CN109597446A - 一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法，解决的是控制精度，恒温周期长，处理参数多之间不能有效兼顾的技术问题，通过采用步骤一，建立环境参数库，根据高温甲醇制氢的工作环境在环境参数库中选定参数；步骤二，预设恒温目标值，将高温甲醇制氢温度的区间从低到高分为全速升温区，恒温区以及报警区；步骤三，在高温甲醇制氢实时温度位于全速升温区时，将喷嘴风机参数调到额定的最大值进行升温；步骤四，在高温甲醇制氢实时温度位于恒温区时，根据步骤一选定的参数对喷嘴风机的温度输出进行反馈控制，将高温甲醇制氢工作温度稳定在恒温区；步骤五，在高温甲醇制氢温度位于警告区时，输出告警。

Description

一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法

技术领域

本发明涉及高温甲醇制氢领域，具体涉及一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法。

背景技术

目前甲醇作为制氢原料的方法主要有四种：高温分解制氢、部分氧化制氢、蒸气重整制氢以及部分氧化与蒸汽重整联合制氢，这些传统制氢方法(除了电解水制氢以外)的共同特点是都需要在高温环境下进行。

目前的高温甲醇制氢温度控制恒温方法采用的控制方式比较单一，具有控制精度，恒温周期长，处理参数多之间不能有效兼顾的问题。本发明提供了一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法用于解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的控制精度，恒温周期长，处理参数多之间不能有效兼顾的技术问题。提供一种新的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，该高温甲醇制氢温度控制恒温方法具有控制精度高，恒温周期短，处理参数少的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法，所述高温甲醇制氢温度控制恒温方法包括：

步骤一，建立环境参数库，根据高温甲醇制氢的工作环境在环境参数库中选定参数；

步骤二，预设恒温目标值，将高温甲醇制氢温度的区间从低到高分为全速升温区，恒温区以及报警区；

步骤三，在高温甲醇制氢实时温度位于全速升温区时，将喷嘴风机参数调到额定的最大值进行升温；

步骤四，在高温甲醇制氢实时温度位于恒温区时，根据步骤一选定的参数对喷嘴风机的温度输出进行反馈控制，将高温甲醇制氢工作温度稳定在恒温区；

步骤五，在高温甲醇制氢温度位于警告区时，输出告警。

上述方案中，为优化，进一步地，所述反馈控制是使用新型PID算法完成的，新型PID算法的公式为：

M＝K_p*Err+K_i*S_err+K_d*(Err-Err_n-1)

其中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，Err为温度预定值与温度输出值之差，S_err为从第一次开始温度预定值与温度输出值差的总和， Err_n-1为前一次的温度预定值与温度输出值之差。

进一步地，所述喷嘴风机的输出包括无焰燃烧喷嘴的开启频率及占空比和送氧风机的速度。

进一步地，温度值小于恒温目标值-10％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±10％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值110％为报警区。

进一步地，温度值小于恒温目标值-5％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±5％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值105％为报警区。

进一步地，所述步骤五还包括进行降温处理，降温处理由新型PID算法控制。

进一步地，所述步骤一，建立环境参数库，包括采集甲醇制氢环境参数，所述甲醇制氢环境采集包括采集温度数据和压力数据。

进一步地，采集温度数据的方法为低功耗无线远程多点温度采集方法，包括温度采集器、无线中转机和监测终端,所述温度采集器用于实时获取甲醇制氢环境的温度数据，并将温度数据传输至无线中转机，所述无线中转机负责将信息传输至监测终端，所述监测终端用于数据存储和异常警报提醒，所述的温度采集器包括温度传感器、2.4G通讯模块、主控模块和电源模块，所述的无线中转机包括GPRS无线通讯模块、2.4G通讯模块、主控模块和电源模块，所述的 GPRS无线通讯模块用于对监测终端进行数据收发，所述的2.4G通讯模块用于对温度采集器进行数据的收发，所述的温度采集器在出厂时需录入ID编号，所述的温度采集器使用抗磁抗干扰的材料进行封装，同时具有防水防腐蚀功能。

进一步地，压力数据采集方法，包括气压传感器、主控单元、从控单元及显示单元，所述主控单元包括主控单片机、主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块，所述主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块均连接至所述主控单片机；所述从控单元包括从控单片机、从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器，所述从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器均连接至所述从控单片机；所述气压传感器的一端连接至待检测设备，所述气压传感器的另一端连接至所述主控单元的主控单片机，所述从控单元的从控单片机连接至所述显示单元，所述主控单元还包括主控数字显示模块，所述主控数字显示模块连接至所述主控单片机，所述主控单元还包括主控通讯灯，所述主控通讯灯连接至所述主控单片机，所述主控单元还包括主控报警灯，所述主控报警灯连接至所述主控单片机，所述从控单元还包括从控数字显示模块，所述数字显示模块连接至所述从控单片机，所述从控单元还包括从控通讯灯，所述从控通讯灯连接至所述从控单片机，所述从控单元还包括从控报警灯，所述从控报警灯连接至所述从控单片机，所述显示单元为手机或电脑，所述主控无线传输模块及从控无线传输模块均为长距离无线传输模块。

进一步地，压力数据采集方法的步骤为：

1)参数设置：设置主控单片机及从控单片机的工作参数；

2)系统自检：通过主控单片机及从控单片机的模拟运行，保证系统通讯信号畅通；

3)启动检测：

①气压传感器的一端连接至待检测设备，采集待检测设备的气压信号，并将该气压信号传输给主控单元的主控单片机，主控单片机将信号通过主控无线传输模块传输给从控单元的从控无线传输模块，从控无线传输模块将信号传输给从控单片机，从控单片机将信号输出至显示单元，显示单元显示待检测设备的气压信号；

