CN101229501A - 多槽多功能化学反应器的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多槽多功能化学反应器的控制系统和控制方法，所述多槽多功能化学反应器包括至少一个独立的安装有多个化学反应槽的工作站，每一工作站具备至少一个冷却组件、至少一个加热组件、以及至少一个搅拌机构。所述控制系统可以对所述冷却组件、加热组件、以及搅拌机构进行控制，并包括工作模版，工作模版中设置化学反应的操作条件和实时控制参数信息，可以由用户设置，控制系统根据工作模版中设置的信息对所述工作站的反应槽的操作条件和参数进行控制。并且本发明还提供电子实验记录簿，可以将化学反应过程中的相关信息进行记录。利用本发明，可以控制所述多槽多功能化学反应器进行多槽并行反应，能独立控制反应条件。

Description

多槽多功能化学反应器的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及化学合成器的自动控制及处理技术领域，尤其涉及多槽多功能化学反应器的控制系统及控制方法。

背景技术

在化学反应设备领域，目前大多数化学家仍使用传统的化学合成器进行合成反应，传统的化学合成器具有许多缺陷：例如进行并行操作时所需空间巨大，约为59寸×17.5寸，控制复杂不方便操作；并且功能不完善，尤其对于多个化学反应，不能提供每个化学反应的完全独立的操作环境。在化学反应的独立操作中，尤以温度控制最为重要，在合成反应中，能量的输入与减少对控制反应发生、反应停止、稳定试剂以及加快反应速度极为重要。

鉴于上述传统化学合成器的缺陷，在美国专利公开号US2005265905、公开日2005年12月1日所公开的专利文件中，公开了一种多槽多功能化学反应器。该多槽多功能化学反应器具体包括：

a、至少一个独立的工作站，每一个工作站可安装多个化学反应槽。

b、每一工作站具备至少一个冷却组件，连接至所述工作站，用于对所连接的工作站进行冷却。

c、每一工作站具备至少一个加热组件，连接至所述工作站，用于对所连接的工作站进行加热。

d、每一工作站具备至少一个搅拌机构，连接至所述工作站，用于对所连接的工作站内的化学品进行搅拌。

e、控制装置，分别连接所述冷却组件、加热组件、以及搅拌机构，用于对所述冷却组件、加热组件、以及搅拌机构进行控制。

所述的每一工作站具备还可以进一步具备惰性气体保护机构，连接至所述工作站，用于对所连接的工作站施放惰性气体以实施保护。

但是，上述美国专利公开号US2005265905所公开的专利文件中并没有公开具体如何控制所述多槽多功能化学反应器。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种多槽多功能化学反应器的控制系统，从而控制所述多槽多功能化学反应器进行多槽并行反应，能独立控制反应条件，并实现以模版方式操作化学反应。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种对多槽多功能化学反应器的控制方法，从而控制所述多槽多功能化学反应器进行多槽并行反应，能独立控制反应条件，并实现以模版方式操作化学反应。

为了解决上述技术问题，本发明的主要技术方案为：

一种多槽多功能化学反应器的控制系统，所述多槽多功能化学反应器包括：  至少一个独立的安装有多个化学反应槽的工作站，每一工作站具备至少一个冷却组件、至少一个加热组件、以及至少一个搅拌机构；所述控制系统包括：

输入设备，用于输入操作信息；

中央控制模块，用于接收用户的操作信息，运行自动控制程序，输出控制指令；

冷却控制模块，连接所述冷却组件，用于根据所述中央控制模块输出的冷却控制指令分别对各冷却组件进行控制；

加热控制模块，连接所述加热组件，用于根据所述中央控制模块输出的加热控制指令分别对各加热组件进行控制；

搅拌控制模块，连接所述搅拌机构，用于根据所述中央控制模块输出的搅拌控制指令分别对各搅拌机构进行控制；

存储模块，其中存储至少一个工作模版，每一个工作模版中提供多种操作方式和实时控制参数由用户确定，用户通过所述输入设备选择确定工作模版及其操作方式和实时控制参数，并将用户确定的工作模版保存，所述中央控制模块根据用户所保存的工作模版中的操作方式和实时控制参数运行控制程序，输出相应的控制指令和实时控制参数到相关的控制模块。

优选的，所述多槽多功能化学反应器的每一工作站还具备至少一个惰性气体保护装置，所述控制系统进一步包括惰性气体控制模块，与所述惰性气体保护装置连接，用于根据所述中央控制模块输出的惰性气体控制指令分别对各惰性气体保护装置进行控制。

优选的，所述多槽多功能化学反应器进一步包括以下任一种机构或任意种机构的组合：回流机构、去气机构、抽真空机构以及溶剂蒸发机构；

对应的，所述控制系统进一步包括以下任一种模块或任意种模块的组合：

回流控制模块，与所述回流机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的回流控制指令对所述回流机构的溶剂回流进行控制；

去气控制模块，与所述去气机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的去气控制指令对所述去气机构进行去气控制；

抽真空控制模块，与所述抽真空机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的抽真空控制指令对所述抽真空机构进行抽真空控制；

溶剂蒸发控制模块，与所述溶剂蒸发机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的溶剂蒸发控制指令对所述溶剂蒸发机构进行控制。

