作為化工生產(chǎn)的重要設(shè)備,連續(xù)攪拌反應(yīng)釜在化工、制藥、發(fā)酵等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因其反應(yīng)過程常常涉及高溫高壓和有毒有害物質(zhì),所以新的控制技術(shù)和控制方案在未驗(yàn)證前不能直接應(yīng)用到系統(tǒng)中,否則很可能因技術(shù)不成熟或操作失誤造成設(shè)備損壞,甚至人員傷亡。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全性,降低實(shí)驗(yàn)成本,同時(shí)克服全數(shù)字仿真的抽象性,提高操作者操作的真實(shí)感,本課題以半實(shí)物仿真技術(shù)為基礎(chǔ),自主設(shè)計(jì)了一套連續(xù)攪拌反應(yīng)釜硬件在回路實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。在深入分析半實(shí)物仿真平臺(tái)需求的基礎(chǔ)上,首先提出了平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案,即危險(xiǎn)的過程反應(yīng)用數(shù)字仿真服務(wù)器實(shí)現(xiàn),實(shí)際的操作裝置(如開關(guān)、PLC、調(diào)節(jié)閥、觸摸屏等)以物理本體的形式加入平臺(tái)當(dāng)中。本論文中,我們簡要介紹了連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的組成結(jié)構(gòu)以及工藝流程,系統(tǒng)分析了反應(yīng)釜的工作原理,同時(shí)以實(shí)際化工反應(yīng)為例,根據(jù)建立的反應(yīng)釜非線性微分方程,利用MATLAB/Simulink搭建了全數(shù)字仿真系統(tǒng)(服務(wù)器),通過多功能快速開發(fā)環(huán)境Quarc和Q4數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了數(shù)字仿真系統(tǒng)與外圍硬件的實(shí)時(shí)通訊。其次,介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成和軟件的搭建過程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)各個(gè)變量的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)歸檔等功能。然后,針對(duì)全數(shù)字仿真系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及外圍硬件間電氣信號(hào)不匹配問題,設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理模塊,確保三者間的無障礙通訊。最后,我們成功將一種典型的先進(jìn)控制算法——模糊控制算法在設(shè)計(jì)的硬件在回路實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證,針對(duì)指針查表法存在的不足,根據(jù)模糊規(guī)則和模糊推理,利用梯形圖在Step7中實(shí)現(xiàn)了模糊控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:自主開發(fā)的半實(shí)物仿真平臺(tái),運(yùn)行效果良好,能夠很好的模擬反應(yīng)釜的工藝流程,同時(shí)在仿真回路中增加的實(shí)際物理本體,能夠真實(shí)還原實(shí)際操作環(huán)境,給人一種身臨其境的真實(shí)感,而且該平臺(tái)能夠有效驗(yàn)證控制器的實(shí)時(shí)性。除此之外,由于在仿真系統(tǒng)中控制器及控制算法實(shí)現(xiàn)過程和在真實(shí)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)過程一致,相關(guān)的控制技術(shù)可以非常容易地從仿真系統(tǒng)移植到實(shí)際工程中,從而大大提高控制系統(tǒng)開發(fā)的效率,因此可作為控制技術(shù)和控制方案的開發(fā)平臺(tái)。
【學(xué)位單位】：吉林化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.72
【部分圖文】：

[1]。連續(xù)攪拌反應(yīng)釜實(shí)物圖如圖1.1 所示。對(duì)于連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)，它的控制目的是保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，選擇適當(dāng)?shù)目刂谱兞�，�?duì)釜內(nèi)的溫度或濃度進(jìn)行有效控制，以達(dá)到提高產(chǎn)品產(chǎn)量和改善產(chǎn)品質(zhì)量的目的。但在實(shí)際操作中，物料濃度的檢測較為不便，壓力的控制較為繁瑣，所以通常選擇較為容易控制的釜內(nèi)溫度作為被控變量。反應(yīng)釜內(nèi)溫度變化涉及升溫，降溫和恒溫幾個(gè)階段，最為重要的就是恒溫階段，因此如何確保反應(yīng)釜內(nèi)溫度快速達(dá)到恒溫，使產(chǎn)品輸出最大化是控制的關(guān)鍵所在。同時(shí)很多非線性和大滯后性問題的研究方法都是以連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)為原型，通過分析和總結(jié)，得到控制方案。所以對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究也具有很高的理論價(jià)值[2-3]。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，新的控制技術(shù)和控制方案不能直接應(yīng)用到生產(chǎn)裝置中，否則很可能因?yàn)榧夹g(shù)不成熟或操作失誤造成人員傷亡

