多效蒸馏水机专家控制系统研究与实现

摘 要

多效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。因此在蒸馏水生产过程中需要控制两个重要参数：一个是蒸馏水在出口处的电导率，另一个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。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，且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，所以常规的PID控制就不能很好的保证系统的精度。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。   

本文使用组态软件开发蒸馏水机的监控系统，实现了在中央控制室遥控在线产品质量，既避免了在现场操作的很多烦琐，又提高了管理水平。系统功能全面，界面友好，实用性强，开放性好。

关键词：   多效蒸馏水机、 PID控制、专家系统、 PLC、 组态软件 

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 多效蒸馏水机产生的目的及意义 1

1.2 多效蒸馏水机国内外发展现状及主要技术结构 1

1.3 多效蒸馏水机的制水工艺流程、工作原理 7

1.4 多效蒸馏水机的主要结构 8

1.4.1 蒸馏塔是主机的重要组成部分 9

1.4.2 冷凝器 11

1.4.3 电气控制器 12

1.4.4 机架结构 12

1.4.5 材质选用 12

1.5 多效蒸馏水机控制要求 12

第二章 方案论证 14

2.1 硬件控制核心选择 14

2.2 控制单元选择 16

2.3 控制系统的选择 17

第三章 多效蒸馏水机控制过程数学模型及控制算法 22

3.1 数学模型 22

3.2 控制算法 27

第四章 系统硬件设计 28

4.1 主蒸汽恒压力PID控制回路设计 28

4.1.1 传感器 28

4.1.2 PID控制过程 29

4.2 原料水恒流量PID控制回路设计 30

4.2.1 差压流量计 30

4.2.2 PID控制过程 30

4.3 专家控制 31

4.4 液位检测 33

4.5 电导仪表 38

4.6 温度变送器选用 40

4.7 二位三通电控换向阀 41

4.8  PLC配置 42

第五章 软件设计 43

5.1  S7-300模块地址的确定 43

5.2  PID 编程 43

5.3  组态 44

5.3.1 监控组态软件 44

5.3.2 监控系统功能实现 45

5.3.3 界面设计 46

5.3.4 组态软件与I/O设备通信 46

致  谢 47

参考文献 48

附录 49