优选的，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制系统进一步包括以下两个模块或以下任一个模块：

液体转移模块，用于根据所述中央控制模块输出的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至另一个化学反应槽；

液体采样模块，用于根据所述中央控制模块输出的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至一个外界的测试仪器。

优选的，所述控制系统进一步包括：

参数传感器，用于实时检测所述工作站在化学反应过程中的操作条件和参数，将检测结果传输给所述中央控制模块；

所述中央控制模块进一步输出可动态实时显示的化学反应控制过程中的操作条件和参数；

所述中央控制模块进一步以特定的格式输出包含所述操作条件和参数的数据。

优选的，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述中央控制模块针对上述一个或一个以上的工作站，输出可进行循环式和序列式地动态实时显示的信息；或者，所述中央控制模块在预设的时间区间内，针对上述一个或一个以上的工作站，输出显示完信息后即不再重新重复输出显示。

优选的，所述参数传感器实时检测的工作站的操作条件和参数具体为：温度、压力、以及热焓；所述显示设备具体动态实时显示温度、压力、以及热焓、以下参数中的至少一组：温度及其对应时间、压力及其对应时间、热焓及其对应时间。

优选的，所述中央控制模块输出的特定格式为以下格式中的至少一种：图像格式、列表格式、数据流格式、存储构成格式。

优选的，所述控制系统进一步包括安全告警模块，用于对中央控制模块输出的信息进行监视判断，当出现不当信息时，则关闭相关的化学反应槽，并进行告警提示。

优选的，所述中央控制模块进一步用于根据输入设备输入的指令对工作模版进行存储、检索、重复利用以及修订操作。

优选的，所述每一个工作站对应一个工作模版，用户通过所述输入设备设置所述工作模版中的参数并保存，所述中央控制模块根据每个工作站对应的工作模版输出控制指令，对所述工作站进行控制。

优选的，所述控制系统进一步包括一教导模块，其中包括可行的工作模版信息以及教学信息，用于将所述工作模块信息和教学信息输出显示给用户以对用户进行训练。

优选的，所述控制系统进一步包括电子实验记录模块，用于记录中央控制模块在进行处理控制过程中的相关信息。

优选的，所述电子实验记录簿模块内嵌预设格式，以该预设格式存储所述处理控制过程中的相关信息，且所述电子实验记录簿模块记录的信息为只读格式。

优选的，所述电子实验记录簿模块进一步包括意见输入单元，用于提示用户输入意见信息，并记录输入的意见信息。

优选的，所述中央控制模块进一步接收用户通过输入设备输入的编辑修改指令，并对相关信息进行编辑修改。

优选的，所述控制系统进一步包括输入告警模块，用于判断用户通过输入设备输入的信息是否恰当，如果不当，则自动暂停控制系统并提示告警。

优选的，所述控制系统进一步通过通讯网络与远程控制设备进行通讯，接收远程控制设备的控制信号并输出所述化学反应的相关信息给远程控制设备。

一种多槽多功能化学反应器的控制方法，所述多槽多功能化学反应器包括：  至少一个独立的安装有多个化学反应槽的工作站，每一工作站具备至少一个冷却组件、至少一个加热组件、以及至少一个搅拌机构；其特征在于，所述控制方法包括：

接收用户输入的操作信息，运行预设的自动控制程序，按照所述自动控制程序输出的控制指令分别对所述各冷却组件、各加热组件、以及各搅拌机构进行控制；

并设置至少一个工作模版，每一个工作模版中提供多种操作方式和实时控制参数由用户确定，用户选择确定工作模版及其操作方式和实时控制参数后，将用户确定的工作模版保存，根据用户所保存的工作模版中的操作方式和实时控制参数运行所述自动控制程序。

优选的，所述多槽多功能化学反应器还包括惰性气体保护装置，所述控制方法进一步包括对所述惰性气体保护装置进行控制使其按照控制指令对工作站施放或者停止施放惰性气体。

优选的，所述多槽多功能化学反应器进一步包括以下任一种机构或任意种机构的组合：回流机构、去气机构、抽真空机构以及溶剂蒸发机构；

对应的，所述控制方法进一步包括以下任一种操作或任意种操作的组合：

输出控制指令给所述回流机构以对溶剂进行回流处理；

输出控制指令给所述去气机构以进行去气处理；

输出控制指令给所述抽真空机构以进行抽真空处理；

输出控制指令给所述溶剂蒸发机构以进行溶剂蒸发处理。

优选的，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制方法进一步以下两种操作或以下任一种操作：

按照设置的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至另一个化学反应槽；

按照设置的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至一个外界的测试仪器。

优选的，所述控制方法进一步包括：

实时检测所述工作站在化学反应中的操作条件和参数；

动态实时显示化学反应过程中的操作条件和参数；

以特定的格式输出包含所述操作条件和参数的数据。

优选的，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，且所述控制方法进一步包括：

针对上述一个或一个以上的工作站，循环式和序列式地动态实时显示化学反应过程中的操作条件和参数；

或者，在预设的时间区间内，针对上述一个或一个以上的工作站，一次显示所述化学反应过程中的操作条件和参数，显示完后不再重新重复显示。

优选的，所述实时检测的工作站的操作条件和参数具体为：温度、压力、以及热焓；动态实时显示所述操作条件和参数时，需显示以下参数中的至少一组：温度及其对应时间、压力及其对应时间、热焓及其对应时间。

