【《某制药合成仿真系统的控制方案设计案例》3500字】

某制药合成仿真系统的控制方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u5426某制药合成仿真系统的控制方案设计案例 118312第一章控制方案设计 1122631.1原料进料 1121831.2混合罐液位控制 285271.3反应器液位控制 3266861.4反应器温度控制 3132791.5控制规律的选择 4208921.6反应器液位控制方案 44275第2章SMPT仿真系统组态与设计 6317352.1SMPT-1000仿真系统组态 6113322.2仿真系统设计 9第一章控制方案设计1.1原料进料方案设计中，原料A、B和回收原材料A、B的选取采用流量为单的回路来控制,要求按照固定的比值入口。如果一个系统要达到稳定状态，系统的控制回路应该是一个负反馈回路，即控制回路中每个环节的放大倍数符号为“-”。在原料A比值控制方框图中，首先应判断一个控制回路的正反作用。根据进出口流量控制阀的性能特点可以判断其中的符号是"+";随着进出口阀门启动开度的增加,进出口的流量也可能会逐渐增大,故其中的符号定义为"+";流量测量变送器的符号是"+";偏差符号也为"+"。根据每一个环节的符号之积,控制器的符号可以归纳为"-"。流量A控制器控制器流量A控制器控制器FV3111控制器管道控制器流量A检测变送控制器-图3-1原料A比值控制方框图流量B控制器流量B控制器控制器FV3011控制器管道控制器流量B检测变送控制器图3-2原料B比值控制方框图回收A控制器回收A控制器控制器FV3211控制器管道控制器回收A检测变送控制器图3-3回收A比值控制方框图回收B控制器回收B控制器控制器FV3252控制器管道控制器回收B检测变送控制器图3-4回收B比值控制方框图1.2混合罐液位控制由于混合器的输入和出口调节阀TV3111是混合器对液位控制的实时执行器，由于对混合器的液位控制精度不高所以采用单一的回路控制方法。液位控制器控制器TV3111控制器混合罐液位控制器控制器TV3111控制器混合罐控制器液位检测变送控制器图3-5混合罐液位单回路控制方框图1.3反应器液位控制反应器液体可以直接用来控制作为对不同物料组分A、B两种不同原料组分进行液体混合液化反应的一个物料容器,选取了该混合反应器的传动输入和控制出口分别调整两个阀门。TICA3111作为对混合反应器液体进行物料液位传动控制的一个执行驱动装置。被控中的变量控制指的也就是控制反应器中所有泵的液位,操作中的变量控制指的也就是根据反应器中的进气管和液压出口自动控制调节液压阀的液位流量。控制器进行选择时需要进行正确的反馈。具体过程控制解决方案如框图所示如下图电表所示。液位控制器控制器TICA3111控制器液位控制器控制器TICA3111控制器反应器控制器液位检测变送控制器图3-6反应器液位单回路控制方框图1.4反应器温度控制反应器的三级温度控制是否会取决于每个冷却水的输入流量,为了能够使整个反应器温度达到一个流的动态平衡,通过对每个冷却水的流和输入流量进行温度控制,因此在对每个反应物温度进行三级温度控制时,采用了串联三级温度控制。操作操控变量一般可以设定选择量为冷却水的工作流量,被控操作变量可以选定温度为加热反应器的工作温度,主整流回路自动控制器一般可以手动选定反馈为正或负反馈,副回路自动控制器一般可以手动选定反馈为负或正反馈,其中串行三级整流回路自动控制系统结构如图所示。温度SP反应器温度温度控制器温度控制器控制器流量控制器控制器反应器控制器流量检测变送控制器冷却水控制阀控制器管道控制器温度检测变送控制器图3-7反应器温度单回路控制方框图如果一个系统要达到稳定状态，系统的控制回路应该是一个负反馈回路，即控制回路中每个环节的放大倍数符号为“-”。在浓缩液进出口的流量单回路控制系统中,首先应判断一个控制回路的正反作用。根据进出口流量控制阀的性能特点可以判断其中的符号是"+";随着进出口阀门启动开度的增加,进出口的流量也可能会逐渐增大,故其中的符号定义为"+";流量测量变送器的符号是"+";偏差符号也为"+"。根据每一个环节的符号之积,控制器的符号可以归纳为"-"。如图3-3所示。1.5控制规律的选择在串级控制系统中，主回路控制是不能够有误差存在的。为了提高系统的无差程度，选择比例-积分控制器来控制主回路。在主回路中引入积分控制，将会作用到整个控制回路，保证主控制器无残余误差，使整个控制回路更加稳定，提升了控制的品质。温度是一种具有较大惯性时间和容量大滞后的动态特性,对控制不敏感。为了能够使控制更加精确和灵敏,为了使控制更加精确和灵敏，可以在控制系统中加入微分控制。在大滞后大惯性系统中，微分控制起主导作用。在控制量还未引起较大偏差的情况下，可以使抑制误差提前变化，提前产生调节效果。所以主回路的控制规律选择比例-积分-微分控制。而副回路是允许存在余差的。副变量通常是可以被允许的,而且是无余差的。