腐殖酸液肥生产控制系统研究与设计
作者单位：西安工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：苗荣霞;张健康
授予年度：2022年
学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化]
摘 要：腐殖酸液肥作为一种新型生态液肥,含有丰富腐殖酸和无机养分,对促进作物生长,提高作物质量,克制面源污染和改进土壤理化性质具有十分重要的作用。目前我国腐殖酸液肥生产过程中由于存在自动化程度低,反应釜温度控制精度低等问题,导致生产的腐殖酸液肥容易沉淀结晶,产品养分无法达到农作物需求。本课题以某腐殖酸液肥厂为背景,对腐殖酸液肥生产控制系统进行了研究与设计。首先,本文在对腐殖酸液肥生产工艺流程以及影响产品品质主要因素分析的基础上,根据腐殖酸液肥实际生产状况中各工段距离远、控制点分散和关联设备多的特点,提出了基于集散控制(DCS)的腐殖酸液肥生产控制方案并设计了系统的总体架构。同时通过对腐殖酸液肥生产工艺研究发现在其生产控制过程中存在着反应釜温度控制精度低、时滞性强等问题,对反应釜温度的控制阶段进行分析建立了反应釜恒温阶段的数学模型,确定了在对反应釜温度自动控制中采用基于动态矩阵(DMC)串级PID的控制算法,并通过仿真和实际生产运行结果验证了该算法在控制精度方面的优越性。其次,对腐殖酸液肥生产控制系统进行了下位机设计,通过综合分析腐殖酸液肥生产控制系统的性能、结构、应用场合以及成本等方面因素,对系统的监控层、控制层以及现场设备选型和对其I/O点进行分配,完成了控制系统电气回路设计以及PLC端子接线;然后使用西门子PCS7组态软件对系统进行了硬件组态并根据系统控制要求对腐殖酸液肥生产控制系统的软件进行了设计;采用OPC技术使PLC和MATLAB进行数据交互,实现了反应釜温度控制优化算法在腐殖酸液肥生产控制系统中的应用。最后,对腐殖酸液肥生产控制系统进行了上位机组态设计,包括各个工段控制界面、整体工艺流程界面、配方界面、异常报警等界面的设计,使工程师和操作员能够对腐殖酸液肥生产工艺过程进行监控,实时掌控整个腐殖酸液肥生产工艺状况;对腐殖酸液肥生产控制系统的电气线路、网络通迅、设备运行等方面进行了调试,确保系统能够稳定、安全地运行,实现了腐殖酸液肥生产控制系统的智能化控制。
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