优选的，所述输出的特定格式为以下格式中的至少一种：图像格式、列表格式、数据流格式、存储构成格式。

优选的，所述控制方法进一步包括：对所述检测结果和输出信息进行监视判断，当出现不当信息时，则关闭相关的化学反应槽，并进行告警提示。

优选的，所述控制方法进一步包括：根据用户输入的指令对工作模版进行存储、检索、重复利用以及修订操作。

优选的，为所述每一个工作站对应设置一个工作模版，根据用户指令设置所述工作模版中的参数并保存，并根据每个工作站对应的工作模版输出控制指令，对所述工作站进行控制。

优选的，所述控制方法进一步包括：设置一教导程序，其中包括可行的工作模版信息以及教学信息，按照所述教导程序将所述工作模块信息和教学信息输出显示给用户以对用户进行训练。

优选的，所述控制方法进一步包括：记录所述控制过程中的相关信息，生成电子实验记录。

优选的，按照预设格式记录所述控制过程中的相关信息，且生成的电子实验记录为只读格式。

优选的，在记录所述控制过程中的相关信息时，进一步提示用户输入意见信息，并记录输入的意见信息，保存在所生成的电子实验记录内。

优选的，所述控制方法进一步接收用户输入的编辑修改指令，对所述工作站的操作条件和参数、工作模版、以及控制程序进行编辑、修改。

优选的，所述控制方法进一步包括：判断用户输入的信息是否恰当，如果不当，则自动暂停控制方法并提示告警。

优选的，所述控制方法进一步包括：通过通讯网络与远程控制设备进行通讯，接收远程控制设备的控制信号并输出所述化学反应的相关信息给远程控制设备。

本发明的有益效果包括：

由于本发明提供了多槽多功能化学反应器的控制系统和方法，可以分别对所述化学反应器的各个工作站中的冷却组件、加热组件以及搅拌组件进行独立控制，从而独立控制每个工作站中每一反应槽的冷却、加热、搅拌、以及惰性气体保护等操作，因此独立控制每一反应槽的反应条件，从而控制所述多槽多功能化学反应器进行多槽并行反应。

利用本发明的控制系统来控制多槽多功能化学反应器，可以在每个反应槽上设定温度、搅拌速度、惰性气体保护等反应条件，不但可以节省空间，例如比传统的化学反应合成器节省至少约80％的实验空间，而且还节省时间，例如比传统的化学反应合成器节省63％的时间。

本发明还可以提供以模版方式操作化学反应，控制多槽多功能化学反应器进行多槽并行反应，针对每一反应槽都可以设置工作模版，从而可以根据用户需要对化学反应操作方式和控制参数进行设定，将设置的工作模版保存，控制系统在进行化学反应时，按照所保存的工作模版中设置的信息控制化学反应的条件，从而更加精确地控制化学反应过程，提高化学反应实验的精度。

本发明还可以提供化学反应过程的电子记录簿模块，用于记录化学反应过程中的相关信息，生成电子记录文件，不但方便用户查看和存储实验资料，还可以作为后续实验的参考根据，还可以客制为后续实验的工作模版。

本发明还可以提供远程控制所述化学反应器，从而可以不受具体实验室空间的限制进行实验操作。

附图说明

图1为本发明所述多槽多功能化学反应器的控制系统的组成示意图；

图2为远程控制设备的组成示意图；

图3为远程控制设备通过通讯网络与所述多槽多功能反应器的控制系统进行交互的网络示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

本发明所述的控制系统和方法驱动一多槽多功能化学反应合成器，该多槽多功能化学反应合成器包括一个主机体，且至少包括一个独立的工作站。每一工作站可安装多个化学反应器，所述的一个化学反应器就是一个化学反应槽。

所述每一工作站具备至少一组冷却组件与该工作站形成功能性的连结，用于为该工作站的反应槽进行独立的致冷控温。每一组冷却组件包括一降温组件与所述工作站连接，还包括至少一个注射相变冷媒的入口、热量吸收区域、以及至少一个排除相变冷媒的出口，所述相变冷媒以液态经所述入口注射进入所述热量吸收区域，由液体变为气态，因而可基于瞬间绝热膨胀或相变等机制而达到吸热冷却的效果，所生成的气体经所述出口排出。

所述每一工作站还具备至少一个加热组件该工作站形成功能性的连结，用于为该工作站的反应槽进行独立的加热控温操作。

所述每一工作站还至少连结一个搅拌机构，所述搅拌机构可以对所连接的工作站的反应槽内的化学品进行搅拌。

作为一种具体实施方案，所述每一工作站至少连结一个惰性气体保护装置，该惰性气体保护装置用于输出惰性气体到所述工作站的具体反应槽，对所述工作站反应槽覆盖惰性气体，从而进行惰性气体保护。

此处只介绍了与本发明控制系统和方法相关的多槽多功能化学反应器的组成部分，本发明控制系统和方法所驱动的多槽多功能化学反应合成器的详细组成信息请参考美国专利公开号US2005265905所公开的专利文件，本文中不再赘述。

