CN101637711A

CN101637711A - 一种反应釜高效控温方法及装置

Info

Publication number: CN101637711A
Application number: CN200910305970A
Authority: CN
Inventors: 杜清府; 屈云飞
Original assignee: Shandong University Weihai
Current assignee: Shandong Shuanglun Co Ltd
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: CN101637711B

Abstract

本发明涉及自动控制技术领域，具体地说是一种反应釜高效温控方法及装置，其特征在包括以下几个步骤：通过外部键盘按键确定开始加热，设定各个阈值，温度传感器获得当前温度，并计算温度偏差E，将温度偏差E与已设阈值以及零点进行比较，进行加热阶段的选择，根据所选加热阶段的判断，输出相应的电压，进行加热，根据所选加热阶段的判断，输出相应的电压，进行加热，重复第三步，计算温度偏差，当温度偏差小于0时，停止温度调节，本发明能够通过通讯接口能够方便的将所采集的参数信息传送至外部计算机进行分析计算，具有结构合理、使用方便、安全准确等显著的优点。

Description

一种反应釜高效控温方法及装置

技术领域：

本发明涉及自动控制技术领域，具体地说是一种反应釜高效控温方法及装置。

背景技术：

反应釜是一种广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料，在使用过程中，应该严格按照产品铭牌上标定的工作压力和工作温度进行操作，以免造成危险，反应釜控制器是可以对反应釜温度等参数进行控制管理的装置，在反应釜的使用过程中不可或缺，目前针对控温系统的控制算法较为流行的有传统的PID调节，改进的PID调节，模糊PID，大林算法，以及以针对大惯性温度调节经典的“调一调等一等”为思想的调节方式，但是，针对反应釜及类似容器的大惯性、纯滞后、非线性等特点，就PID调节方式而言，导致其精确的抽象与建模十分困难，进而，难以确定合适的P、I、D参数，所以经典的PID控制显然不合适，除了有容易产生震荡现象，超调较大等缺点，由于其非线性的特性，对于不同的温度，需要寻找不同的PID参数，不仅增加了工作量，而且没有实际意义，改进的PID和模糊PID，即将PID参数进行分段，每个参数进行模糊处理，能在不同区域选用不同的PID，这种方法虽然较经典PID有更好的控制效果，温度可以稳定在较小的范围之内，但是如果纯粹用这样的调节方式，在实际应用中仍然难以满足高精度的要求，同时也存在针对不同温度选用不同参数的现象，针对大林算法，对于反应釜这样的控制对象，递减锯齿波的输出不仅导致调节过程不平滑，而且容易超调，其输出量的选择也较为麻烦，对于经典的“调一调，等一等”思想的控制显然要求足够长的调节时间，这对于工业控制显然是不合理的，需要说明的是当前较为流行的智能PID控制方法，对于反应釜这样的控制对象没有实际意义，因为对不同的温度有不同的最优PID，自整定一次最优PID所需时间远远超过预期，目前，国内对反应釜温控系统的控制算法，不是温度控制精度达不到要求，就是调节时间过长，而且没有形成一种普遍的高效的控制思想，因此需要一种全新高效的控制算法使得温度控制精度与调节时间都达到最优。

发明内容：

本发明为克服现有技术的不足，针对现有反应釜温度特性具有的大惯性、纯滞后、非线性等特征，以及现有温控方法不准确、数据采集分析不方便、调节时间长等缺点进行了改进，提出一种控制精度高、调节时间短的反应釜高效控温方法及装置。

本发明采用的技术措施是：

一种反应釜高效控温方法，其特征在于包括以下几个步骤：

步骤A：通过外部键盘按键确定开始加热，

步骤B：设定各个阈值，

步骤C：温度传感器获得当前温度，并计算温度偏差E，

步骤D：将温度偏差E与已设阈值以及零点进行比较，进行加热阶段的选择，

步骤E：根据所选加热阶段的判断，输出相应的电压，进行加热，

步骤F：重复步骤C，计算温度偏差，当温度偏差小于0时，停止温度调节。

本发明所述的一种反应釜高效温控方法，当步骤A中选择不加热时，停止温度调节。

本发明所述的一种反应釜高效温控方法，步骤B中设定的阈值包括最大阈值M、亚最大阈值N、目标阈值T。

本发明所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于所述的加热阶段分为全速加热阶段即当E＞M时、亚全速加热阶段即当M＞E＞N时、改进模糊PID调节阶段即当N＞E＞T时，维持加热阶段即当T＞E＞0时，当处于全速加热阶段时，步骤E中采用最大电压进行加热，当处于亚全速加热阶段时，采用小于最大电压的设定电压进行加热，当处于改进模糊PID阶段时，采用模糊PID调节控制，用维持电压与反模糊电压进行加热，当处于维持阶段时，由维持电压进行加热。

