甘油生产过程控制系统课程设计

《甘油过程控制系统》

课程设计

目录

一、课题的背景及意义............................................................1

1.1课题的背景.................................................................1

1.2课题研究的意义.............................................................2

二、胡方案的论证..............................................................2

2.1工艺过程与控制要求........................................................2

2.2监控系统的结构与功能.......................................................4

三、监控过程原理及技术特征......................................................6

3.1监控过程及原理..............................................................6

3.2控制算法...................................................................8

3.3总体性能指标................................................................9

四、系统方案的实施.............................................................10

4.1现场采集系统的研制.........................................................10

4.1.1系统变量的分析与选择..............................................10

4.1.2传感器的选择与转换电路设计..........................................11

4.2现场控制系统的研制........................................................16

4.2.1现场控制系统配置要求..............................................16

4.2.2现场控制系统硬件设计...............................................17

4.2.3PLC工作流程..........................................................20

4.3控制系统算法研制.......................................................21

4.3.1自适应含糊PID控制系统的结构........................................22

4.3.2自适应含糊PID控制器的设计..........................................23

4.3.3控制系统算法的实现.................................................25

4.4上位机监控系统的开辟...................................错误！未定义书签。

4.4.1上位机监控系统的组成..............................错误！未定义书签。

4.4.2上位机监控系统的设计流程..........................错误！未定义书签。

4.4.3实时数据库的构造与数据处理的设计...................错误！未定义书签。

4.4.4主控窗口与用户窗口组态的设计.......................错误！未定义书签。

4.4.5设备窗口与运行策略的设计.............................错误！未定义书签。

4.4.6报警处理与数据报表设计................................错误！未定义书签。

4.4.7实时趋势曲线和历史趋势曲线设计.......................错误！未定义书签。

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一、课题的背景及意义

1.1课题的背景

随着计算机技术与过程控制技术的发展，人们对过程控制的目标

已经提高到完善生产管理、提高产品质量、节约能源降及低生产成本

的水平上来；这样就对当前过程控制的发展提出了不少新的要求，如

何利用计算机管理与控制技术对生产过程进行更好的管理与控制，已

越来越为企业所关注，实现整个生产流水线监控，实现企业的管控一

体化已成为企业发展的必由之路C

甘油是一种重要的化工原料，在工业、医药及日常生活中用途十

分广泛，目前大约有1700多种用途。我国每年约有1/4的需求依靠

进口来解决。甘油的来源普通有两条途径，一是制皂废液，另一途径

是油脂水解废水。制皂废液经净化处理和浓缩得到的粗甘油，甘油浓

度普通为80%摆布，其中含有大量的杂质，主要有8%摆布的NaCI、

1%-2%的NaS04、1.5%-3%的有机杂质、7%摆布的水分以及少量

的易挥发性杂质；油脂水解废水经净化和浓缩制得的粗甘油质量较制

皂废液制得的好，甘油含量普通在88%摆布，也含有少量水以及2%

-3%的有机杂质和无机杂质。而食用、药用、化妆品用和其他工业用

甘油都对甘油的质量要求较高，因此，粗甘油必须进行精制。

甘油的精炼过程非常复杂，而且条件较为恶劣，它涉及到温度、

压力、流量、物位等大量物理参数，包括物理变化、化学反应等复杂

过程。针对甘油生产工艺这样复杂的生产过程，自动控制的主要目标

1

是在保证人身和设备安全的情况下，稳定生产工艺状况，避免人为因

素造成产品质量和产量的剧烈波动，确保生产能够获得最大的效益。

这就对生产过程自动化控制提出了更高的要求。必须通过先进的控制

手段实现关键工艺参数的稳定化监控，保/生产产量和质量目标的实

现，以获得最大的生产效益C

目前，大型的石化、化工等行业已采用DCS用于生产过程的监控，

但由于成套的DCS一则价格昂贵，一套中型的DCS价格动则几百万，

甚至上千万，成本太高，对中小型企业根本吃不消；二则普通的DCS

系统封闭，兼容性不好。鉴如此，开辟成本低，兼容性好的具有自主

产权的监控系统非但适应市场的需求，具有较好的经济价值，而且具

有较高的社会价值。

1.2课题研究的意义

通过本项目的研究开辟，非但能实现对现场工艺参数准确控制，

而且通过监控网络能动态监测作业流程、主要设备的运行状态，还能

读取现场数据、对数据进行分析，对异常工况进行声光报警和数据查

询打印，提高了工业控制的自动化水平，实现了管控一体化，改善了

生产的劳动条件，提高了甘油生产的产量与质量，提高经济效益。

二、技术方案的论证

2.1工艺过程与控制要求

1.工艺过程

2

甘油精炼的工艺流程是将粗甘油通入蒸储釜，因粗甘油溶液属多

相混合物系，蒸馆时可视粗甘油中的有机盐、无机盐以及难挥发的其

他杂质为高沸点组分，视粗甘油中的甘油、水及其他易挥发性杂质(如

醛、酮等)为低沸点组分。在一定条件(温度、压力)下，高沸点组

分留在蒸储釜中，低沸点组分从粗甘油中汽化分离出来，而低沸点组

分在汽化后成为以甘油和水蒸气为主体的混合气体，将其通入冷凝器

组，利用甘油与水沸点的差异，通过多次部份冷凝后即可得到纯度较

高的精甘油。整个流程如图2-1所示

甘油精炼监控工艺流程图

图2-1甘油精炼监控工艺流程图

2.控制要求

(1)甘油产品质量控制

粗甘油经蒸储釜加热蒸储，再经冷凝器组冷凝的到的精甘油必须

符合规定的纯度，同时保证产品损失小于规定值。

(2)物料平衡和能量平衡控制

进出蒸储釜和冷凝器组的物料和能量应保持平衡。

3

(3)约束条件控制

甘油在常压下沸点是290℃,在205c或者稍高温度时，甘油随

着受热时间的长短而有一定程度的聚合和分解，要求蒸偶采用真空

蒸镯，以使甘油蒸溜在较低温度下进行，同时为保证蒸储釜的正常、

安全操作，蒸储釜内的操作压力必须维持稳定.