下面主要介绍本发明所述的控制系统和控制方法。

图1为本发明所述多槽多功能化学反应器的控制系统的组成示意图。参见图1，本发明所述的控制系统和方法主要包括：

输入设备106，用于输入操作信息。具体实施例中可以是计算机设备，例如个人电脑(PC)或笔记本电脑(NB)，所述计算机设备利用传输接口将操作信息输入所述中央控制模块，所述传输接口例如可以是RS232接口。

中央控制模块101，可以是一种中央处理器(CPU)，是整个控制系统的核心，用于接收用户通过输入设备输入的操作信息，运行自动控制程序，输出控制指令给以下所述的各个控制模块，以对各个控制模块进行控制从而控制所述工作站的反应条件和参数。所述自动控制程序可以根据用户的需求由用户进行客制，例如针对具体的化学实验可以客制特定的控制程序，由所述中央控制模块101执行。

冷却控制模块102，连接所述多槽多功能化学反应器的各个冷却组件，用于根据所述中央控制模块101输出的冷却控制指令分别对各冷却组件进行控制。在一具体实施例中，所述冷却控制模块102可利用脉宽宽度调制式(PWM)元件与半导体金属氧化物(MOS)管控制冷却组件的相变冷媒入口的冷媒阀，通过控制该冷媒阀电源的开和关控制所述冷媒的流入，从而控制冷却效果。所述每个冷却组件都可以对应一个冷却控制模块102，例如假设需要对某一个工作站进行冷却降温处理，则中央控制模块101输出冷却控制指令给所述工作站对应冷却组件的冷却控制模块102发送控制指令，从而控制所述冷却组件进行降温。

加热控制模块103，连接所述多槽多功能化学反应器的各个加热组件，用于根据所述中央控制模块101输出的加热控制指令分别对各加热组件进行控制。在一具体实施例中，所述加热控制模块可以利用PWM和MOS关控制加热组件中加热块电源的功率及开和关，从而控制加热块的加热速度，调整对应工作站的温度。所述每个加热组件都可以对应一个加热控制模块，从而可以对每个加热组件分别进行控制。

搅拌控制模块104，连接所述多槽多功能化学反应器的各个搅拌机构，用于根据所述中央控制模块101输出的搅拌控制指令分别对各搅拌机构进行控制。在一具体实施例中，所述搅拌控制指令为电压与电流信号，所述搅拌控制模块104中包括OP运算器放大所述搅拌控制指令的电压与电流信号，用来控制所述搅拌机构中马达的转速与转向，从而控制所述搅拌机构以用户要求的速度和方向转动，甚至以交替方向转动。所述每个搅拌机构都可以对应一个搅拌控制模块104，从而可以对每个搅拌机构进行控制。

存储模块105，具体可以是可擦写存储器(STORAGE)，其中存储至少一个工作模版，每一个工作模版中提供多种操作方式和实时控制参数由用户确定，用户通过所述输入设备选择确定工作模版及其操作方式和控制参数，并将用户确定的工作模版保存，所述中央控制模块101根据用户所保存的工作模版中的操作方式和控制参数运行控制程序，输出相应的控制指令和控制参数到相关的控制模块。所述每一个工作站甚至每一个反应槽都可对应一个工作模版，用户通过所述输入设备设置所述工作模版中的参数并保存，所述中央控制模块101根据每个工作站对应的工作模版输出控制指令，对相应的工作站或反应槽进行独立控制。

当用户启动所述反应器和控制系统时，控制系统会按照用户开始设定的工作模版所选择操作方式和实时控制参数进行控制。

为了进行模版式操作，所述工作模版中设置的操作方式包括：加热、冷却、惰性气体保护、搅拌、加热搅拌、冷却搅拌、惰性气体保护搅拌、常温搅拌等操作方式，并提供不同的操作步骤顺序供用户选择。每种操作方式内都包括对应的控制参数，例如反应物用量、反应时间、加热速度、冷却速度、目标温度、搅拌速度等。

所述中央控制模块101还可进一步用于根据输入设备输入的指令对工作模版进行存储、检索、重复利用以及修订操作，以供后续使用。所述中央控制模块101中还进一步包括一教导模块，其中包括可行的工作模版信息以及教学信息，用于将所述工作模块信息和教学信息输出显示给用户以对用户进行训练，以使用户了解怎样选择确定、怎样客制工作模版以及工作模版中的操作方式和实时控制参数，从而教导用户制定可行的工作模版并保存。

本发明还包括静态随机记忆体110(MEMORY)，作为所述控制系统的内存，用于记录处理信息和反应的资料。

作为一种实施例，本发明所驱动的所述多槽多功能化学反应器的每一工作站还具备至少一个惰性气体保护装置，所述控制系统和方法进一步包括惰性气体控制模块107，与所述各个惰性气体保护装置连接，用于根据所述中央控制模块101输出的惰性气体控制指令分别对各惰性气体保护装置进行控制。所述惰性气体控制指令为电压与电流信号，所述惰性气体控制模块107中包括电晶体，用于放大所述惰性气体控制指令的电压与电流信号，用来控制所述惰性气体保护装置中阀门的开启与闭合，从而控制所述惰性气体保护装置以用户要求的气体用量施放惰性气体。所述工作模版中还进一步包括惰性气体操作方式及参数由用户设置，所述中央控制模块101根据控制程序和工作模版输出惰性气体控制指令给所述惰性气体控制模块107以进行惰性气体控制。