本发明所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于当步骤D中温度偏差值E＜0时，停止温度调节。

一种反应釜高效温控装置，包括电源、单片机、温度传感器、转速传感器、控制电路板、液晶显示器、键盘、电路接口插座，其特征在于单片机固定在控制电路板上，控制电路板上设有电源电路、信号输入电路、功率放大电路、加热驱动电路以及电机驱动电路，电路接口插座与控制电路板相连接，温度传感器与转速传感器分别经电路接口插座与控制电路板上的信号输入电路相连接，液晶显示器与控制电路板相连接，键盘与控制电路板相连接，电源与电路接口插座相连接。

本发明可以设有LED指示灯，LED指示灯与控制电路板相连接，用来配合能够显示反应釜温度等参数的LCD使用，指示反应釜的工作状态并给出简洁直观的指示。

本发明可以采用C8051F单片机，通过单片机上的通讯接口能够方便的将所采集的温度、转速等参数信息传送至外部计算机进行分析计算。

本发明在使用过程中，需要将温度传感器与转速传感器分别连接固定在反应釜上，并将反应釜上的加热电阻丝经电路接口插座与控制电路板上的加热驱动电路相连接，电机经电路接口插座与控制电路板上的电机驱动电路相连接，通过操作键盘来打开电源开关，使电源经电路接口插座并通过控制电路板上的电源电路给整个装置上电，此时温度传感器和转速传感器开始工作，对反应釜的温度、转速等参数进行数据的采集，并将数据经控制电路板上的信号输入电路送入单片机中，单片机中事先写入数据处理算法，此时对输入的数据进行初步处理和存储，并根据处理结果输出命令信号，命令信号通过控制电路板上的相应电路分别传送至指示灯、扬声器和液晶显示屏，来直观的显示反应过程中反应釜的各种参数，工作人员通过操作键盘可以输入控制信息，输入的信息通过单片机的处理经加热电路和电机驱动电路传送至加热电阻丝和电机，从而实现根据需要调整反应釜各参数的目的，本发明具有控制精度高、调节时间短、使用效果好等显著的优点。

附图说明：

附图是本发明的结构示意图。

附图标记：单片机1、温度传感器2、转速传感器3、控制电路板4、液晶显示器5、键盘6、电路接口插座7、电源电路8、信号输入电路9、功率放大电路11、加热驱动电路12、电机驱动电路13、LED指示灯14、电源15。

具体实施方式：

一种反应釜高效控温方法，其特征在于包括以下几个步骤：

步骤A：通过外部键盘按键确定开始加热，

步骤B：设定各个阈值，

步骤C：温度传感器获得当前温度，并计算温度偏差E，

步骤F：重复步骤C，计算温度偏差，当温度偏差小于0时，停止温度调节。本发明所述的一种反应釜高效温控方法，当步骤A中选择不加热时，停止温度调节，本发明所述的一种反应釜高效温控方法，步骤B中设定的阈值包括最大阈值M、亚最大阈值N、目标阈值T，本发明所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于所述的加热阶段分为全速加热阶段即当E＞M时、亚全速加热阶段即当M＞E＞N时、改进模糊PID调节阶段即当N＞E＞T时，维持加热阶段即当T＞E＞0时，当处于全速加热阶段时，步骤E中采用最大电压进行加热，当处于亚全速加热阶段时，采用小于最大电压的设定电压进行加热，当处于改进模糊PID阶段时，采用模糊PID调节控制，用维持电压与反模糊电压进行加热，当处于维持阶段时，由维持电压进行加热。

