基于PKS的聚氯乙烯聚合反应过程温度控制系统优化

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1、基于PKS的聚氯乙烯聚合反应过程温度控制系统优化重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：李亚男指导教师：段其昌教授兼职导师：李斌高工学位类别：工程硕士（控制工程领域）重庆大学自动化学院二O一四年四月ThetemperaturecontrolofPVCpolymerizationbasedonPKSsystemAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessionalDegree

2、ByLiYananSupervisedbyProf.DuanQichangPluralisticSupervisedbySeniorEng.LiBinSpecialty:ME(ControlEngineeringField)CollegeofConstructionManagement&RealEstateofChongqingUniversity,ChongqingChinaApril,2014中文摘要摘要聚氯乙烯，简称PVC，由于其本身有稳定性高，不易被酸、碱腐蚀，耐热等[1]优良特性，这种

3、高分子的有机合成材料，被广泛应用于国内外市场中。近几十年来，随着国民经济的飞速发展，聚氯乙烯在日常生活中的需求日益增加，聚氯乙烯的工业生产正向大型化、复杂化的方向发展。聚氯乙烯聚合反应过程中的反应温度是影响树脂质量和生产效率的直接因素[2]。如何在工艺生产要求更加严格和控制参数相互关系更为复杂的情况下设计出控制效果优秀、鲁棒性强的聚合反应温度控制系统，是聚氯乙烯工业行业中亟待解决的核心问题。本文从聚氯乙烯聚合反应的工艺出发，将聚合反应的温度控制划分为升温、过渡、恒温、终止四个阶段。通过上述几个阶

4、段的分析，得出本文的研究对象温度是大容量、大惯性且带有大滞后的对象。笔者列举了实际聚氯乙烯工业生产过程中国内外常用的DCS控制系统平台，最后选择美国Honeywell公司开发的PKS(ProcessKnowledgeSystem)系统平台作为聚氯乙烯工业生产的过程控制平台。文章利用PKS平台模块化控制构造串级-分程温度控制：串级控制中的副回路控制聚合釜夹套温度，将变化波动较大的变量放在副回路中，抑制扰动，减小扰[4]动对整个控制系统的影响，提高系统的动态性能；利用分程控制满足生产工艺中各个阶段中

5、的温度控制不同的特殊需求。为使聚氯乙烯工业生产有更好的发展前景，同时为提高聚氯乙烯企业的竞争力，聚氯乙烯聚合反应温度控制将追求更高的生产效率和更好的鲁棒性。因此本文中笔者提出预测-串级-分程控制系统，将模型预测控制这种广泛应用于计算机控制的高级控制策略，结合到PKS系统平台中，利用PKS中的模块化设计和模型控制无需对系统进行复杂的系统辨识和数学建模、构造预测模型，在线滚动优化系[6]统的优势改善过程控制系统的稳态和动态性能，提高系统的鲁棒性。文章最后对两种温度控制进行仿真对比，分析串级-分程温度

6、控制和预测-串级-分程温度控制的阶跃响应曲线以及稳定后给定扰动输入后的响应曲线，观测两种控制下的仿真结果，发现预测-串级控制在保证原系统快速响应的前提下减小了超调，减缓系统振荡，保证了对温度的平稳控制。关键字聚氯乙烯，温度，串级控制，分程控制，模型预测，PKSI重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTPolyvinylchloride(PVC),hereinafterreferredtoasthePVC,duetoitsitselfhasahighstability,noteasytoa

7、cid,alkalicorrosion,heatresistanceandotherexcellentcharacteristics,theorganicsynthesisofpolymericmaterials,arewidelyusedindomesticandforeignmarkets.Inrecentdecades,withtherapiddevelopmentofnationaleconomy,theincreaseindemandofpolyvinylchloride(PVC)in

8、thedailylifeandproductionprocessofpolyvinylchloride(PVC)isdevelopinginthedirectionoflarge-scaleandcomplication.Characteristicsandprocessofpolyvinylchloride(PVC)combinedwithchemicalproductionprocess,foundthatthetemperatureintheprocessofPVCpolymerizati