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西安交通大学

工程硕士学位论文选题报告

论文题目:

姓氏:

研究方向:

讲师:

参赛时间:2003年9月

选题报告时间:2006年5月

一、本研究课题的科学依据和意义(包括科学意义、国内外研究概况、水平和发展趋势、学术思想和理论基础。)。

一、项目立项的原因、目的和意义

我国合成氨厂很多，但合成氨厂的控制水平相对较低。大部分厂家还停留在半自动水平，很多还是靠手动控制。普遍存在的问题是:能耗高、成本高、流程长、自动化控制水平低。这种生产情况下生产的产品成本高，市场竞争力差，因此大部分化肥行业处于微利甚至亏损状态。要改变这种状态，除了改变落后的工艺流程外，实现装置生产过程的优化控制是一种有效的方法。

合成氨生产装置是我国化肥生产的基础。提高整个合成氨生产装置的自动控制水平，只有进一步稳定生产，降低能耗，才能降本增效。实现合成氨装置的优化是投资少、见效快的有效措施之一。

合成氨装置优化控制的意义在于提高整个合成氨装置的自动化水平，充分发挥现有工艺条件下优化控制的优势，使整个生产长期运行在最佳状态。同时，优化系统的应用还可以节约原材料消耗，降低能耗，提高产品合格率，增强产品的市场竞争力。

二、国内外概况及发展趋势

自动化技术包括生产过程控制自动化和事务管理自动化，属于当今世界迅速发展和日益成熟的高技术。自动化技术的不断发展也丰富了各种控制软件的发展，尤其是最优控制已经从理论走向了实践。

随着微型计算机、自动化理论和信息技术的飞速发展，国外企业采用最新的PC技术开发的DCS系统已广泛应用于各行业的生产装置中，特别是在DCS的应用中，开发了许多实用的优化软件。

在国外，合成氨生产的发展大致可分为五个阶段:ⅰ。发明阶段；Ⅱ.技术推广阶段；Ⅲ.原料结构的变化阶段；ⅳ单系列大型舞台；ⅴ节能降耗阶段。与过程相适应的自动化技术也在不断发展，特别是在第三阶段，不同的过程对控制任务提出了不同的要求。鉴于当时的仪器条件和控制理论的发展，主要是对一些重要的工艺参数设置一些简单的控制回路，逐渐发展为一些串级和比例控制回路。诸如

作为一种先进的控制方案，它的推广离不开计算机的发展。随着计算机的发展，一方面可以有效地实现一些控制系统，另一方面也为优化运行提供了硬件基础。根据合成氨装置的特点，用计算机辅助优化成功地控制了一些非线性过滤器，使合成氨生产有了明显的改善。目前，世界上许多合成氨厂都采用了计算机控制或DCS系统。合成氨装置的控制水平达到了一定水平，优化和计算机管理的研究和应用达到了一定水平，提高了产量，降低了成本，提高了效率。

二、拟采用的研究方法和技术路线(包括研究工作的整体安全性)

安排和进度，计算，实验方法和步骤及其可行性论证，可能出现的问题和解决方案。)

采用的研究方法是:首先进行理论研究，从合成氨的工艺要求和生产设备入手，分析需要优化的设备和关键回路。从关键回路入手，详细分析每个优化参数的相关参数，了解和分析本次参数优化前的控制方法。在此基础上，提出了一种新的控制方法，并用先进控制方法对其进行优化。写控制方案，画控制框图。在此基础上，编制了控制程序。将控制程序输入DCS系统，进行离线调试和在线调试，并将优化后的程序投入运行。记录最优控制系统投运前的参数运行曲线和最优控制系统投运后的运行曲线。分析优化系统的运行情况，并提出进一步的改进建议。重复上述过程进行第二次实验。直到取得令人满意的结果。

工作计划:制定详细的技术实施方案(1项目论证和前期调研，2方案设计和论证，3详细实施方案编制，4绘制相关设计图纸等。);编译软件；软件调试和试运行；软件运行评估；操作培训和技术交流；项目评估和归档资料。完成上述工作大约需要1年。

