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西安交通大學工程碩士學位論文選題報告書

論文選題名稱:姓名：研究方向：指導教師：

入學時間：2003年9月選題報告時間：2006年5月

一、本研究課題的科學依據和意義(包括科學意義，國內外研究概況，水平和發展趨勢，學術思想，理論根據。)。

一、立項理由、目的、意義

我國合成氨裝置很多，但合成氨裝置的控制水平都比較低，大部分廠家還停留在半自動化水平，靠人工控制的也不少，普遍存在的問題是：能耗大、成本高、流程長，自動控制水平低。這種生產狀況下生產的產品成本高，市場競爭力差，因此大部分化肥行業處于低利潤甚至處于虧損狀態。為了改變這種狀態，除了改變比較落后的工藝流程外，實現裝置生產過程優化控制是行之有效的方法。

合成氨生產裝置是我國化肥生產的基礎，提高整個合成氨生產裝置的自動化控制水平，對目前我國化肥行業狀況，只有進一步穩定生產降低能耗，才能降低成本，增加效益。而實現合成氨裝置的優化是投資少、見效快的有效措施之一。

合成氨裝置優化控制的意義是提高整個合成氨裝置的自動化水平，在現有工藝條件下，發揮優化控制的優勢，使整個生產長期運行在最佳狀態下，同時，優化系統的應用還能節約原材料消耗，降低能源消耗，提高產品的合格率，增強產品的市場競爭能力。

二、國內外概況及發展趨勢

自動化技術包括生產過程控制自動化和事務經營管理自動化兩個方面，屬于當今世界迅速發展和日趨成熟的高新技術。自動化技術的不斷發展也豐富了各種控制軟件的發展，特別是優化控制從理論走向了實際。

隨著微電子計算機、自動化理論和信息技術的日新月異，國外企業采用最新的PC技術發展的DCS系統已普遍應用到各行業生產裝置上去，特別在應用DCS的同時，發展了許多實用的優化軟件。

在國外，合成氨生產的發展大致可分為五個階段：Ⅰ發明階段；Ⅱ技術推廣階段；Ⅲ原料結構變遷階段；Ⅳ單系列大型化階段；Ⅴ節能降耗階段。與工藝相適應的自動化技術也不斷發展，特別是第Ⅲ階段，不同的工藝出現對控制任務提出不同的要求，鑒于當時的儀表條件、控制理論發展情況，主要針對一些重要的工藝參數設置一些簡單的控制回路，并逐步發展為一些串級、比值控制回路。如

作為先進的控制方案推廣離不開計算機的發展，采用計算機控制系統后，隨著計算機的發展，一方面一些控制系統得以有效實現，另一方面也為優化操作提供了硬件基礎。針對合成氨廠的特點，一些非線性濾波采用了計算機輔助優化控制取得了成功，帶來了合成氨生產的明顯提高。目前，世界上許多氨廠都采用了計算機控制或DCS系統。合成氨廠的控制水平達到了一定高度，而且優化和計算機管理的研究和應用達到了一定程度，增加了產量，降低了成本，提高了效率。

二、擬采取的研究方法和技術路線(包括研究工作的總體安

排和進度，計算、實驗方法和步驟及其可行性論證，可能遇到的問題和解決辦法。)采用的研究方法為：先進行理論研究，從合成氨的工藝要求和生產設備具體提點入手，分析應該優化的裝置和重點回路。從重點回路出發更具體的分析每一個優化參數所要關聯的參數，了解和分析這個參數優化前的控制方法，在此基礎上制定新的控制方法，并能用先進控制方法使其得到優化。寫出控制方案，畫出控制方框圖。在此基礎上編制控制程序。將控制程序輸入到DCS系統，并進行離線調試和在線調試，并將優化程序投入運行。記錄投入運行優化控制系統前的參數運行曲線和投入優化控制系統后的運行曲線。分析優化系統的運行情況，提出進一步的修改意見。重復上述過程，進行第二次實驗。直到達到滿意的效果。

工作計劃：制定詳細技術實施方案（1項目論證及前期調研、2方案設計和論證、3編制詳細實施方案、4繪制有關設計圖紙等）；編制軟件；軟件調試和投運；軟件運行考核；操作培訓和技術交流；項目鑒定及歸檔資料。完成以上工作大約需要1年時間。

可能遇到的困難和解決方法：可能遇到的實際困難是：不同的廠家的工藝差異性，使得優化系統不能通用，須針對具體情況和現場狀況作進一步的修正和補充。由于工藝狀況的復雜性，同一個被控參數，由于原料的變化、時間的推進、成分的變化等一些不可控因素的出現，使其不能達到優化的效果。盡可能將所有的影響參數引入優化系統。讓不可控因素越少越好。