作为一种实施例，本发明所述控制系统和方法还包括一个解码集成电路(IC)模块108，用于接收中央控制模块101输出反应槽状态信号，对该反应槽状态信号进行数位解码，控制所述多槽多功能化学反应器的LED显示灯，来显示反应槽的状态。

作为一种实施例，本发明所述的控制系统和方法还可以包括其它控制模块109，用于根据实际化学反应需要对所述化学反应器进行控制。例如，本发明所驱动的所述多槽多功能化学反应器可进一步包括以下任一种机构或任意种机构的组合：回流机构、去气机构、抽真空机构以及溶剂蒸发机构。对应的，所述控制系统和方法的其它控制模块109可以是以下任一种模块或任意种模块的组合：

回流控制模块，与所述回流机构连接，用于根据所述中央控制模块101输出的回流控制指令对所述回流机构的溶剂回流进行控制。例如在一种实施方式中，所述回流控制模块可利用PWM元件与MOS管控制回流机构的回流止塞，通过电流和电压信号控制该回流止塞的动作，从而控制溶剂的回流。

去气控制模块，与所述去气机构连接，用于根据所述中央控制模块101输出的去气控制指令对所述去气机构进行去气控制。例如在一种实施方式中，所述去气控制模块可利用PWM元件与MOS管控制去气机构中排气口的控制阀，通过电流和电压信号控制该排气口的开关或流量，从而控制去气动作。

抽真空控制模块，与所述抽真空机构连接，用于根据所述中央控制模块101输出的抽真空控制指令对所述抽真空机构进行抽真空控制。例如在一种实施方式中，所述抽真空控制模块可以将来自中央控制模块的抽真空控制指令转换为电压与电流信号，利用所述电压与电流信号控制抽真空机构中的真空控制阀，从而对真空的抽取动作进行控制。

溶剂蒸发控制模块，与所述溶剂蒸发机构连接，用于根据所述中央控制模块101输出的溶剂蒸发控制指令对所述溶剂蒸发机构进行控制。例如在一种实施方式中，所述溶剂蒸发控制模块可以将来自中央控制模块的溶剂蒸发控制指令转换为电压与电流信号，利用电压与电流信号控制溶剂蒸发机构中的蒸发器，从而对该溶剂蒸发机构中的溶剂蒸发状况进行控制。

所述工作模版中进一步包括所述回流操作方式及参数、去气操作方式及参数、抽真空操作方式及参数、溶剂蒸发操作方式及参数由用户设置，所述中央控制模块101根据所述工作模版和控制程序输出具体控制指令给对应的控制模块以进行控制操作。

作为一种实施例，本发明所驱动的多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制系统的其它控制模块109还可以是液体转移模块，连接所述化学反应器中的不同的化学反应槽，所述工作模版中进一步包括对液体转移模块的操作方式及控制参数，例如转移时间、转移速度、转移量等，所述中央控制模块101根据控制程序和工作模版输出转移时间、转移速度、和转移量给所述液体转移模块，控制液体转移模块将化学反应液体从一个化学反应槽转移至另一个化学反应槽。例如在一种实施方式中，所述液体转移模块将中央控制模块101输出的转移时间、转移速度、转移量转换成电压和电流信号，利用这些电信号控制相应的转移机构从某一个化学反应器中以所述转移速度抽出所述转移量的反应液体，并在所述转移时间内将所述反应液体输入到另一个化学反应槽中。

作为另一种实施例，本发明所驱动的多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制系统的其它控制模块109还可以是液体采样模块，连接所述化学反应器中的不同的化学反应槽，所述工作模版中进一步包括对液体采样模块的操作方式和实时控制参数，例如转移时间、转移速度、转移量等，所述中央控制模块101根据控制程序和工作模版输出转移时间、转移速度、转移量给所述液体采样模块，控制液体采样模块将化学反应液体从一个化学反应槽转移至一个外界的测试仪器。例如在一种实施方式中，所述液体采样模块将中央控制模块101输出的转移时间、转移速度、转移量转换成电压和电流信号，利用这些电信号控制相应的转移机构从某一个化学反应器中以所述转移速度抽出所述转移量的反应液体，并在所述转移时间内将所述反应液体输入到所述外界的测试仪器中。

参见图1，本发明所述的控制系统和方法还进一步包括参数传感器，用于实时检测所述工作站的操作条件和参数，将检测结果传输给所述中央控制模块101。所述参数传感器具体为：

搅拌速度传感器111，采用光遮断器检测所述搅拌机构的马达转速，并将转速回传给中央控制模块101。

温度传感器112，采用热偶线测量所述反应器中的反应液体温度以及反应槽周边的温度，将检测到的温度回传给中央控制模块101。

功率传感器113，采用测流计(Current meter)来检测加热组件的输出功率，将检测到的输出功率回传给中央控制模块101。功率传感器113的回传信号可为DC电流，电压通常在2.5V～5V之间，通过其中的运算放大器转为CPU可接收的DC电流，通常为0～2.5V，CPU内部可依据电流、电流能量转换比例以及时间计算出功率。

