[发明专利]一种蒸馏参数解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸馏过程参数解耦控制方法，具体地说是一种针对蒸馏过程中温度和压力的模糊解耦控制方法。

背景技术

蒸馏系统是一个多输入多输出的大系统。物料在分离提纯过程中受蒸发温度、蒸发压力、进料速度等参数影响，其中温度和压力相互影响，耦合性较强，现有的蒸馏控制系统没有考虑蒸馏温度和蒸馏压力的强耦合，在参数控制中没有进行温度和压力的解耦控制，因此很难实现准确的单一参数（温度或者压力）控制，这种蒸馏参数控制的不准确性，严重影响了蒸馏产品质量。

蒸馏装置主要包括蒸发器系统、加热系统、真空系统和进/出料系统。蒸馏加热系统提供蒸馏温度，真空系统提供蒸馏压力，进/出料电机控制进/速度。其中系统的热油机电压与蒸发器内压力；真空阀门开度与蒸发内温度存在严重的不稳定耦合，这种不稳定耦合严重影响蒸馏过程中的温度和压力控制的准确性，不满足蒸馏过程生产的实时性高的要求，对蒸馏产品质量和蒸馏过程系统稳定性有严重影响。

目前可以检索到的有关蒸馏过程参数控制方面的文献均没有考虑变量间相互耦合的影响，特别是对蒸馏过程影响较大的温度和压力参数的解耦控制。因此，提出蒸馏过程温度和蒸馏压力解耦控制将有利于蒸馏过程中温度和压力参数的控制，提高蒸馏产品质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解除蒸馏过程中蒸馏温度和蒸馏压力耦合关系的模糊解耦控制方法。

本发明的实现方法：

本发明的蒸馏温度和蒸馏压力模糊解耦控制是基于以PLC为控制器的蒸馏分布式控制系统实现的。分布式蒸馏控制系统由蒸发器系统、温度控制系统、真空度控制系统、冷凝器控制系统、进/出控制系统和监控系统组成。其中温度控制回路提供蒸馏装置所需的温度，真空度控制系统提供蒸馏装置所需的压力。温度控制回路装置主要包括热油机，夹套，变压器，热电偶传感器。压力控制回路装置主要包括旋片式真空泵、液环真空泵、扩散泵和稳定型电阻真空规管。从工业过程控制的角度划分，蒸馏分布式控制系统可分为三级，分别是现场执行机构级、PLC控制级和上位机监控级。模糊解耦控制算法在基于OPC技术下应用在PLC控制级。

本发明的蒸馏温度和蒸馏压力模糊解耦控制实施步骤为。

（1）设定蒸馏过程控制中温度和压力稳态值，系统开始运行。

（2）通过现场执行机构级的温度和压力传感器实时检测蒸馏过程系统的温度和压力实测值，将数据通过MPI通信传递到PLC控制器。

（3）PLC控制器与组态软件进行以太网数据通信，组态软件与MATLAB通过OPC通信，这样MATLAB就通过PLC与蒸馏温度和蒸馏压力建立了连接，PLC以组态软件为桥梁将数据传递给MATLAB中的SIMULINK中，SIMULINK中集成设计了模糊解耦控制算法，经过算法计算，将输出再返回PLC控制器。

（4）PLC控制器将获取的现场执行机构级数据信息及经过模糊解耦控制算法计算的输出，通过INTERNET网络传输到上位机监控级，监控级负责所有数据的保存和查询。

（5）PLC控制器在上传数据到上位机的同时，下传控制信号到执行机构，执行机构通过调节热油机电压调节蒸馏温度，调节真空阀门的开度调节蒸馏压力。将整个系统变化到指定的工况下。

（6）现场传感器及检测变送环节将实施及调节信号同步传输至PLC控制器，系统循环执行（1）~（5）。

本发明蒸馏系统温度和压力模糊解耦控制方法还可以包括。

1、组态软件可以是以组态王、IFIX为代表的工业过程控制组态软件。

2、现场执行机构级的温度传感器可以是热电偶，压力传感器可以是稳定型电阻真空规管。

3、模糊解耦控制包含两个单独的二维模糊前馈控制器，温度模糊前馈控制器和压力模糊前馈控制器。模糊前馈控制器负责将输入值进行模糊化，按照专家制定的模糊控制规则进行模糊推理，推理得到的模糊值进行解模糊化，得到精确的系统控制量，控制量输出作用于蒸馏温度和蒸馏压力的动态数学模型，实现温度和压力的解耦控制。

4、蒸馏温度和蒸馏压力的动态数学模型可以通过系统辨识的方法得到。

本发明的工作原理是：本发明的核心部分是针对蒸馏过程中的蒸馏温度和蒸馏压力存在强耦合，难以实现单一变量准确控制，同时蒸馏温度和蒸馏压力精确的数学模型难以建立问题。在系统辨识和常规PID控制的基础上，采用模糊前馈补偿器的原理进行蒸馏温度和蒸馏压力的模糊解耦控制，已达到解除温度和压力耦合的目的。

附图说明

图1 系统结构图。