(4)经济效益控制

达到上述基本目标的同时;蒸僧过程需要获得最大的产品回攻率

和最小的能量消耗，即优化塔的操作。

2.2监控系统的结构与功能

整个监控控制系统分监控层和现场控制层两层；甘油监控系统组

成如图2-2所示

图2-2廿油监控系统无成

1.现场控制层的组成与作用：

由进料控制系统、蒸储釜温度控制系统、冷凝器组温度控制系统、

真空压力控制系统、恒压供水控制系统和流程巡检系统六个子控制系

统构成，用于对现场流程进行测量与控制，其中进料控制系统、蒸僧

釜温度控制系统、真空压力控制系统公用一套PLC控制，冷凝器组温

4

度控制系统和恒压供水控制系统公用一套PLC控制，流程巡检系统的

数据采集以上两套PLC的数据。

(1)进料控制系统

由PLC、液位传感器、进料调节阀组成定值闭环控制系统。其原

理是由液位传感器检测出蒸储釜液位，送入PI.C与设定值比较后，按

设计的控制规律控制进料调节阀，使蒸储釜液位保持恒定，以保持蒸

编釜的物料平衡。

(2)蒸馈釜温度控制系统

由PLC、温度传感器、加热油流量调节阀组成定值闭环控制系统。

其原理是由温度传感器检测出蒸储釜出口温度，与设定值比较后，按

设计的控制策略控制加热油调节阀，使蒸储釜出口温度保持恒定，从

而保证产品的质量。

(3)真空压力控制系统

由PLC、真空压力传感器、真空压力调节阀组成定值闭环控制系

统。其原理是由真空压力传感器检测出真空压力，与PLC设定值比较

后，按控制规律控制真空压力变频机电，使蒸储釜内真空压力和冷凝

器内真空压力保持恒定。

(4)恒压供水控制系统

由PLC、压力传感器、冷凝水压力调节阀组成定值闭环控制系统。

其原理是由压力传感器检测出冷凝水压力，与PLC设定值比较后，按

控制规律控制恒压供水变频机电，使冷凝水压力保持恒定，以保持冷

凝组用水的稳定。

5

(5)冷凝器组温度控制系统

由一个PLC、四个温度传感器、四个冷凝器温度调节阀组成四个

相互独立的定值闭环控制系统。其原理是由四个温度传感器分别检测

出四个冷凝器温度，与PLC的设定值比较后，按控制规律分别控制四

个冷凝器温度调节阀，使四个冷凝器温度保持恒定(冷凝器共六个串

联连接，其中前两个采用自然冷却方式不用控制)。

(6)流程巡检系统

由PLC、液位传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器及

TP200文本显示器蛆成。按一定周期巡回检测蒸储釜出口液位、温度、

六个凝器温度、真空压力、冷凝水压力及粗甘油进料量、三个等级的

精甘油流量并显示，同时显示甘油精炼的成品率。

2.监控层的组成与作用：

监控层硬件由装有MCGS的工控机、各种参数显示器和打印机构

成。软件环境由“组态环境”和“运行环境”组成。

作用：一方面可以通过网络接受来自现场控制层的各种信息进行

显示、分析和处理，对现场层进行监视；另一方面，可以按照工艺要

求，通过网络对现场控制层下达指令，对现场控制层进行控制。

三、监控过程原理及技术特征

3.1监控过程及原理

监控系统有单机控制和联机控制两种工作方式：

1.单机控制工作方式：包括单步操作、单控制系统操作和异常操作

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三种形式，主要是为设备安装、调试检修需要设计。

原理：单步操作为开环控制，以检查与控制单个电气设备运行状

况；单控制系统操作为闭环控制，以检查现场控制层单闭环控制系统

的运行状态；异常操作为生产运行发生异常工况时，系统及时切换到

规定的处理程序。

2.联机控制工作方式：包括监控层对现场控制层实时监控，现场控

制层对现场流程实时测量与控制。

工作原理及过程：系统启动后，首先启动真空控制系统、恒压供

水控制系统、流程巡检系统，在真空作用下将粗甘油吸入蒸馈釜，通

入蒸储釜粗甘油液位不能太高，也不能太低，太高易泛液，太低设备

有危（wei）险，由进料控制系统控制蒸储釜的液位。

当蒸储釜粗廿油液位到达工艺设定液位后，启动蒸储釜温度控制

系统，在蒸储釜温度控制系统作用下，将由甘油、水及其他易挥发性

杂质等组成的低沸点组分汽化，和由有机盐、无机盐以及难挥发的其

他杂质等组成的高沸点组分分离，分离的工艺温度由蒸储釜温度控制

系统实现。汽化分离后的低沸点组分进入冷凝器组；高沸点组分保留

在蒸播釜中，由监控系统控制定时排放到废液渣罐中。

汽化后的低沸点组分挨次进入冷凝器组冷凝，利用甘油与低沸点

组分中的其它组分沸点不同进行分离。冷凝器组由六个冷凝器用管道

串联组成，1.与2.冷凝器用空气冷凝，3,至&冷凝器用冷却水冷凝，

&至小冷凝器的冷却工艺温度由冷凝器组温度控制系统实现；冷却用

水由恒压供水控制系统实现。

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因工艺条件要求，整个蒸憎过程必须在真空环境下进行，同时蒸

馆釜进料、甘油由蒸偏釜进入冷凝器组也月到真空。真空度控制由真

空控制系统完成。控制系统流程如图3-1所示

3.2控制算法

由于蒸储釜温度、液位与冷凝器温度的被控参数具有时变、非线

性特点，常规的PID控制很难达到理想的控制精度要求，而且常规的

PTD控制有对不同的控制对象采用不同的PID参数要求，PTD参数调

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整极不方便。为改变常规PID控制以上弱点，本项目采用自适应含糊