本发明所述化学反应系统的热焓(以下简称h1)可以根据反应系统内各组成部分(例如溶剂、玻璃瓶、铝质反应槽等)的比热及质量(这些参数均为已知)计算出。而外部提供或移除的热量(以下简称h2)可由功率传感器而测知，此外反应瓶内溶剂的温度、反应槽温度也可由温度传感器测量出，通过其各自的比热、温度、质量，可计算出反应系统的总热量。

当反应发生时，反应系统测知除h1及h2以外的热量变化时(该热量的单位时间变化以Δh3表示)，，当Δh3＞0时，即可测知反应开始时间(t_i)，随反应发生Δh3先增后减，当Δh3开始收敛至趋近于零时，反应接近停止，可测知反应结束时间(t_f)。将t_i至t_f的热量Δh3积分能算出反应放热或吸热量，再由已知反应物之量(mole)可求得反应热。

所述控制系统和方法还包括外界的显示设备114，中央控制模块101输出可动态实时显示的化学反应控制过程中的操作条件和参数给所述显示设备。所述显示设备可以是PC或NB的显示屏，由所述中央控制模块101输出用于显示的参数和数据给所述PC或NB，由PC或NB显示。动态实时显示的信息至少包括：温度、压力、热焓、搅拌速度等，以及以下参数中的至少一组：温度及其对应时间、压力及其对应时间、热焓及其对应时间。用户可以从动态实时显示的信息中监控化学反应的所有参数，并通过输入设备进行手动修改、删除或扩张任何参数、控制程序或工作模版，以操作所述控制系统。

对于输入设备106，所述中央控制模块101进一步接收用户通过输入设备输入的编辑修改指令，并对相关信息进行编辑修改。所述的编辑修改指令可以针对所述工作站的操作条件和参数、工作模版、以及控制程序进行编辑、修改。

作为一种实施例，所述控制系统和方法进一步包括输入告警模块，可以设置在中央控制模块101中，用于判断用户通过输入设备输入的信息是否恰当，如果不当，则自动暂停控制系统并提示告警。例如，所述输入信息可以是反应物信息、溶剂信息、操作参数信息、操作模版信息、操作程序信息等，可以在存储模块105中存储不当信息的判断标准，当输入设备输入信息时，将输入的信息与保存的判断标准信息进行比较，以此来判断输入信息是否不当，当输入判断出输入不当信息时，则自动暂停控制系统并提醒用户输入信息不当，并给予用户以修改的机会。

所述的中央控制模块101还可进一步以特定的格式输出包含所述操作条件和参数的数据给输出设备115，该输出设备例如可以是PC或NB。所述中央控制模块101输出的特定格式为以下格式中的至少一种：图像格式、列表格式、数据流格式、存储构成格式。用户可以按照需求从所述输出设备115中取回资料和数据。

在一种实施例中，对于接口设备116，可以选择使用RS232接口或者是USB接口与PC和NB沟通，也可以使用触摸屏输出信息以及可从液晶显示器(LCD)中看到输出的反应资料。

当所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站时，所述中央控制模块101针对上述一个或一个以上的工作站，输出可进行循环式和序列式地动态实时显示的数据与资料进行显示；或者，所述中央控制模块101在预设的时间区间内，针对上述一个或一个以上的工作站，输出显示完数据和资料后即不再重新重复输出显示所述数据和资料，即一次显示所述检测到的操作条件和参数，显示完后不再重新重复显示。

在一种实施例中，所述控制系统和方法进一步包括安全告警模块，可以设置在所述中央控制模块101内，用于对中央控制模块101输出的化学反应过程的数据和资料进行监视判断，当出现不当信息时，则关闭相关的化学反应槽，并进行告警提示，通知用户处理所出现的问题。例如可以在存储模块105中存储不被接受的输出数据和参数，包括操作条件和环境状况信息等等，当中央处理器输出信息时，可以将输出的信息与保存的不被接受信息进行比较，以此来判断输出信息是否不当。

本发明所述的控制系统和方法还可进一步包括电子实验记录簿模块(Digital Laboratory Notebook)118，可以通过总线(BUS)117与中央控制模块101进行信息交互，用于记录中央控制模块101在进行化学反应处理控制过程中的相关信息，例如包括控制程序运行信息、所有反应变量、数据格式、反应参数、热焓变化、日期、时间以及使用者信息等等各项参数。所述电子实验记录簿模块内嵌预设格式，以该预设格式存储所述处理控制过程中的相关信息，且所述电子实验记录簿模块记录的信息为只读格式。所述电子实验记录簿模块中还包括意见输入单元，在实际实现上可以是一个意见输入区，用于提示用户输入意见信息，例如用户在化学实验中所观察到的现象、意见以及结论等，并记录输入的意见信息。所述电子实验记录簿模块与具体的化学反应对应，可以由用户利益客制化的程序编制。

本发明所述的控制系统和方法还可以通过通讯网络(Network)200与远程控制设备300进行通讯。图2为远程控制设备的组成示意图。参见图2，远程控制设备主要包括：

服务器201，用于集中提供数据处理服务。

数据库202，用于集中存储数据，所述的服务器201可以通过通讯网络200从多个多槽多功能化学反应器控制系统中收集各个反应槽的反应资料，并将资料传输给数据库202进行整理和存储。

