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摘 要

本文主要对于传统过程控制实验所存在的一些不足，例如工艺对象过于简单、操作过程不安全、实验内容受限等，提出了采用计算机仿真技术来完成过程控制实验的方法。

本文以经典的TE进程为分析对象，对其进行试验仿真。首先在Simulink中建立TE过程模型，使其能够在无扰动条件下稳定运行，然后在此基础上对TE模型的工艺流程和控制回路进行分析，设计了反应器温度控制回路，并可以稳定运行。接着用组态王软件设计了实验监控系统，并通过OPC技术建立了MATLAB与组态王之间的通讯，这样，实验者不仅可以通过实验监控系统能实时监控TE过程数据，还能对其进行操作控制。最后，通过西门子UG软件建立了TE过程的三维模型，并实现三维模型与MATLAB的协同仿真，通过运动仿真，不仅能直观地观看TE的运行过程，还可以在仿真界面中设置TE过程中某些变量的值，并对变量值进行作图分析。

关键词：TE过程 实验监控系统 OPC通讯 三维建模

Process Control System Design Virtual Simulation Experiment Project Development

Abstract

This article focuses on some of the deficiencies in traditional process control experiments, such as the process object is too simple, the operation process is not safe, the experimental content is limited, etc., a method of using computer simulation technology to complete the process control experiment.

The research object of this paper is the classic TE process, and the experimental simulation and control are carried out. First, the TE process model was established in Simulink to enable it to run stably under disturbance-free conditions. Next, analyzing the process flow and control loop of the TE model. The reactor temperature control loop was designed and could be operated stably. Then use Kingview to configure the system, and build the newsletter between Similink and Kingview through OPC protocol, so that the experimenter can not only supervise the TE process data through the experimental monitoring system, but also carry out Operation control. Finally, the three-dimensional model of the TE process was established through Siemens UG software, and the co-simulation of the three-dimensional model and MATLAB was realized. Through dynamic simulation, we can not only watch the operation process of te directly, but also set the value of some variables in TE process in the simulation interface, and analyze the value of variables by drawing

Keywords: TE procedure；experimental monitoring system；OPC communication；3D modeling

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本课题研究内容 3

第二章 TE控制系统设计和仿真 5

2.1 TE过程 5

2.1.1 过程工艺流程 5

2.1.2 TE过程仿真 7

2.2 反应器温度控制系统设计 9

2.3 本章小结 10

第三章 监控系统设计以及与MATLAB的通讯 11

3.1组态王软件概述 11

3.2 TE过程监控系统的设计 11

3.2.1 TE监控主界面 12

3.2.2 反应器温度监控界面 13

3.2.3 报表系统界面 14

3.2.4 实时趋势曲线界面 16

3.2.5 历史趋势曲线界面 17

3.2.6 组态王软件命令语言的编写 17

3.3 OPC技术简介 18

3.4 仿真系统与监控系统的通讯配置 18

3.4.1 监控系统通讯配置 18

3.4.2 仿真系统通讯配置 19

3.5 本章小结 22

第四章 TE过程的虚拟仿真 23

4.1 UG软件介绍 23

4.2 TE化工装置各部件建模 23

4.2.1 阀门的三维建模 23

4.2.2 反应器的三维建模 24

4.2.3 冷凝器的三维建模 25

4.2.4 汽提塔三维建模 26

4.2.5 气液分离器三维建模 27

4.3 TE装置的装配及运动仿真分析 28

4.3.1 各部件的装配 28

4.3.2 TE过程运动仿真 29

4.3.3 仿真结果分析 30

4.4 本章小结 32

第五章 总结与展望 33

5.1 全文总结 33

5.2 系统评价 33

5.3 展望 34

参考文献 35

致谢 37

1. 绪论

1.1 课题研究背景和意义

过程控制传统实验通常有多个环节，设计各个环节的错误都会对控制系统性能造成一定的影响，有的甚至使控制系统失控，造成安全事故。由于化工过程高危性限制，一般高校的过程控制实验多采用实体“水箱”或“水箱 电加热锅炉”作为被控对象，这种传统实验存在以下问题：

1.工艺对象流程过于简单，不能代表实际化工过程。实验者通过实验不能体验真实的化工过程场景，被控对象无法反映化工过程多变量耦合变化情形；

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