化工生产过程参数的自动控制

殷兴光

（陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安710300）

化工生产过程参数的自动控制

殷兴光

（陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安710300）

基于对化工生产过程参数的精确控制的目的，采用建立机理动态数学模型的方法，该控制方法不仅能给出过程稳态特性的设计，同时能给出过程动态特性的设计，必将使设计工作进入到一个新的更高的水平。通过水位、温度控制系统的试验，得出使用该方法参数控制精度可提高20%以上的结论。

机理；数学模型；程序设计；参数控制

在工业控制中稳态数学模型在化工过程的设计、分析、操作、指导等方面已发挥了重要作用，但不能解释和处理动态现象[1]；在分析问题时常局限于稳态平衡关系，或着重于单个因素的分析，不能很好的给出过程变化的因果关系和各因素(变量)间的互相影响[2]。而动态数学模型既可给出变量的动态关系也可给出稳态关系。基于动态模型的系统分析方法着重于因果关系，将变量分为输入(原因)变量、状态或输出(后果)变量，采用单向性的信号流图和反馈，为分析互相关联较为复杂的化工过程提供了有力的方法。因而，利用动态机理数学模型全面提高化工过程技术是参数优化的一个重要途径。尤其对于市场和环境频繁变化，始终处于动态变化之中的生产过程更是如此[3]。

1 温度机理数学模型的建立

化工生产装置的设计应包括两大方面：一方面是工艺参数、流程、设备结构及其尺寸的确定，需要稳态数学模型作为基础；另一方面是生产装置的运行与操作控制方法的设计，需要动态数学模型作为基础。这两方面是相辅相成的，工艺参数和设备是操作控制的对象。

机理分析法是通过对过程内部机理的分析，推导出描述过程输入/输出变量之间关系的数学模型[4]。针对不同的物理过程，可采用不同的定理、定律。用微分方程来描述过程输入/输出变量之间关系是最常见的表示形式之一，动态机理数学模型经分析形式为：

为了确定上式中的参数K、T和τ。本设计采用两点法。所谓两点法就是利用阶跃响应y(t)上两点的数据去计算K和τ。增益K仍按输入、输出的稳态值计算。

首先需要把y(t)转换成它的无量纲形式y*(t),即

其中y（∞）为y（t）的稳态值。

上式与（1）相对应的阶跃响应无量纲形式为

上式中只有两个参数即τ和T，因此只能根据两个点的测试数据进行拟合。为此先选定两个时刻t2>t1≥τ，从测试结果中读出y*(t1)和y*(t2)并写出下述联立方程：

由以上两式可以解出

现对其作一下阶跃响应，通过MATLAB编程并仿真计算出Ky、Ty、τy。

2 程序设计

在本控制系统中，共应用了温度的升降温判断程序、液位的PID运算程序、滤波后液位运算程序、加热器通断程序4个程序，下面以加热器通断程序为例作以介绍。

根据温度的设定值、当前值、死区值进行判断、运算，运算的结果去控制加热器的通断[5]。3个值的关系是设定值＝当前值＋死区值，由于温度的热惯性较大，防止当前值达到设定值时超过设定值，所以在这里设置了死区值，使得当前值提前达到设定值，以抑制热惯性的影响。

3 在控制系统中的应用试验

采用的控制对象如图1所示：液罐Ⅰ和液罐Ⅱ均是液体，由液罐Ⅰ的液体通过进液管的水泵将液体输送到液罐Ⅱ，控制参数为液罐Ⅱ中液体的液位、温度[6]。在本文中以温度参数控制为例进行参数的优化控制。采用动态机理模型，使化工过程中不可实测变量的在线计算适应动态变化，得到更准确的计算结果。机理分析是根据对现实对象特性的认识，分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义[7]。

图1 水位、温度远程控制结构框图Fig.1 Water level，temperature remote control structure diagram

4 结论

经控制系统得出的数据分析，建立动态机理数学模型，实现了过程控制和设计的一体化。避免了工艺设计与操作控制的脱节，使化工生产参数控制精度提高20%以上，并缩短了施工周期，较高的发挥了装置的效益。

[1]俞光昀，PIC系列单片机应用技术[M].北京：电子工业出版社,2000.

[2]黄继昌.传感器工作原理及应用实例[M].北京：人民邮电出版社,1998.

[3]003亚控公司,组态王6.5使用手册[M].北京：北京亚控科技发展有限公司1999.

[4]易继锴,现代控制系统设计[M].北京：北京工业大学出版社,1992.

[5]李明辉，王孟效，孙瑜，纸机碱回收蒸发工段DCS控制[M].咸阳：西北轻工业学院出版社,2002.

[6]蒋慰孙，俞金寿，过程控制工程[M].2版.北京：中国石油化出版社,1999.

[7]陶永华，尹怡欣，葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社,2000.

Automatic control of chem ical production process parameters

YIN Xing-guang
（Shaanxi Vocational College of National Defense Industry，Xi’an 710300,China）

Precise control of chemical production process parameters based on the purpose,the methods to establish the dynamic mathematical model,the control method cannotonly design the steadystatecharacteristics is process,design and dynamic characteristicsare given process,it will make the design work to a new higher level.Test the water level,temperature control system using the method of control parameters,the accuracy can be increased by more than 20%conclusion.

mechanism;mathematical model;program design;parameter control

TP273

A

1674-6236（2015）07-0102-02

2014-07-07 稿件编号：201407045

国家自然科学基金资助项目（61272038）

殷兴光(1973—)，男，陕西乾县人，硕士,副教授。研究方向：工业电气自动化。