工作模版203，用于提供各种化学反应操作条件和参数，服务器可以将该工作模版203设置的操作条件和参数传输给指定的多槽多功能化学反应器控制系统，由控制系统根据设定的操作条件和参数控制化学反应。

电子邮件服务器204，用于提供电子邮件服务，服务器可以通过电子邮件服务器204将化学反应资料以电子邮件的方式发送到通讯网络上的各个地方。

电子实验记录簿模块118，可以通过总线117与中央控制模块101进行信息交互，用于记录中央控制模块101在进行化学反应处理控制过程中的相关信息，也可以通过局域网206与所述服务器201进行资料交互。

便携式设备205，可以使笔记本电脑或智能手机等移动设备，可以通过通讯网络200以无线方式与所述多槽多功能化学反应器控制系统进行信息交互，可以发送操作指令给所述控制系统，也可以接收显示所述控制系统回传的资料，方便用户进行移动化的实验操作。

图3为远程控制设备通过通讯网络与所述多槽多功能反应器的控制系统进行交互的网络示意图。参见图3，所述多槽多功能化学反应器控制系统300的结构如图1所示，所述远程控制设备可以同时连接控制多个多槽多功能化学反应器控制系统300，可以分别对各个化学反应器进行远程控制，并收集各个化学反应器的反应资料，以方便实验人员的集中处理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (36)

1.一种多槽多功能化学反应器的控制系统，所述多槽多功能化学反应器包括：至少一个独立的安装有多个化学反应槽的工作站，每一工作站具备至少一个冷却组件、至少一个加热组件、以及至少一个搅拌机构；其特征在于，所述控制系统包括：

输入设备，用于输入操作信息；

中央控制模块，用于接收用户的操作信息，运行自动控制程序，输出控制指令；

冷却控制模块，连接所述冷却组件，用于根据所述中央控制模块输出的冷却控制指令分别对各冷却组件进行控制；

加热控制模块，连接所述加热组件，用于根据所述中央控制模块输出的加热控制指令分别对各加热组件进行控制；

搅拌控制模块，连接所述搅拌机构，用于根据所述中央控制模块输出的搅拌控制指令分别对各搅拌机构进行控制；

存储模块，其中存储至少一个工作模版，每一个工作模版中提供多种操作方式和实时控制参数由用户确定，用户通过所述输入设备选择确定工作模版及其操作方式和实时控制参数，并将用户确定的工作模版保存，所述中央控制模块根据用户所保存的工作模版中的操作方式和实时控制参数运行控制程序，输出相应的控制指令和实时控制参数到相关的控制模块。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器的每一工作站还具备至少一个惰性气体保护装置，所述控制系统进一步包括惰性气体控制模块，与所述惰性气体保护装置连接，用于根据所述中央控制模块输出的惰性气体控制指令分别对各惰性气体保护装置进行控制。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，

所述多槽多功能化学反应器进一步包括以下任一种机构或任意种机构的组合：回流机构、去气机构、抽真空机构以及溶剂蒸发机构；

对应的，所述控制系统进一步包括以下任一种模块或任意种模块的组合：

回流控制模块，与所述回流机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的回流控制指令对所述回流机构的溶剂回流进行控制；

去气控制模块，与所述去气机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的去气控制指令对所述去气机构进行去气控制；

抽真空控制模块，与所述抽真空机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的抽真空控制指令对所述抽真空机构进行抽真空控制；

溶剂蒸发控制模块，与所述溶剂蒸发机构连接，用于根据所述中央控制模块输出的溶剂蒸发控制指令对所述溶剂蒸发机构进行控制。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制系统进一步包括以下两个模块或以下任一个模块：

液体转移模块，用于根据所述中央控制模块输出的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至另一个化学反应槽；

液体采样模块，用于根据所述中央控制模块输出的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至一个外界的测试仪器。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括：

参数传感器，用于实时检测所述工作站在化学反应过程中的操作条件和参数，将检测结果传输给所述中央控制模块；

所述中央控制模块进一步输出可动态实时显示的化学反应控制过程中的操作条件和参数；

所述中央控制模块进一步以特定的格式输出包含所述操作条件和参数的数据。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述中央控制模块针对上述一个或一个以上的工作站，输出可进行循环式和序列式地动态实时显示的信息；或者，所述中央控制模块在预设的时间区间内，针对上述一个或一个以上的工作站，输出显示完信息后即不再重新重复输出显示。

7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述参数传感器实时检测的工作站的操作条件和参数具体为：温度、压力、以及热焓；所述显示设备具体动态实时显示温度、压力、以及热焓、以下参数中的至少一组：温度及其对应时间、压力及其对应时间、热焓及其对应时间。

8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制模块输出的特定格式为以下格式中的至少一种：图像格式、列表格式、数据流格式、存储构成格式。

9.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括安全告警模块，用于对中央控制模块输出的信息进行监视判断，当出现不当信息时，则关闭相关的化学反应槽，并进行告警提示。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制模块进一步用于根据输入设备输入的指令对工作模版进行存储、检索、重复利用以及修订操作。