在使用过程中，首先通过外部按键输入信号，确定是否开始加热

一种反应釜高效温控装置，包括电源15、单片机1、温度传感器2、转速传感器3、控制电路板4、液晶显示器5、键盘6、电路接口插座7，其特征在于单片机1固定在控制电路板4上，控制电路板4上设有电源电路8、信号输入电路9、功率放大电路11、加热驱动电路12以及电机驱动电路13，电路接口插座7与控制电路板4相连接，温度传感器2与转速传感器3分别经电路接口插座7与控制电路板4上的信号输入电路9相连接，液晶显示器5与控制电路板4相连接，键盘6与控制电路板4相连接，电源15与电路接口插座7相连接，本发明可以设有LED指示灯14，LED指示灯14与控制电路板4相连接，用来指示反应釜的工作状态并给出简洁直观的指示，本发明可以采用C8051F单片机，通过单片机1上的通讯接口能够方便的将所采集的温度、转速等参数信息传送至外部计算机进行分析计算，本发明在使用过程中，需要将温度传感器2与转速传感器3分别连接固定在反应釜上，并将反应釜上的加热电阻丝经电路接口插座7与控制电路板4上的加热驱动电路12相连接，电机经电路接口插座7与控制电路板4上的电机驱动电路13相连接，通过操作键盘6来打开电源开关，使外部电源通过控制电路板4上的电源电路8给整个装置上电，此时温度传感器2和转速传感器3开始工作，对反应釜的温度、转速等参数进行数据的采集，并将数据经控制电路板4上的信号输入电路9送入单片机1中，单片机1中事先写入数据处理算法，此时对输入的数据进行初步处理和存储，并根据处理结果输出命令信号，命令信号通过控制电路板4上的相应电路分别传送至指示灯14和液晶显示器5，来直观的显示反应过程中反应釜的各种参数，工作人员通过操作键盘6可以输入控制信息，输入的信息通过单片机1的处理经加热驱动电路12和电机驱动电路13传送至加热电阻丝和电机，从而实现根据需要调整反应釜各参数的目的，本发明针对现有反应釜控制器往往采用通用的温度控制器件以及转速控制器件进行组装导致控制效果不准确、数据采集分析不方便等缺点进行了改进，具有控制精度高、调节时间短、使用效果好等显著的优点。

Claims

1.一种反应釜高效控温方法，其特征在于包括以下几个步骤：

步骤A：通过外部键盘按键确定开始加热，

步骤B：设定各个阈值，

步骤C：温度传感器获得当前温度，并计算温度偏差E，

2.根据权利要求1所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于当步骤A中选择不加热时，停止温度调节。

3.根据权利要求1所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于步骤B中设定的阈值包括最大阈值M、亚最大阈值N、目标阈值T。

4.根据权利要求1所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于所述的加热阶段分为全速加热阶段即当E＞M时、亚全速加热阶段即当M＞E＞N时、改进模糊PID调节阶段即当N＞E＞T时，维持加热阶段即当T＞E＞0时，当处于全速加热阶段时，步骤E中采用最大电压进行加热，当处于亚全速加热阶段时，采用小于最大电压的设定电压进行加热，当处于改进模糊PID阶段时，采用模糊PID调节控制，用维持电压与反模糊电压进行加热，当处于维持阶段时，由维持电压进行加热。

5.根据权利要求1所述的一种反应釜高效温控方法，其特征在于当步骤D中温度偏差值E＜0时，停止温度调节。

6.一种反应釜高效温控装置，包括电源、单片机、温度传感器、转速传感器、控制电路板、液晶显示器、键盘、电路接口插座，其特征在于单片机固定在控制电路板上，控制电路板上设有电源电路、信号输入电路、功率放大电路、加热驱动电路以及电机驱动电路，电路接口插座与控制电路板相连接，温度传感器与转速传感器分别经电路接口插座与控制电路板上的信号输入电路相连接，液晶显示器与控制电路板相连接，键盘与控制电路板相连接，电源与电路接口插座相连接。

7.根据权利要求6所述的一种反应釜高效温控装置，其特征在于设有LED指示灯，LED指示灯与控制电路板相连接。

8.根据权利要求6所述的一种反应釜高效温控装置，其特征在于C8051F单片机。