2.1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架半實(shí)物仿真系統(tǒng)主要由仿真計(jì)算機(jī)、物理效應(yīng)設(shè)備、接口設(shè)備三部分組成。半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示[18]。圖2.1 半實(shí)物仿真系統(tǒng)原理圖（1）仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)是指數(shù)字仿真服務(wù)器，其主要目的是采用不同方式，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行建模分析，模擬過程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，在仿真的過程中，實(shí)時(shí)性是整個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵所在[19]。本課題采用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜進(jìn)行建模，并利用加拿大Quanser公司研發(fā)的實(shí)時(shí)仿真環(huán)境QuaRC，將仿真模型轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)代碼，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性。（2）物理效應(yīng)設(shè)備物理效應(yīng)設(shè)備是指在實(shí)際操作中，需要用到的物理本體，對(duì)于本課題，物理效應(yīng)設(shè)備包括 S7-300 PLC、開關(guān)按鈕、調(diào)節(jié)閥以及觸摸屏等。通過將各物理本體接入到回路中的方式，高度還原實(shí)際環(huán)境，增加系統(tǒng)操作性[20]。（3）接口設(shè)備接口設(shè)備是指將仿真計(jì)算機(jī)的模擬量輸出轉(zhuǎn)換成外圍硬件可接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)物理本體正常運(yùn)行的裝置[21-22]。同時(shí)接口設(shè)備可接受外部信號(hào)

以將本課題的總體方案可分為三個(gè)部分，分別為連續(xù)攪拌反應(yīng)釜全數(shù)字實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)的搭建、信號(hào)調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)以及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)�？傮w方案框圖如圖 2.2 所示。圖2.2 總體方案框圖在仿真系統(tǒng)建模方面，利用 Matlab/Simulink 軟件，根據(jù)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜非線性微分方程，搭建其仿真模型，作為半實(shí)物仿真平臺(tái)的仿真服務(wù)器。同時(shí)利用多功能快速控制開發(fā)環(huán)境 QuaRC，將仿真模型轉(zhuǎn)換生成實(shí)時(shí)代碼，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，即仿真時(shí)間尺度和真實(shí)的時(shí)間尺度相同。在信號(hào)調(diào)理方面，設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路。由于有些外圍設(shè)備的可接受信號(hào)與系統(tǒng)的輸出信號(hào)不匹配，如選用的 Q4 數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入輸出信號(hào)是 1V 至 5V 間變化的電壓信號(hào)，但調(diào)節(jié)閥等設(shè)備輸入類型很多是標(biāo)準(zhǔn)的 4-20mA 電流信號(hào)
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳中明;劉志勇;宋建蘭;;廢棄反應(yīng)釜改進(jìn)為水噴射真空泵的綜合利用技術(shù)[J];山東工業(yè)技術(shù);2017年02期

2 馮桂江;;機(jī)械攪拌反應(yīng)釜概述[J];橡塑技術(shù)與裝備;2015年22期

3 唐建兵;;對(duì)機(jī)械密封在化工反應(yīng)釜上的應(yīng)用的探討[J];化工管理;2014年11期

4 ;反應(yīng)釜清洗新工藝——高壓水射流清洗方案[J];中國設(shè)備工程;2013年02期

5 陳貴寶;劉增收;;新型電磁加熱反應(yīng)釜[J];山東工業(yè)技術(shù);2013年Z1期

6 李雪梅;;大容量反應(yīng)釜的技術(shù)特點(diǎn)與改進(jìn)[J];林業(yè)科技情報(bào);2009年01期

7 ;反應(yīng)釜[J];化工科技市場;2004年09期

8 ;一種黃金提純反應(yīng)釜[J];黃金科學(xué)技術(shù);2002年04期

9 楊秉仁;間歇反應(yīng)釜復(fù)雜操作下的設(shè)計(jì)探討[J];化學(xué)工程師;1994年01期

10 陳常巧;周麗莉;;液相連續(xù)反應(yīng)釜反應(yīng)效果預(yù)測[J];醫(yī)藥工業(yè);1987年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 張斌;聚丙烯臥式攪拌床反應(yīng)釜工程放大研究[D];華東理工大學(xué);2011年

2 孫美潔;基于界面特性調(diào)控的褐煤水熱脫水提質(zhì)制漿的試驗(yàn)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2016年

3 狄升斌;基于浸入邊界法的復(fù)雜流動(dòng)多尺度模擬[D];中國科學(xué)院研究生院(過程工程研究所);2015年

4 夏世德;利用電子廢棄物中多組分共混高分子材料制備改性瀝青的技術(shù)工藝與設(shè)備研究[D];昆明理工大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王子碩;連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的硬件在回路實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)開發(fā)[D];吉林化工學(xué)院;2019年

2 官星辰;連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的建模與控制研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2017年

3 胡怡然;反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物降壓聯(lián)合井壁加熱分解過程數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

4 王坤芳;反應(yīng)釜內(nèi)天然氣水合物降壓分解過程數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

5 王志宏;10升結(jié)晶反應(yīng)釜智能溫度控制裝置設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2018年

6 任旭輝;4L夾套式反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2018年

7 肖天輝;精細(xì)化工間歇式生產(chǎn)過程自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2018年

8 周曉革;水熱合成反應(yīng)釜爆炸失效原因分析及對(duì)策措施研究[D];華南理工大學(xué);2018年

9 梁警衛(wèi);間歇反應(yīng)釜三階段溫度控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D];天津工業(yè)大學(xué);2018年

10 劉歡;間歇反應(yīng)釜降溫過程溫度控制研究[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2882421