多效蒸馏水机控制系统的研究与实现

论文编号:ZD1225   论文字数:30830,页数:64  附原理图

 摘       要
 
 蒸馏水机的运行过程十分复杂，其热交换回路中主蒸汽压力、温度与原料水的压力、温度、流量耦和紧密，且呈现非线性关系，依据传统的方法很难建立一个精确的数学模型。本文以化工热交换原理为基础，从双效蒸发器入手，建立其数学模型。
 在蒸馏水生产过程中需要控制两个重要参数：一是蒸馏水在出口处的电导率，另一是蒸馏水在出口处的温度。电导率一般通过调节原料水的阀门开度来控制；出口温度一般通过调节进入热交换器的蒸汽流量来控制。这是一个典型的双入双出的控制系统。由于蒸馏水机系统本身具有大滞后、非线性、时变、强干扰等特性，造成双入双出的控制系统是一个强耦合的控制系统。在本设计中，我们采用了简化解耦的设计方法，对双入双出的控制系统进行解耦。由于纯汽输出回路和冷却水回路都是热交换回路的强烈干扰源，这样常规的PID控制就不能很好的保证经过解耦后的双入双出控制系统的精度。鉴于此，本文采用由PID控制器和专家控制器一起组成自整定PID控制器进行控制。
 结合蒸发过程实际，在研究专家系统的基础上，本文建立了比较完善的知识库，并且对知识库进行了量化处理，采用正向推理机制，启发式搜索方式，交互式人机接口开发设计了适用于医药用蒸馏水生产过程的专家系统。   
 
 
 【中文关键词】多效蒸馏水机 数学模型 PID控制 专家系统
 
  Distilled water machine''s work process is very complicated. The main steam pressure, temperature of its hot exchange loop and the pressure, temperature, liquid quantity of raw material water connect closely and present nonlinear relation. In terms of traditional methods, it''s very hard to establish a precise mathematics model.                       regarding hot exchange principle of chemical engineering as the foundation, we start from double-function evaporation equipment in this paper, then process it.
 During the process, we need to control two important parameters:one is the electric conductivity rate of distilled water at exit; another is the temperature of distilled water at exit. Electric conductivity rate generally is controlled by regulating the raw material water''s valve door, while export temperature generally is controlled by regulating steam quantity passed into the heat exchanger. This is a typical control system with double inputs and double outputs. Because the distilled water machine has the characteristics of serious delay, nonlinear, strong interference etc., this system is a closely coupling system. In this design, we adopt simplified method to remove the coupling of this system with double inputs and double outputs. Because the pure vapor output loop and cool water loop are all hot exchange loop''s strong interference resource,  common PID can''t achieve satisfactory effect. For this reason, this paper adopt  PID controller composed of PID controller and expert system to control the system.
 Combined the actual evaporating process, on the basis of expert system, this paper establish the perfect knowledge warehouse and adopt forward-reasoning mechanism, inspiring research method, exchange person-machine junction to design an expert system applicable to the distilled water production.
 
 【English Linchpin Word】Multi-effect distilled water machine; Mathematic Model;  PID control; Expert system;   
 
 
目        录

第一章    绪论 5
1.1 蒸馏水机现状 5
1.2 控制技术在蒸馏水机中的应用 5
第二章   方案论证 7
2.1工艺过程 8
第三章    PLC硬件系统的设计 9
3.1 PLC-FP3的选择 9
3.2  I/O分配 9
3.2.1由安装在底板上的位置确定地址 9
3.2.2用编程工具设定地址 10
3.3 CPU单元 12
3.3.1 FP3-CPU单元的特殊功能 14
3.3.2 FP3-CPU单元的指令系统 19
3.3.3  存储区分配 21
3.3.4 蒸馏水机中I/O输入、输出回路设计 23
3.4  A/D单元 25
3.4.1、占用I/O点及I/O分配 25
3.4.2、共享存储器 26
3.4.3、技术参数 27
3.4.4 蒸馏水机A/D输入回路设计 28
3.5 D/A单元 29
3.5.1、占用I/O点及I/O分配 30
3.5.2、共享存储器 30
3.5.3、技术参数 31
3.5.4 蒸馏水机D/A输出回路设计 31
3.6  PLC外接检测元件的选用 32
3.6.1 温度传感器 32
3.6.2压力传感器 34
3.6.3 二位三通电控换向阀 34
3.6.4 液位传感器的选用 35
3.6.5 电动调节阀的选用 36
第四章  专家控制算法 38
4.1专家控制系统的概念和特征 38
4.2 专家控制系统的分类 40
4.2.1基于规则的专家整定和自适应控制器 40
4.2.2  专家监督控制系统 41
4.2.3  实时专家智能控制系统。 42
4.3  专家控制系统的基本思想和结构 42
4.3.1  专家控制的基本思想 42
4.3.2 专家控制的知识表示 43
4.3.3 专家控制系统的组织结构 45
4.4专家系统结构设计与实现 46
4.4.1 软件的设计与实现 47
4.4.2建立专家系统的知识库 47
4.4.3专家系统推理机的设计 48
4.4.4人机接口设计 49
第五章 PID控制算法 51
5.1控制算法的确定 51
5.1.1数学模型的建立 51
5.1.2控制算法 51
5.1.3 PID参数的整定 52
5.2系统采样周期的确定 54
5.2.1香农采样定理 54
5.3数字滤波方法的选择 55
5.3.1数字滤波的优点 55
5.3.2数字滤波的几种方法 55
总         结 57
参 考 文 献 58
附 录 59
程 序 清 单 59