三、本項目的特色與創新之處。從八十年代開始，計算機控制系統和DCS系統逐步引進到我國生產過程控制中來，特別是化肥行業，90%以上的大化肥企業都引進了國外的DCS系統，80%以上的中化肥企業也都應用了國外的DCS系統，30-40%的小化肥企業也在部分裝置上引進了國內及國外的控制系統。從DCS系統的引進情況看，大部分企業只是用DCS系統代替了原有的儀表系統，有小部分企業在個別回路做了一定的開發工作，總體看來，DCS的應用遠遠沒有發揮其強大的功能優勢。對于合成氨裝置，該裝置的最大特點是工藝流程長，反應在高溫、高壓下進行，自動化設計比較簡單，手動操作率高。為了更好控制整個合成氨裝置的運行，使整個生產能夠達到節能、降耗、穩定、高產的目的，必須在原有初步設計的基礎上，根據工藝操作的需要，進一步開發和利用DCS系統強大的軟件功能，把現代控制理論中一些比較先進的控制算法，應用到合成氨裝置中去。

四、預期研究成果。由于化肥生產裝置是綜合化、大型化、連續化的生產方式，流程結構復雜。我國合成氨廠的規模在不斷擴大，對于這樣裝置能否實現最優設計、最優控制，對基本建設投資、安全生產、產品的成本等都將有很大的影響。合成氨裝置中合成工段和變換工段以及造氣工段的優化控制軟件和硬件，其目的是利用計算機的手段對裝置進行節能降耗，提高化肥廠的生存和競爭能力。

由于國內中小化肥裝置均為非優化設計，各設備未經過正規的流程模擬，在加上裝置改造一直在進行當中，操作條件（工藝參數）基本上都是根據經驗確定，所以優化的難度比較大，同時優化的潛力也很大。

優化控制就是要在線優化操作參數，在現有工藝流程和設備的條件下，利用計算機對生產裝置進行操作參數的優化，進行卡邊操作，節能降耗，降低每噸氨的生產成本，實現裝置的利潤最大化。優化控制是企業挖潛增效的新的有效手段。采用數學模型的手段和多變量優化算法，通過建立造氣、變換系統和合成系統的數學模型，實現了造氣、變換崗位和合成崗位的在線優化控制。

五、已有的研究基礎。天華化工機械自動化研究設計院是長期從事化工自動化和儀表的專業性研究單位。從事化肥過程控制已有30多年的經驗。有一支技術力量雄厚的專業研究隊伍。從八十年代開始就著力于優化控制系統研制和應用，先后在劉家峽化肥廠、河北易縣化肥廠、安陽化肥廠、柳州化肥廠、山東紅日集團等幾家合成氨裝置中都設計并運用了比較DCS系統，取得了比較滿意的效果。在DCS開發方面也積累了相當豐富的經驗，先后開發和應用了橫河公司的YEWPARKMARKⅡ、μXL、CENTUM-XL、CS-1000，美國Honeywell公司的TDC-2000、TDC-3000、Micro-3000、GUS等系統；美國Rosement公司的RS3，PROVAX；德國西門子的PLC、PCS等。

本人自畢業以來，一直從事化肥檢測與控制的研究和應用工作。先后承擔了安陽化肥廠、柳州化肥廠、山東紅日集團、金昌化工集團等單位DCS系統的設計、組態、編程和應用工作。并且在部分控制回路中已成功地應用了比較先進的控制方法。取得了比較滿意的效果。在系統集成、控制優化方面積累了一定的經驗和方法。另外，有導師、同行們的支持和幫助，我相信，經過努力一定能把這個項目做好。六、主要參考文獻目錄。1《小型合成氨廠生產操作問答》；楊春升，化學工業出版社

2《小型合成氨廠生產工藝與操作》；王師祥、楊保和，化學工業出版社。

3《TDC-3000系統操作手冊》Honeywell公司。

4《集散型控制系統的設計與應用》；王常力、廖道文，清華大學出版社。

5《新型控制系統》；俞金壽，化學工業出版社。

6《現代控制理論基礎》；王照林，國防工業出版社。

7《化工儀表及自動化》論文集

8《全國第五次化肥儀表自動化技術交流會以論文集》；化學工業部化肥司

9《DCS、PLC及現場總線論文集》綦希林。七、副導師意見

副導師(簽名):年月日八、導師意見

導師(簽名):年月日

標簽：優化計劃報告