第九第十章过程控制优选ppt资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九第十章过程(guchng)控制,第一页，共49页。,主要(zhyo)内容,一、间歇过程的概念(ginin),二、间歇过程的特点,三、间歇生产过程控制系统,第二页，共49页。,一、间歇过程(guchng)的概念,2,间歇过程是将反应原料一次加入反应器，反应一段时间或达到一定的反应程度后一次取出全部的反应物料，然后进入下一轮操作。在典型的间歇操作过程中，要依次执行一系列操作步骤，而每一步包含了在特点的时刻按规定的顺序(shnx)来开启和关闭一些相应的阀门。它是一种生产方式（生产的操作形式），和连续生产方式相对应，可以用同一套多用途、多功能的设备生产多种类型的产品。,第三页，共49页。,间歇过程与连续过程的比较(bjio)：是两种不同的生产方式,第四页，共49页。,研究(ynji)背景,1,现代过程控制工业(gngy)逐渐由生产大批量、通用型的基础材料向即生产基础材料又生产小批量、多品种、系列化、高附加值的专业产品发展。,第五页，共49页。,典型的间歇精馏(jn li)过程,利用冷凝器的冷却功能，使塔顶馏分冷却，并采用回流R来调节精馏塔顶部的组分xD以满足生产(shngchn)指标，其余的塔顶馏分D流入产品罐。在产品馏分都蒸馏出来以后，精馏塔关闭，其塔底部分的剩余馏分和产品罐中的物料用泵送到各自的储罐中，而精馏塔准备下批次生产(shngchn)时再使用。,打开进料阀，给精馏塔加入原料，代加满后，关闭进料阀门，然后开启加热(ji r)蒸汽。,在间歇生产过程操作中，要依次执行一系列操作步骤，而每一步包含了在特定的时刻按规定的顺序来开启和关闭一些相应的阀门。,第六页，共49页。,在回流恒定情况下，乙烯醇和水的间歇精馏分离过程(guchng)中，乙烯醇浓度在塔底和塔顶馏分中的组成随蒸馏时间的变化过程(guchng)情况。,第七页，共49页。,时变性(binxng),从初始状态转变为一个完全不同的终止状态，在一个间歇运行周期内，温度、组分浓度、反应速率在不断地变化。,无稳定工作点,间歇过程的动态过程是一个一直在“进行中”的过渡过程，运行区间内一般没有稳态工作点。,二、间歇过程(guchng)的特点,第八页，共49页。,过程不可逆,一旦生产出了不合格产品也不可能采取补救措施；而连续过程在一次操作波动后，往往能采取适当的控制(kngzh)作用使其回到希望的稳定状态。,第九页，共49页。,模型不精确,间歇工艺过程开发的主要目的是要缩短产品上市时间，因此，不可能花费大量的人力物力建立精确的过程模型。,有限(yuxin)测量手段,产品质量的测定，通常采用采样和离线分析的方法来确定。但在间歇工艺过程研究中，为了缩短产品上市时间，不可能花费时间去测试新的、可能有应用前景的产品质量测定仪（传感器）。,第十页，共49页。,由间歇生产过程的特点可知(k zh)，一个批次的生产操作，既有安全联锁和按顺序的逻辑控制，也有类似于连续生产过程中的变量连续控制，还有批次之间的质量优化控制和间歇生产过程的优化管理。,三、间歇生产(shngchn)过程控制系统,第十一页，共49页。,（1）批处理顺序和逻辑控制,按照一定的生产工艺或制造模式，制定出一系列的控制步骤：加料、混合、加热、反应、冷却、放料等。这些操作(cozu)是一些离散控制信号，用来开启或者关闭泵、阀门以及为了安全生产的联锁系统，确保按照规定的时间完成所规定的操作(cozu)顺序。,第十二页，共49页。,（2）间歇生产过程中的控制,在间歇生产过程中，物料流量、温度、压力、液面以及组分的控制与连续(linx)生产过程的控制方式一样，都是要求稳定地控制在设定值上。