PID控制方法以提高系统的控制精度、安全性和可靠性。即摹拟人的

控制行为，利用人的经验知识实现对蒸储釜温度、液位与冷凝器温度

等被控参数的控制。

蒸播釜温度控制系统设计成以温度偏差和偏差变化率为输入量、

加热油调节阀流量为输出量的双输入单输出含糊控制器进行控制；进

料控制系统设计成以液位偏差和偏差变化率为输入量、进料调节阀流

量为输出量的双输入单输出含糊控制器进行控制；冷凝器温度控制系

统设计成份别以各个冷凝器的温度偏差和偏差变化率为输入量、各个

冷凝器的调节阀流量为输出量的双输入单输出含糊控制器进行控制。

真空压力控制系统、恒压供水控制系统采用增量式PID控制。

3.3总体性能指标

1.针对甘油精炼设备特点，采用先进的控制策略实现对温度、压力、

流量、液位等现场参数的准确控制。

温度控制范围与精度：。〜300℃；误差＜±0.5%

压力控制范围与精度：0〜lOMpa；误差W±0.5%

液位控制范围与精度：0.05〜10m；误差W±0.5%

2.实现整个生产流水线监控，实现企业的管控一体化。动态监测作

'也流程；主要设备的运行状态；显示主要参数的实时曲线及历史曲线；

显示和记录主要参数的实时数据和历史数据。

3.数据的处理分析与报警。能对采集数据进行存储；能对被控参数

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进行趋势分析；对监控参数能实施越限报警；自动生成异常状态数据

库。

4.查询功能。能查询各种监控参数的历史数据，各种参数的曲线及

趋势，能自动生成各种监控参数的报表并具有打印功能。

四、系统方案的实施

4.1现场采集系统的研制

4.1.1系统变量的分析与选择

1.被控变量的选择

被控变量的选择依据：根据生产工艺的要求，找出影响生产的关

键变量作为被控变量；当不能用直接工艺参数作为被控变量时，应选

择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数作为被控变量；被

控变量必须有足够大的灵敏度：选择被控变量时，要考虑工艺合理性。

甘油生产工艺是在蒸储釜中分离粗甘油中的高沸点组分和低沸

点组分，然后利用冷凝器组冷凝低沸点组分得到精甘油，选择被控变

量时除考虑工艺条件外，同时要兼顾约束条件的限制；因此选择甘油

的浓度、蒸储釜内压力、蒸储釜液位、各级冷却塔的温度及冷却水的

压力应为被控变量。其中甘油的浓度是反映甘油质量的被控变量，蒸

储釜内压力、蒸储釜液位、各级冷却塔的温度及冷却水的压力为约束

条件的被控变量。因甘油的浓度不便测量（工业浓度检测仪表可靠性

差、测量滞后大、反应缓慢，并且价格高，而蒸储釜出口温度和甘油

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浓度有近似的对应关系），因此选用蒸憎釜出口温度作为反映甘油质

