、精馏塔和筛板塔四个工段组成，反应釜工段主要完成酯化反应获得初级产品，在酯化反应过程中，起主要作用的因素是反应釜内部的温度，它的稳定与否直接影响反应产品的产量与质量，为此，本文以反应釜为对象，对其目标温度进行优化，研制智能控制策略及应用，对稳定生产，提高产品质量具有现实意义。
本课题在综述国内外研究现状的基础上，以乙酸乙酯化工生产中的反应釜装置为被控对象，详细分析了反应釜装置的输入输出特性，提出了以西门子S7-300PLC及PC机为硬件平台，用PLC编程软件（STEP7）编制程序以及通过监控软件（KINGVIEW6.52）设计监控界面的方案。总结了经验规则，基于仿人智能控制理论对目标温度进行了优化，以此目标为期望值研究了自动实现反应釜温度有效控制的算法；引入插值计算，设计了一种基于插值模糊控制的目标温度优化策略，并用Matlab验证了算法的可行性。在西门子S7-300PLC上，实现了硬件接线与软件模块的设计，在PC机上设计了基于组态软件的监控画面，实现了对酯化反应过程温度的监测和优化控制。
本方案在实验室乙酸乙酯化工生产线上进行了模拟运行，实际运行结果表明，基于插值模糊控制的反应釜目标温度优化策略在无法得到系统精确数学模型的情况下，对具有大时滞、非线性等特性的反应釜温度控制系统仍能取得良好的控制效果。同时，由于引入插值运算，即使在模糊规则较少的情况下，通过离线计算，在线查表方式，也可获得较短的响应时间，改善了控制性能，该控制方案有较高的实用价值，可在类似的热处理系统推广应用。
The whole control process of ethyl acetate chemical production is divided into foursections. There are reaction kettle section, neutralization tank section, distillation section andsieve plate tower section. The task of the first section is obtaining primary product, and the usedequipment is intermittent reactor with stirrer. During reaction process, temperature is the maininfluence factor, whether it is stable directly affects production quality and productivity.Therefore, an intelligent control strategy is proposed which selects reactor as an object andoptimizes its aimed temperature in this thesis. The strategy has practical significance to stabilizeproduction and improve product quality.
Based on summary of research status at home and abroad, reactor equipment is used ascontrolled object whose input and output characteristics are analyzed in this subject, then a anew control strategy proposed. The strategy uses Siemens S7-300PLC as control platform andthe picture as monitoring interface designed by configuration software(KINGVIEW6.52). Thecontrol program is written in PLC programming software. Summing up the rule of thumb, theaimed temperature has been optimized based on humanoid intelligent control theory. Setting theoptimized aimed temperature as expected value and researching algorithm to achieve effectivecontrol for reactor temperature automatically, and adding the interpolation calculation, a designof reactor aimed temperature optimization based on interpolation fuzzy control is proposed.Matlab simulation software is used to verify the feasibility of strategy. On Siemens S7-300PLCcontrol platform, the subject completes the hardware connection and design of softwaremodules. On the PC, the design of monitoring screen based on\configuration software iscompleted. Under all the work, the monitoring and control to temperature of reaction process isrealized.
This strategy is simulation run on ethyl acetate chemical production line in the laboratory.The actual operation shows that the design of reactor aimed temperature optimization based oninterpolation fuzzy control still can solve control disorders brought by the large inertia,hysteresis and non-linear characteristics without accurate mathematical model of reactor. Though the fuzzy rules are rarely, it can reduce response time and obtain good control resultsby using off-line calculation and on-line look-up table method. This control scheme has ahigher use value and can be extended to other similar heat treatment system.
本课题在综述国内外研究现状的基础上，以乙酸乙酯化工生产中的反应釜装置为被控对象，详细分析了反应釜装置的输入输出特性，提出了以西门子S7-300PLC及PC机为硬件平台，用PLC编程软件（STEP7）编制程序以及通过监控软件（KINGVIEW6.52）设计监控界面的方案。总结了经验规则，基于仿人智能控制理论对目标温度进行了优化，以此目标为期望值研究了自动实现反应釜温度有效控制的算法；引入插值计算，设计了一种基于插值模糊控制的目标温度优化策略，并用Matlab验证了算法的可行性。在西门子S7-300PLC上，实现了硬件接线与软件模块的设计，在PC机上设计了基于组态软件的监控画面，实现了对酯化反应过程温度的监测和优化控制。
本方案在实验室乙酸乙酯化工生产线上进行了模拟运行，实际运行结果表明，基于插值模糊控制的反应釜目标温度优化策略在无法得到系统精确数学模型的情况下，对具有大时滞、非线性等特性的反应釜温度控制系统仍能取得良好的控制效果。同时，由于引入插值运算，即使在模糊规则较少的情况下，通过离线计算，在线查表方式，也可获得较短的响应时间，改善了控制性能，该控制方案有较高的实用价值，可在类似的热处理系统推广应用。
The whole control process of ethyl acetate chemical production is divided into foursections. There are reaction kettle section, neutralization tank section, distillation section andsieve plate tower section. The task of the first section is obtaining primary product, and the usedequipment is intermittent reactor with stirrer. During reaction process, temperature is the maininfluence factor, whether it is stable directly affects production quality and productivity.Therefore, an intelligent control strategy is proposed which selects reactor as an object andoptimizes its aimed temperature in this thesis. The strategy has practical significance to stabilizeproduction and improve product quality.
Based on summary of research status at home and abroad, reactor equipment is used ascontrolled object whose input and output characteristics are analyzed in this subject, then a anew control strategy proposed. The strategy uses Siemens S7-300PLC as control platform andthe picture as monitoring interface designed by configuration software(KINGVIEW6.52). Thecontrol program is written in PLC programming software. Summing up the rule of thumb, theaimed temperature has been optimized based on humanoid intelligent control theory. Setting theoptimized aimed temperature as expected value and researching algorithm to achieve effectivecontrol for reactor temperature automatically, and adding the interpolation calculation, a designof reactor aimed temperature optimization based on interpolation fuzzy control is proposed.Matlab simulation software is used to verify the feasibility of strategy. On Siemens S7-300PLCcontrol platform, the subject completes the hardware connection and design of softwaremodules. On the PC, the design of monitoring screen based on\configuration software iscompleted. Under all the work, the monitoring and control to temperature of reaction process isrealized.
This strategy is simulation run on ethyl acetate chemical production line in the laboratory.The actual operation shows that the design of reactor aimed temperature optimization based oninterpolation fuzzy control still can solve control disorders brought by the large inertia,hysteresis and non-linear characteristics without accurate mathematical model of reactor. Though the fuzzy rules are rarely, it can reduce response time and obtain good control resultsby using off-line calculation and on-line look-up table method. This control scheme has ahigher use value and can be extended to other similar heat treatment system.
引文
[1]席爱民.模糊控制技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
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