对于副变量来说,它的主要工作是为了对主控制器输出的信号发生变化迅速及时地作出响应,同时也保证并提高了主控制器的可靠性和控制质量。如果要在副回路中加入积分作用,会使得副控制器追踪、响应主控制器的速度变慢。一般而言,副回路的控制方法和规律都应该选择纯比例式进行控制。1.6反应器液位控制方案在工业生产的过程中,液位必须被控制在整定的数值上,使系统处于稳态状况时的输入量和流出数值都相等。在物料A、B和催化剂C的进料中，希望用最少的生产成本和投入来获得最大的经济，因为这种反应采用的是强放热式反应，所以必须使用冷水进行冷却和降温，在反应器内部中用经过冷却水和降温通道中流出的高温水起到对混合物料的预热和能源的循环利用。由于液位的抗干扰能力相对较弱,为了保证控制精度,减少进料量对液位的影响,可以构建一个串级控制系统。改变流量的大小到反应器液位的响应速度有纯滞后延时的特性。当存有扰动时,液位又具有虚假水位的特性。对于虚假水位的特性,可以根据流量的变化控制调节阀以此来调节控制流量,构成一个前馈控制。前馈控制可以在很大程度上有效克服反应器液位传递的影响,串级控制能够在很大程度上有效降低反应器二次回路的干扰,使得所有被控制物体的时间和参数都减小,提高了系统的工作可靠性、控制品质、响应的时间和速度。所以前馈-串级控制系统能够更好的对反应器液位进行精准控制。

第2章SMPT仿真系统组态与设计2.1SMPT-1000仿真系统组态1.打开SMPT-1000仿真系统，点击仿真系统工具栏"运行"按钮,仿真后的实训系统即可进入正常运行。2.开启原料B紧急切断阀XXV001；开启原料A紧急切断阀XXV002；开启加热蒸汽紧急切断阀XXV003；开启混合物料进料紧急切断阀XXV004。图4-1开启紧急切断阀流程图3.打开HV3001、HV3002、HV3003、HV3032至100%开度；打开原料B流量调节阀FV3011前后阀至100%开度，打开原料A流量调节阀FV3111前后阀至100%开度，打开回收B流量调节阀FV3252前后阀至100%开度，打开回收A流量调节FV3211前后阀至100%。2.打开HV3004至100%开度；控制回路FICA301手动输入阀门开度28%；控制回路FICA311手动输入阀门开度28%；控制回路FICA3252手动输入阀门开度27%；控制回路FICA3211手动输入阀门开度18%，反应器R301开始混合进料。图4-2反应器混合进料图5.反应器R301进料后，控制回路TICA3111手动输入阀门开度23%，进料预热器E311投用，进入R301的混合物料开始预热；当TI3111达到至68~70℃左右时，将控制回路TICA3111投自动，设定值SP为70。6.将原料B控制回路FICA3011投自动，设定值SP为0.183kg/s；将回收B控制回路FICA3252投自动，设定值SP为0.212kg/s；将原料A控制回路FICA3111打到External并投自动，原料A的流量为0.494kg/s；将回收B控制回路FICA3211投自动，设定值SP为0.68kg/s。7.当反应器R301底部压力PI3111到达310KPa时，打开HV3005至100%开度；当PI3111达到316KPa左右时，控制回路PICA3111手动输入阀门开度27%，然后将PICA3111投自动，设定值SP为316KPa。图4-3制药合成反应及排料图8.根据PID参数整定方法，调整PID参数，使各趋势曲线尽量满足4:1衰减比例度。图4-4趋势曲线图如图4-4所示，图中显示的是系统在运行时，所开车到全部投入自动的过程，图中的反应器液位、温度、产物浓度、压力的趋势曲线分别是LI1201、TI1201、AI1101、PI1201。其中60%、70℃、10%是液位、温度、产物浓度设定值，反应器的对内压力要求不超过1.2MPa。通过SFC实现了如何进行顺序控制的一个由控制器完成的对控制逻辑组态。在此次系统运行完成后,发现这次系统的质量控制效果良好,不止是满足了技术和工艺的要求,且同样为农业和生产经济得到更好地发展。在整个设备过程控制管理体系中对每一个过程的稳态变量都进行了自动化的稳态管理,实现了良好的整个过程稳态控制性能和提高响应速度与有效性的功能,以及提高设备的生产率和效益功能。且工艺要求也达到了标准。同时进行了扰动测试在对温度和产物浓度中，表明在添加扰动和改变给定值的情况下，系统仍能在较短的时间内重新达到稳态，且超调量较小，验证了系统具有一定的抗干扰能力和自适应能力。2.2仿真系统设计原料A自界区由调节阀FV3111控制流量,原料B自界区由调节阀FV3011控制流量,回收B自精馏工序由调节阀FV3252控制流量,原料A、原材料B和回收B按照进料摩尔配比混合后,再与由调节阀FV3211控制流量的原材料回收A循环液一起送至进料预热器E311。将混合物的进料从低低压的蒸气管线加热至符合工艺所要求的温度后,从反应器顶部的管线中直接进入反应器,预热器蒸汽由调节阀TV3111控制流量。将混合的进料通过催化剂C床层后,反应制得的产物包括制药中间体D及副产物E和F,产品单程转化率大