量的间接被控变量。

2.控制变量的选择

控制变量的选择原则：工艺上允许控制的变量；控制通道应比其

它干扰对被控参数的影响灵敏，即静态放大倍数要大、时间常数要小、

滞后越小越好；被控过程存在多个时间常数，在选择设备及控制参数

时，尽量错开；考虑工艺的合理性与生产的经济性。

本项目主要有进料控制系统、蒸镭釜温度控制系统、冷凝器组温

度控制系统、真空玉力控制系统、恒压供水控制系统五个现场控制子

系统和一个流程巡检系统构成。其中恒压供水控制系统和真空压力控

制系统的执行器是变频机电，控制变量选择变频机电的频率，通过改

变变频机电的频率实现对供水压力及真空压力的控制；进料控制系

统、蒸储釜温度控制系统、冷凝器温度控制系统等系统执行器都是调

节阀，控制变量选择调节阀的开度，通过改变调节阀的开度实现对系

统被控变量的控制；流程巡检系统只采集数据，无控制变量。

4.1.2传感器的选择与转换电路设计

1.温度信号的采集与转换电路设计

本系统温度检测点有：蒸僧釜出口温度、六个冷凝器温度、加热

油温度共八个检测点，这八个检测点温度都在500℃以下，要求快速

检测且转变成标准信号（4〜20mA）。工业常用的传感器有热电偶温度

传感器和伯电阻温度传感器两种，对于500c以下的中、低温度测量，

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热电偶输出的热电势很小，且容易受到干扰而测量不许，而钳电阻在

500℃以下的中、低温测温时，物理化学性能稳定，检测速度快，选

择拓电阻(Pt100)做作八个温度检测点传感器；并将温度采集系统设

计成隔爆型一体化温度变送器形式。

电阻温度关系：

R=R[l+At+BtzKXtTOO)t](-200"0℃)(4-1)

l0

R=R0(1+At+Bt2)(o〜850℃)(4-2)

隔爆型一体化温度变送器组成与原理：由温度传感器和信号转换

器组成，信号转换器安装在温度传感器的接线盒内，由粕电阻(PtlOO)

温度传感器将温度转变为电阻信号，电阻信号经不平衡电桥，经放大

后直接转换成4〜20mA电流输出。

特点：结构简单，可直接与控制器、记录仪表、计算机等配套使

用，组成各种测量控制系统；输出为电流(4~20mA)信号，抗干扰

能力强、远传性能好，使用场所包括含有爆炸性气体混合物的环境。

主要技术指标

供电电压：13~30V,DC

测量范围：-200℃"500℃

输出信号：4^20mA

使用环境温度：-20~70℃

防护等级：IP54

2.流量信号的采集与转换电路设计

流量监控点主要有：蒸储釜粗甘油进料流量、精甘油1流量、精

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甘油2流量和精甘油3流量。常见的流量计有：①差压式流量计、②

转子流量计、③靶式流量计、④椭圆齿轮流量计、⑤涡轮流量计、⑥

电磁流量计、⑦旋涡式流量计。

经分析比较认为靶式流量计可用于测量雷诺数较小的流量，适合

高粘度的流体，如甘油、重油、沥青等的流量测量：粗甘油流量、精

甘油1流量、精甘油2流量和精甘油3流量四个流量计均采用HTCB

靶式流量计。

HTCB流量计原理：在管道中央安装垂直于流体流向的同轴圆片

形靶，流体沿靶周围的环形间隙流过时，靶就会受到流体推力的作用，

力的大小和流体的动能与靶面积的乘积正比，传感器将靶力转换成毫

伏电信号，经过A/D转换器，微处理器，D/A转换器，转换成与流量

成正比的4、20mA电流输出。

F=QApV2/2go(4-3)

F：靶板所受的作用力

Q：阻尼系数

A：靶板面积

p：流体密度

V2/2g：特征流速

HTCB靶式流量计主要特点：耐高温高压，性能可靠；智能化结

构设计，具有参数设定及故障提示功能；可显示瞬时流量，积累流量；

具有上下限报警以及脉冲输出功能。

主要技术参数:

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流量范围：0-400t/h

输出信号：4〜20mA二线制输出与流量成线性关系

供电电压：12〜36VDC

环境温度：-30℃~60℃

介质温度：W400c（带散热片）

阻尼时间：1100秒任意可调

3.压力传感器的选择与设计

压力传感器包括真空压力传感器和恒压供水压力传感器，经分析

比叫真空压力传感器采用PTB709真空压力变送器；供水压力传感器

采用MDTV恒压供水压力传感器。

PTB709真空压力变送器特点：不锈钢一体化结构，可适应恶劣

环境；精度高，性价比高，稳定性高，调试方便，防雷击，零点，满

度可调。

主要技术参数：

输出信号：4~20mADC（两线制）

供电电压：10M0VDC（两线制）

介质温度：-30℃〜225℃

环境温度：-20℃、85℃

零点温度漂移：W±0.02%FS℃

量程温度漂移：W±0.02%FS℃

MD-W恒压供水压力传感器特点：全不锈钢焊接外壳，具有良好

的防潮能力及介质兼容性；输出信号的稳定；集成度高、体积小、精

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度高、一致性好、抗干扰能力强、响应速度快。

主要技术参数：

量程：0^ri50(MPa)