11.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述每一个工作站对应一个工作模版，用户通过所述输入设备设置所述工作模版中的参数并保存，所述中央控制模块根据每个工作站对应的工作模版输出控制指令，对所述工作站进行控制。

12.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括一教导模块，其中包括可行的工作模版信息以及教学信息，用于将所述工作模块信息和教学信息输出显示给用户以对用户进行训练。

13.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括电子实验记录模块，用于记录中央控制模块在进行处理控制过程中的相关信息。

14.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述电子实验记录簿模块内嵌预设格式，以该预设格式存储所述处理控制过程中的相关信息，且所述电子实验记录簿模块记录的信息为只读格式。

15.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述电子实验记录簿模块进一步包括意见输入单元，用于提示用户输入意见信息，并记录输入的意见信息。

16.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制模块进一步接收用户通过输入设备输入的编辑修改指令，并对相关信息进行编辑修改。

17.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括输入告警模块，用于判断用户通过输入设备输入的信息是否恰当，如果不当，则自动暂停控制系统并提示告警。

18.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步通过通讯网络与远程控制设备进行通讯，接收远程控制设备的控制信号并输出所述化学反应的相关信息给远程控制设备。

19.一种多槽多功能化学反应器的控制方法，所述多槽多功能化学反应器包括：至少一个独立的安装有多个化学反应槽的工作站，每一工作站具备至少一个冷却组件、至少一个加热组件、以及至少一个搅拌机构；其特征在于，所述控制方法包括：

接收用户输入的操作信息，运行预设的自动控制程序，按照所述自动控制程序输出的控制指令分别对所述各冷却组件、各加热组件、以及各搅拌机构进行控制；

并设置至少一个工作模版，每一个工作模版中提供多种操作方式和实时控制参数由用户确定，用户选择确定工作模版及其操作方式和实时控制参数后，将用户确定的工作模版保存，根据用户所保存的工作模版中的操作方式和实时控制参数运行所述自动控制程序。

20.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器还包括惰性气体保护装置，所述控制方法进一步包括对所述惰性气体保护装置进行控制使其按照控制指令对工作站施放或者停止施放惰性气体。

21.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，

所述多槽多功能化学反应器进一步包括以下任一种机构或任意种机构的组合：回流机构、去气机构、抽真空机构以及溶剂蒸发机构；

对应的，所述控制方法进一步包括以下任一种操作或任意种操作的组合：

输出控制指令给所述回流机构以对溶剂进行回流处理；

输出控制指令给所述去气机构以进行去气处理；

输出控制指令给所述抽真空机构以进行抽真空处理；

输出控制指令给所述溶剂蒸发机构以进行溶剂蒸发处理。

22.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，所述控制方法进一步以下两种操作或以下任一种操作：

按照设置的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至另一个化学反应槽；

按照设置的转移时间、转移速度、和转移量，将化学反应液体从一个化学反应槽转移至一个外界的测试仪器。

23.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：

实时检测所述工作站在化学反应中的操作条件和参数；

动态实时显示化学反应过程中的操作条件和参数；

以特定的格式输出包含所述操作条件和参数的数据。

24.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述多槽多功能化学反应器至少包括三个工作站，且所述控制方法进一步包括：

针对上述一个或一个以上的工作站，循环式和序列式地动态实时显示化学反应过程中的操作条件和参数；

或者，在预设的时间区间内，针对上述一个或一个以上的工作站，一次显示所述化学反应过程中的操作条件和参数，显示完后不再重新重复显示。

25.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述实时检测的工作站的操作条件和参数具体为：温度、压力、以及热焓；动态实时显示所述操作条件和参数时，需显示以下参数中的至少一组：温度及其对应时间、压力及其对应时间、热焓及其对应时间。

26.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述输出的特定格式为以下格式中的至少一种：图像格式、列表格式、数据流格式、存储构成格式。

27.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：对所述检测结果和输出信息进行监视判断，当出现不当信息时，则关闭相关的化学反应槽，并进行告警提示。

28.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：根据用户输入的指令对工作模版进行存储、检索、重复利用以及修订操作。

29.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，为所述每一个工作站对应设置一个工作模版，根据用户指令设置所述工作模版中的参数并保存，并根据每个工作站对应的工作模版输出控制指令，对所述工作站进行控制。

30.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：设置一教导程序，其中包括可行的工作模版信息以及教学信息，按照所述教导程序将所述工作模块信息和教学信息输出显示给用户以对用户进行训练。

31.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：记录所述控制过程中的相关信息，生成电子实验记录。

32.根据权利要求31所述的控制方法，其特征在于，按照预设格式记录所述控制过程中的相关信息，且生成的电子实验记录为只读格式。

33.根据权利要求31所述的控制方法，其特征在于，在记录所述控制过程中的相关信息时，进一步提示用户输入意见信息，并记录输入的意见信息，保存在所生成的电子实验记录内。

34.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步接收用户输入的编辑修改指令，对所述工作站的操作条件和参数、工作模版、以及控制程序进行编辑、修改。

35.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：判断用户输入的信息是否恰当，如果不当，则自动暂停控制方法并提示告警。

36.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法进一步包括：通过通讯网络与远程控制设备进行通讯，接收远程控制设备的控制信号并输出所述化学反应的相关信息给远程控制设备。

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