高阶 | 如何根据工艺要求编写控制方案，并进行仿真验证？

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在现代工业生产中，工艺控制方案的有效性直接关系到产品质量和生产效率。如何根据工艺系统的要求，编写一段工艺控制方案进行仿真运行呢？

01

工艺流程

02

控制目标

03

控制策略

04

输入输出参数

05

安全措施

06

仿真运行步骤

PROGRAM BatchReactorControl

VAR

// 设定及输入变量

ratioSetPoint : REAL := 1.0; // A/B比例设定值

temperatureSetPoint : REAL := 80.0; // 目标温度 (°C)

reactionTime : TIME := T#30M; // 反应保持时间

currentTemperature : REAL; // 当前温度 (°C)

// 输出变量

heaterPower : REAL; // 加热器功率输出 (%)

flowControlA : REAL; // A流量控制 (%)

flowControlB : REAL; // B流量控制 (%)

coolingWaterFlow : REAL; // 冷却水流量 (%)

transferPumpState : BOOL := FALSE; // 转移泵状态

// 控制器

temperaturePID : PID; // PID控制器结构体，用于温度控制

// 状态变量

reactionStarted : BOOL := FALSE;

reactionCompleted : BOOL := FALSE;

coolingStarted : BOOL := FALSE;

// 定时器

reactionTimer : TON; // 反应保持定时器

cycleTimer : TON; // 主循环定时器

END_VAR

// PID控制器结构体定义

TYPE PID :

STRUCT

Kp : REAL := 1.5; // 比例增益

Ki : REAL := 0.1; // 积分增益

Kd : REAL := 0.01; // 微分增益

SetPoint : REAL; // 设定值

ProcessValue : REAL; // 过程变量

Output : REAL; // 输出

END_STRUCT

END_TYPE

// 主程序逻辑

cycleTimer(IN := NOT cycleTimer.Q, PT := T#1S); // 设置1秒循环

IF cycleTimer.Q THEN

// 读取传感器数据

currentTemperature := ReadTemperatureSensor();

// 原料投放控制

IF NOT reactionStarted THEN

flowControlA := CalculateFlowControlA(ratioSetPoint);

flowControlB := CalculateFlowControlB(ratioSetPoint);

IF FlowRatesBalanced() THEN

reactionStarted := TRUE;

ELSE

TriggerAlarm('Flow rates unbalanced!');

END_IF;

END_IF;

// 加热控制

IF reactionStarted AND NOT reactionCompleted THEN

temperaturePID.SetPoint := temperatureSetPoint;

temperaturePID.ProcessValue := currentTemperature;

heaterPower := PIDControl(temperaturePID); // 计算新的加热器输出

// 检查温度达到设定值

IF currentTemperature >= temperatureSetPoint THEN

reactionTimer(IN := TRUE, PT := reactionTime);

END_IF;

// 检查反应保持时间

IF reactionTimer.Q THEN

reactionCompleted := TRUE;

heaterPower := 0; // 关闭加热器

END_IF;

END_IF;

// 冷却控制

IF reactionCompleted AND NOT coolingStarted THEN

coolingWaterFlow := StartCooling();

IF currentTemperature <= 30.0 THEN

coolingStarted := TRUE;

coolingWaterFlow := 0; // 停止冷却

END_IF;

END_IF;

// 转移控制

IF coolingStarted THEN

transferPumpState := TRUE; // 启动转移泵

END_IF;

// 安全监控

IF currentTemperature > temperatureSetPoint + 5.0 THEN

TriggerAlarm('Temperature too high!');

heaterPower := 0; // 关闭加热器

END_IF;

// 数据记录

LogData(currentTemperature, heaterPower, flowControlA, flowControlB, coolingWaterFlow);

END_IF;

// PID控制实现示例

FUNCTION PIDControl : REAL

VAR_IN_OUT

PID : PID;

END_VAR

VAR

error : REAL;

P, I, D : REAL;

END_VAR

error := PID.SetPoint - PID.ProcessValue;

P := PID.Kp * error;

I := I + PID.Ki * error * cycleTimer.PT; // 积分项

D := PID.Kd * (error - PID.Output) / cycleTimer.PT; // 微分项

PID.Output := P + I + D;

PIDControl := PID.Output;

// 计算流量控制的函数(需要实现)

FUNCTION CalculateFlowControlA : REAL

VAR_INPUT

ratio : REAL;

END_VAR

// 实现A流量控制逻辑

END_FUNCTION

FUNCTION CalculateFlowControlB : REAL

VAR_INPUT

ratio : REAL;

END_VAR

// 实现B流量控制逻辑

END_FUNCTION

FUNCTION FlowRatesBalanced : BOOL

// 判断流量是否平衡的逻辑

END_FUNCTION

FUNCTION StartCooling : REAL

// 实现冷却水流量控制逻辑

END_FUNCTION

// 传感器读取函数(需要实现)

FUNCTION ReadTemperatureSensor : REAL

// 实现温度传感器读取逻辑

END_FUNCTION

// 报警和数据记录函数(需要实现)

FUNCTION TriggerAlarm

VAR_INPUT

message : STRING;

END_VAR

// 实现报警逻辑

END_FUNCTION

FUNCTION LogData

VAR_INPUT

temperature,heaterPower,flowControlA,flowControlB, coolingWaterFlow : REAL;

END_VAR

// 实现数据记录逻辑

END_FUNCTION

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来源：公众号 仪表圈