综合精度:0.1%FS>0.2%FS>0.5%FS>1.0%FS

输出信号:4~20mA(二线制)、0~5V、「5V、0~10V(三线制)

供电电压:24DCV(9~36DCV)

介质温度:-20〜85〜150℃

环境温度：常温(-20〜85C)

负载电阻：电流输出型：最大800Q；电压输出型：大于50KQ

绝缘电阻：大于2000MQ(100VDC

密封等级：IP65

4.液位信号的采集与转换电路设计

因蒸播釜属密闭容器，对其液位测量必须选用差压液位变送器，

同时在测量中粗甘油因含有结晶颗粒及粘度较大，易造成引压管线堵

塞。故采用加隔离膜盒的PTP1151DP差压液位变送器。PTP1151DP差

压液位变送器直接安装在管道或者容器上，由于隔离膜片直接与液相

介质相接触，无须将正压侧用导压管引出。

PTP1151DP差压液位变送器特点：测量高温、高粘度、易结晶、

易沉淀和强腐蚀等介质的液位，然后将其转换成4、20mA信号输出。

主要技术参数：

量程：1.3~7.5；6.2、37.4；31.T186.8；117〜689.5

输出：4~20mA；0~5V；「5V；O"IOV

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精度：0.5%FS

最大过载压力或者静压（MPa）:2、5、10

环境温度影响（%/28℃）：±0.25（量程3力口0.5倍）

介质温度影响觥/28℃）：±0.15（量程3加0.5倍）

4.2现场控制系统的研制

4.2.1现场控制系统配置要求

现场控制层由6套控制系统组成，包括15个摹拟量输入检测点、

9个摹拟量输出控制点、20个数字量输入检测点和38个数字量输出

控制点。

摹拟量输入检测点：1个蒸储釜出口温度、6个冷凝器温度和1

个加热油温度共8个温度检测点；粗甘油进料流量、精甘油1流量、

精甘油2流量和精甘油3流量共4个流量检测点；1个真空压力和1

个冷凝水压力共2个压力检测点；蒸储釜粗甘油液位1个液位检测点。

摹拟量输出控制点：1个进料调节阀控制点、1个加热油调节阀

控制点、4个冷凝器温度调节阀控制点、1个数据显示器控制点、1

个真空压力变频机电控制点和1个恒压供水变频机电控制点。

数字量输入检测点：总电源启停开关1个检测点、手动自动切换

开关1个检测点、子控制系统（进料控制系统、蒸储釜温度控制系统、

冷凝器温度控制系统、真空压力控制系统、恒压供水控制系统和流程

巡检系统）的启停6个检测点、调节阀运行状况8个检测点、变频器

运行2个检测点和机电热继电器2个检测点。

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数字量输出控制点：单步操作及指示灯2个控制点、单控制系统