可能遇到的困难和解决方案:可能遇到的实际困难是:不同厂家的工艺差异使得优化系统不具有通用性，需要根据具体情况和现场条件进行进一步的修正和补充。由于过程的复杂性，同样一个被控制的参数，由于原料的变化、时间的推进、成分的变化等一些不可控因素，并不能达到优化的效果。尽可能将所有影响参数引入优化系统。让不可控因素越少越好。

三。本项目的特点和创新点。

自20世纪80年代以来，计算机控制系统和DCS系统逐渐被引入到我国的生产过程控制中，尤其是在化肥行业。90%以上的大型化肥企业引进了国外的DCS系统，80%以上的中型化肥企业也应用了国外的DCS系统，30-40%的小型化肥企业也在部分装置上引进了国内外的控制系统。从引进的DCS系统来看，大部分企业只是用DCS系统替代原有的仪表系统，少数企业在个别回路做了一些开发工作。总的来说，DCS的应用远远没有发挥其强大的功能优势。对于合成氨厂来说，该厂最大的特点是工艺流程长，反应在高温高压下进行，自动化设计相对简单，人工操作率高。为了更好地控制整个合成氨装置的运行，使整个生产达到节能降耗、稳定高产的目的，需要在原有初步设计的基础上，根据工艺运行的需要，进一步开发利用DCS系统强大的软件功能，将现代控制理论中的一些先进控制算法应用到合成氨装置中。

第四，预期的研究结果。

由于化肥生产装置是综合性、大型化、连续化的生产模式，流程结构复杂。我国合成氨装置的规模不断扩大，对这样的装置能否实现优化设计和控制，对基建投资、安全生产、产品成本等都会产生很大的影响。合成氨厂合成工段、变换工段、造气工段的优化控制软硬件，旨在借助计算机节能降耗，提高化肥厂的生存和竞争力。

由于我国中小型化肥厂都是非优化设计，每台设备都没有经过正式的流程模拟，装置的改造一直在进行，操作条件(工艺参数)基本都是凭经验确定，优化难度大，潜力大。

最优控制是在线优化操作参数。在现有工艺流程和设备条件下，利用计算机优化生产装置的操作参数，达到节能降耗，降低吨氨生产成本，实现装置利润最大化的目的。最优控制是企业挖潜增效的新的有效手段。借助数学模型和多变量优化算法，通过建立气化、变换和合成系统的数学模型，实现气化、变换和合成的在线优化控制。

5.现有研究基础。

天华化工机械自动化研究设计院是一家长期从事化工自动化及仪表专业研究单位。从事化肥过程控制30余年。有一支技术力量雄厚的专业研究团队。自20世纪80年代以来，我们一直致力于优化控制系统的开发和应用。我们在刘家峡化肥厂、河北易县化肥厂、安阳化肥厂、柳州化肥厂、山东红日集团等多家合成氨厂设计应用了DCS系统，取得了满意的效果。积累了丰富的DCS开发经验，先后开发应用了横河公司的YEWPARK MARK、μXL、CENTUM-XL、CS-1000，美国Honey well公司的TDC-2000、TDC-3000、Micro-3000、GUS等系统。RS3，普罗瓦克斯；美国Rosement公司的；德国西门子的PLC、PCS等。

本人毕业后一直从事化肥检测与控制的研究与应用。先后承担了安阳化肥厂、柳州化肥厂、山东红日集团、金昌化工集团等单位DCS系统的设计、组态、编程和应用。先进的控制方法已经成功地应用于某些控制回路中。取得了令人满意的结果。在系统集成和控制优化方面积累了一些经验和方法。另外，在导师和同事的支持和帮助下，我相信通过努力，这个项目会做得很好。

六、主要参考目录。

1小合成氨厂生产运行问答；杨春生，化学工业出版社

2 .小型合成氨厂的生产技术和运行情况；王杨保和，化学工业出版社。

3霍尼韦尔公司TDC-3000系统操作手册。

4分布式控制系统的设计与应用；、廖，清华大学出版社。

5“新控制系统”；余金寿，化学工业出版社。

6现代控制理论基础；王，国防工业出版社。

7《化学仪器与自动化》论文集

第五届全国化肥仪表自动化技术交流会论文集:化学工业部化肥司

齐希林关于DCS、PLC和现场总线的9篇论文。

七。副导师意见

助理导师(签名):

年月日

八、导师的意见

导师(签名):

年月日