第九,第十节过程控制.ppt

谢 谢 第三十九讲间歇过程控制（2） 主要内容 一、间歇生产过程中的控制 二、批次对批次控制 三、间歇生产过程管理 一、间歇生产过程中的控制 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对象实际上是一个积分对象。因此，应选用比例微分控制器。 2 （2）间歇过程终点控制 假设在容器中先放入浓度为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为x的产品。 2 容器内组分的非稳态物料平衡式 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，然后用添加剂进行调节，使最终容器中的物料浓度为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 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应为0，故控制器需要用PD调节器。 2 2、间歇反应器的控制 （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 （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 （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 （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 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导致控制器饱和。 二、批次对批次控制 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。 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与指标参数的关系，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：由于历史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。 2 （3）控制律：控制律是批次对批次控制器用来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。 三、间歇生产过程管理 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。 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。 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； （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。 2