操作及指示灯2个控制点、异常操作及指示灯2个控制点、子控制系

统(进料控制系统、蒸储釜温度控制系统、冷凝器温度控制系统、真

空压力控制系统、恒压供水控制系统和流程巡检系统)的手动启停及

指示灯12个控制点、调节阀运行手动启停及指示灯16个控制点和变

频器运行手动启停及指示灯4个控制点。

4.2.2现场控制系统硬件设计

根据配置要求现场控制系统选西门子CPU226PLC做控制器，配以

摹拟量输入/输出模块、数字量输出模块完成对现场的控制。具体配

置如下：

CPU控制器：CPU226(124/016)2块；

数字量输出模块：EM222(08)1块；

摹拟量输出模块：EM232CA02)3块；

摹拟量输入/输出模块：EM235(AI4/A01)4块；

电源：SITOpowers(24v直流稳压电源，SA)2块；

CPU226功能与特点：集成24输入/16输出共40个数字量I/O点；

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点，或者35路

模拟量I/O点；13K字节程序和数据存储空间；6个独立的30kHz

高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，可实现8个回路的

PID控制；2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯

协议和自由方式通讯能力；指令功能丰富、运算速度较快；基于

WINDOWS的编

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程软件STEP7-WICR0/WIN32容易使用，结构清晰，并有在线变量监测