但在间歇生产过程中，有些被控变量参考轨迹是时变的，例如反应温度是时间的函数，或者是预先设定的轨迹（线性增加、线性减少、在一段时间内保持不变等）。,第十三页，共49页。,（3）Run-to-Run控制,Run-to-Run控制也称为批次对批次控制。由于间歇生产过程设备的特性随着生产过程的运行而逐渐发生变化，使得每个批次生产出来的产品质量会不一样。同时，产品质量很难实时在线测量，通常都是等待这个批次生产完毕，取出样品(yngpn)进行离线分析，才能得到产品质量数据。Run-to-Run控制就是利用每批次结束后产品的离线质量分析数据，使用优化方法，改进后续批次的操作条件或加工方案，从而改进产品质量。,第十四页，共49页。,（4）间歇生产过程管理,因为间歇生产过程比连续生产过程复杂，操作者必须及时了解生产过程工况，提示整个生产方案与操作顺序，离散控制与连续调节之间交互动作。需要保存每个产品质量等级的全部生产信息，包括产品名称、数量、过程被控变量的设定值与其变化过程、加工时间及步骤等，还需要保存每个班次、每日或者每周的原始生产数据和统计每个批次的物料和能量平衡数据。如果有多套间歇生产设备和多种产品需要生产，则需要根据可用原料和设备进行优化调度，使整个生产系统经济效益(jn j xio y)最好。,第十五页，共49页。,小结(xioji),一、间歇(jin xi)过程的概念,二、间歇(jin xi)过程的特点,三、间歇(jin xi)生产过程控制系统,第十六页，共49页。,谢 谢,第十七页，共49页。,第三十九讲间歇过程(guchng)控制（2）,第十八页，共49页。,主要(zhyo)内容,一、间歇生产(shngchn)过程中的控制,二、批次对批次控制,三、间歇生产(shngchn)过程管理,第十九页，共49页。,一、间歇生产过程(guchng)中的控制,2,1、间歇生产过程的特殊控制方法,（1）零负荷生产过程控制,间歇生产过程具有“零负荷”的特性。例如，对只进不出的容器进行加料过程的液位控制，若反馈回路具有延时，则会导致进料门延时关闭，进而导致液位超过设定值。在这种情况下，这一液位系统的被控(bi kn)对象实际上是一个积分对象。因此，应选用比例微分控制器。,第二十页，共49页。,2,（2）间歇过程(guchng)终点控制,假设在容器中先放入浓度(nngd)为x0和体积为V的物料，然后用添加剂进行调节，使最终容器中的物料浓度(nngd)为x的产品。,第二十一页，共49页。,2,容器内组分的非稳态物料(w lio)平衡式,V为容器内液体容积，x为容器内该组分的浓度，F为产品流量，t为时间。,假设在容器中先放入浓度为x0和体积为V的物料(w lio)，然后用添加剂进行调节，使最终容器中的物料(w lio)浓度为x的产品。同时，假设添加剂加入的量很少，即可认为是恒体积过程,第二十二页，共49页。,2,这种以成分为目标的终点控制比液位控制更困难，因为：在线分析仪、混合、采样系统和中和剂输入系统都会有延迟时间，混合过程具有非线性。同时，存在超调的不可逆转性，而且当达到设定值时中和剂流量(liling)应为0，故控制器需要用PD调节器。,第二十三页，共49页。,2,2、间歇(jin xi)反应器的控制,（1）顺序地加入3种反应原料,（2）加热反应器以达到初始反应温度(wnd),（3）在恒温恒压的条件下进行反应,（4）对反应混合物进行冷却,（5）将产品混合物传送到后续的分离过程,第二十四页，共49页。,（1）顺序地加入3种反应(fnyng)原料,（2）加热反应(fnyng)器以达到初始反应(fnyng)温度,（3）在恒温恒压的条件下进行反应(fnyng),（4）对反应(fnyng)混合物进行冷却,（5）将产品混合物传送到后续的分离过程,第二十五页，共49页。