功能，利用总线连接电缆可以与扩展模块和上位监控机连接在一起。

现场控制系统连接如图4-1所示：

图4-1现场控制系统连接

1#控制系统由一块CPU226主机模块、一块EM222数字量输出扩

展模块、一块EM232摹拟量输出扩展模块、二块EM235摹拟量输入/

输山扩展模块及电源模块组成，模块间用西门子专用电缆连接。主要

用于对进料控制系统、蒸储釜温度控制系统、真空压力控制系统和流

程巡检系统的控制。

与1#控制系统连接的数字量输入输出点共33个，摹拟量输入输

出点共11个。地址分配表如表4-1所示

表4-11#控制系统地址分配表

模块PLC设备连接模块PLC设备连接

10.0总电源状态Q2.0真空调节阀开开

10.1自动状态Q2.1真空调节阀指示灯

10.2进料控制系统状态Q2.2流程巡检系统手动开

10.3釜温控制系统状态EM222Q2.3流程巡检系统指示灯

10.4真空压力控制系统状态Q2.41#变频器手动开

10.5进料调节阀状态Q2二51#变频器指示灯

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10.6加热油同节阀状态Q2.6

TO.7真空调节阀状态I#EMAQO进料调节阀开度

11.01#变频器状态232AQ2加热油调节阀开度

II.11#机电热继电器状态AIO蒸储釜出口温度

11.2流程巡检系统状态1#EMA12加热油温度

QO.0单步操作开235AI4蒸僧釜液位

QO.1单步操作开指示灯AT6真空压力

QO.2单控制系统操开AQ4

1#CPUQO.3单控制系统操作指示灯AI8粗甘油进料流量

226

Q0.4异常操作开2#EMAI10精甘油1流量

QO.5异常操作指示灯235AI12精甘油2流量

QO.6进料控制系统手动开AIM和精甘油3流量

QO.7进料控制系统指示灯AQ61#变频器频率

Q1.0釜温控系统手动开

QI.1釜温控系统手动指示灯

QI.2真空控制系统手动开

QI.3真空控制系统指示灯

QI.4进料调节阀开

QI.5进料调节阀指示灯

QI.6加热油调节阀开开

QI.7加热油调节阀指走灯

2#控制系统由一块CPU226主机模块、二块EM232摹拟量输出扩

展模块、二块EM235摹拟量输入/输出扩展模块及电源模块组成，主

要用于对冷凝器组温.度控制系统恒压供水控制系统的控制。

与2#控制系统连接的数字量输入输出点共25个，摹拟量输入输

出点共13个。地址分配表如表4-2所示

表4-22#控制系统地址分配表

模块>LC设备连接模块>LC备连接

10.0冷凝温控系统状态2#EM\Q0凝器1调节阀开度

10.1恒压供水控制系统状态232\Q2涔凝器2调节阀开度

10.2冷凝器1调节阀状态2#EM\Q4於凝器3调节阀开度

10.3冷凝器2调节阀状态232\Q6宣凝器4调节阀开度

10.4冷凝器3调节阀状态UO冷凝器1温度

10.5冷凝器4调节阀状态112治凝器2温度

19

10.6怛压供水调节阀状态3#EMAI4冷凝器3温度

10.72#变频器状态235AT6冷凝器4温度

10.02#机电热继电器状态AQ8数据显示器数据

Q0.0冷凝温度控制系统手动开AI8冷凝器5温度

Q0.1冷凝温度控制系统指示灯34EMAI10冷凝器6温度