,2,在整个控制过程中，放热反应器的温度控制比较难，因为化学反应过程本质上都是非线性的，而且反应器又工作在非稳态操作条件下，有时候，因反应器温度过高可能(knng)导致反应失控。而且生产开始阶段又由于温度设定值变化较大可能(knng)导致控制器饱和。,第二十六页，共49页。,二、批次对批次控制(kngzh),2,在间歇生产过程中，由于产品质量参数缺乏在线测量仪器，无法实施产品质量的实时监控。同时，生产设备的特性会随着生产批次而发生漂移，如果用固定工艺方案进行生产和控制，往往导致不同批次间的产品质量有差异。,批次对批次控制的思想：假设生产过程工艺方案与产品质量的关系为一阶动态线性预测(yc)模型，然后利用指数加权移动平均 算法构建设定最佳生产过程工艺制造方案，即每个批次完成后，根据该批次产品质量信息，对该生产工艺进行调整，以减少后续批次产品质量的波动。,第二十七页，共49页。,2,批次对批次控制包括3个部分：,（1）过程模型：由于批次对批次控制是基于模型的控制，用模型来关联可测参数(cnsh)与指标参数(cnsh)的关系，给控制律提供更新生产工艺方案的依据。目前最常用的是基于实验设计方法得到输入输出数据，利用线性回归建立输入输出之间的关联模型。,（2）状态观测器：由于 批次反馈得到的信息包含有各种噪声，为了确保输出噪声不被放大，需要通过滤波器来尽可能的获取过程的真实状态。,第二十八页，共49页。,2,（3）控制律：控制律是批次对批次控制器用来(yn li)决定工艺方案如何调整的算法，最简单的控制律就是对模型进行逆运算，复杂的可采用非线性优化估计算法等。,第二十九页，共49页。,三、间歇生产(shngchn)过程管理,2,（1）处方和配方管理,间歇生产过程工艺称为“处方”，是指为了生产合格质量产品而需要的加工和操作步骤、工艺参数、原材料性质和种类以及相应数据。,配方是指处方中的各种数据和参数。,处方和配方是生产合格产品的标准依据。处方管理是指：对每个批次生产过程的不同阶段都要按照处方进行跟踪，包括(boku)在不同设备上的操作顺序及控制。当批次需要从一个设备转移到另一个设备时，处方管理的任务时保证使用和确认正确的设备，并认定该设备没有被占用，以及将原料运送到正确的批次设备中。,第三十页，共49页。,2,（2）间歇生产过程计划与调度,一个间歇生产的工厂有许多生产操作(cozu)单元、设备和存储装置，可能有多种要求生产的产品，如何有效地组织和配置这些生产设备，生产出更多的产品，使工厂效益最大，这是间歇生产工厂的重要管理内容，也是间歇生产过程的优化计划与调度问题。,生产什么产品，包括产品的数量、批量大小和批次；,什么时候开始生产，包括生产时间多长、每批运行的时间；,在什么设备上生产，包括生产场地、操作(cozu)单元和生产装置；,用什么原料生产，包括原材料和辅料的种类和数量。,第三十一页，共49页。,2,需要提供的信息：,（1）要生产的产品信息，包括什么时间范围内提供需求的产品、货物清单；,（2）生产的操作步骤，包括生产过程的操作命令、原材料等可用的资源；,（3）生产设备，包括设备型号及生产能力(shn chn nn l)；,（4）资源的限制条件，包括可用的原材料种类、数量以及流率等。,第三十二页，共49页。,2,一个间歇生产工厂的管理控制一体化的控制系统如图，其中(qzhng)间歇生产管理和操作包括：处方管理、生产调度和优化以及管理系统所必需的过程数据库。间歇过程控制系统包括：间歇生产过程中的控制、顺序控制以及安全联锁。,第三十三页，共49页。,小结,一、间歇生产(shngchn)过程中的控制,二、批次对批次控制,三、间歇生产(shngchn)过程管理,