2#CPUQ0.2恒压供水控制系统手动开235AI12冷凝水压力

226Q0.3恒压供水控制系统指示灯AQ102#变频瑞频率

Q0.4冷凝器1调节阀开

Q0.5冷凝器1调节阀指示灯

Q0.6冷凝器2调节阀开

Q0.7冷凝器2调节阀指示灯

Q1.0冷凝器3调节阀开

Q1.1冷凝器3调节阀指示灯

QL2冷凝器4调节阀开

Q1.3冷凝器4调节阀指示灯

Q1.4恒压供水调节阀开

Q1.5恒压供水调节阀指示灯

Q1.62#变频器手动兀

Q1.73#变频器指示灯

4.2.3PLC工作流程

PLC采用循环扫描工作方式，包括内部处理、通信处理、输入扫

描、用户程序执行、输出处理五个阶段。

内部处理：执行CPU自测试诊断程序，保证硬件、程序内存和所

有扩充模块均正常作业。

通信处理：处理所有通讯请求，执行点至点或者网络通讯要求的

所有任务。

输入扫描：读取输入，将实际输入状态复制至映像输入寄存器。

用户程序执行：在程序中执行控制逻辑，执行程序的指令，并将

数值存储在不同的内存区。

输出处理：向输出写入，存储在映像输出寄存器中的数值被写入

20

实际输出。

PLC工作过程如图4-2所示

开始

T

内部处理

通信处理

输入扫描

执行用户程序

输出处理

图4-2PLC工作过程

4.3控制系统算法研制

由于蒸僧釜的温度、液位与冷凝器温度等被控参数具有时变、非

线性特点，常规的P1D调节很难达到理想的控制精度要求，为克服常

规PID控制的弱点。本项目利用人工智能的方法将蒸储釜温度控制系

统、进料控制系统、冷凝器温度组控制系统设计成自适应含糊PID控

制系统。

自适应含糊PID控制系统的设计思路是将操作人员的调整经验

作为知识存入计算机中，运用含糊数学的基本理论和方法，把规则

的条件、操作用含糊集表示，并把这些含糊控制规则存入有关知识库

21

中，然后控制器根据控制系统的实际响应情况，运用含糊推理，自动

调整P1D参数，实现系统的最佳控制。

4.3.1自适应含糊PID控制系统的结构

蒸播釜温度系统控制器以温度偏差和偏差变化率为输入量、加热

油调节阀流量为输出量；进料控制系统控制器以液位偏差和偏差变化

率为输入量，进料调节阀流量为输出量；冷凝器温度组控制系统控制

器是分别以各个冷凝器的温度偏差和偏差变化率为输入量、各个冷凝

器的调节阀流量为输出量。以下只以蒸储釜进料系统自适应含糊PID

控制系统作以说明。

由液位传感器测得的实际液位y与蒸偏釜液位给定值相比较得

out

到的偏差e和偏差变化率ec,送入含糊控制器后经含糊化得到含糊

量E及EC,E及EC经含糊推理及解含糊得到PID的比例系数K,积

P

分系数K,微分系数K,调整后的K、K、K送入PID控制器参预PID

idpid

运算，运算后输出经D/A转换，送给调节阀执行，通过调节阀来控

制蒸储釜中的加水量的大小，从而控制液位。

含糊控制器的输入、输出变量都是精确的数值，含糊控制器采用

含糊语言变量，用含糊逻辑进行推理，含糊控制器的基本结构框图如

图4-3所示。

22

图4-3含糊控制器的基本结构框图

4.3.2自适应含糊PID控制器的设计

1.参数的自整定原则

PID控制规律离散化的形式：

u(k)=ke(k)+k寸e(j)+k[e(k)_e(k_1)](4-4)

pid

j=0