②主控单片机将数字信号传输给主控数字显示模块，在主控数字显示模块上显示主控单元的数字信号；从控单片机将数字信号传输给从控数字显示模块，在从控数字显示模块上显示从控单元的数字信号；

③主控单片机将信号传输给主控通信灯，主控通讯灯常亮；从控单片机将信号传输给从控通信灯，从控通讯灯常亮；当通讯异常时，主控通讯灯及从控通讯灯熄灭；

④主控单片机将信号传输给主控报警灯及主控蜂鸣器，从控单片机将信号传输给从主控报警灯及从控蜂鸣器，当待检测设备的气压异常时，主控蜂鸣器、从控蜂鸣器报警，主控报警灯、从控报警灯亮。

本发明的有益效果：本发明将温度控制进行速率不同的分段控制，实现了控制精度、调整时间之间的有效融合，同时将环境参数加入其中，根据环境参数对应选择适配的控制参数，实现了三者有效合一的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1、实施例1中的高温甲醇制氢温度控制恒温方法流程示意图；

图2、实施例1中的高温甲醇制氢温度控制恒温方法原理框图；

图3、本发明一个实施例中采集温度数据的方法流程图；

图4、本发明一个实施例中压力数据采集系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法，如图1，所述高温甲醇制氢温度控制恒温方法包括：

步骤一，建立环境参数库，根据高温甲醇制氢的工作环境在环境参数库中选定参数；

步骤二，预设恒温目标值，将高温甲醇制氢温度的区间从低到高分为全速升温区，恒温区以及报警区；

步骤三，在高温甲醇制氢实时温度位于全速升温区时，将喷嘴风机参数调到额定的最大值进行升温；

步骤四，在高温甲醇制氢实时温度位于恒温区时，根据步骤一选定的参数对喷嘴风机的温度输出进行反馈控制，将高温甲醇制氢工作温度稳定在恒温区；

步骤五，在高温甲醇制氢温度位于警告区时，输出告警。

具体地，如图2，所述反馈控制是使用新型PID算法完成的，新型PID算法的公式为：

M＝K_p*Err+K_i*S_err+K_d*(Err-Err_n-1)

其中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，Err为温度预定值与温度输出值之差，S_err为从第一次开始温度预定值与温度输出值差的总和， Err_n-1为前一次的温度预定值与温度输出值之差。

具体地，所述喷嘴风机的输出包括无焰燃烧喷嘴的开启频率及占空比和送氧风机的速度。

具体地，温度值小于恒温目标值-10％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±10％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值110％为报警区。

本实施例的新型PID算法是基于原来的PID算法进行的改进，将PID算法公式定义为M＝K_p*Err+K_i*S_err+K_d*(Err-Err_n-1)，并将温度区间进行了差分，使用不同速率实现温度变化。温度变化的速率与环境参数有关。

本实施例中，将温度值小于恒温目标值-5％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±5％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值105％为报警区，会更为降低耗时。

优选地，所述步骤五还包括进行降温处理，降温处理由新型PID算法控制。

如图3所示，在一个实施例中，所述步骤一，建立环境参数库，包括采集甲醇制氢环境参数，所述甲醇制氢环境采集包括采集温度数据和压力数据。

采集温度数据的方法为低功耗无线远程多点温度采集方法，包括温度采集器、无线中转机和监测终端,

每个温度采集器具有唯一ID编号，将温度采集器设置于甲醇制氢环境中的多个位置并记录下每个温度采集器的所在的位置信息，随后统一将位置信息和 ID编号录入监测终端的数据库中。

在2.4G无线技术信息传输工作范围内，选择合适位置放置无线中转机。

温度采集器包括温度传感器、主控模块、2.4G无线通讯模块、和电源模块，由电源模块来保证电力供应，电源模块主要由高能电池、电容供电。温度传感器在主控系统的控制下进行温度数据采集，2.4G无线通讯模块以及连接无线中转机进行数据的收发。

无线中转机包括主控模块、2.4G无线通讯模块、GPRS无线通讯模块和电源模块，电源模块为无线中转机提供电力供应，2.4G无线通讯模块通过串口与无线中转机机身连接，负责控制对2.4G无线通讯模块通讯范围内每个温度采集器进行数据的收发，GPRS无线通讯模块负责实现无线中转机与监测终端的信息有效传输。

设备部署完毕后，通过监测终端发送温度采集指令给无线中转机。

无线中转机的GPRS无线通讯模块接收到指令后传给主控模块进行校验和处理，然后经由2.4G无线通讯模块发给所有在组网内的温度采集器。

温度采集器通过2.4G无线通讯模块接收到指令后传给主控模块进行校验提取，然后主控模块控制温度传感器进行温度数据采集，并将结果通过2.4G无线通讯模块发送给无线中转机。

无线中转主机将收集到的温度数据经过主控模块进行加工处理后，经由 GPRS无线通讯模块发送给远端的监测终端。

在监测终端设定有电力设备各位置表面的正常温度范围，当测得的温度不在正常范围内，监测终端会收到警报提醒，待人为到现场检查排除问题后恢复正常使用。

如图4所示，在一个实施例中，

压力数据采集系统：包括气压传感器、主控单元、从控单元及显示单元，主控单元包括主控单片机、主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块，主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块均连接至主控单片机；从控单元包括从控单片机、从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器，从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器均连接至从控单片机；气压传感器的一端连接至待检测设备，气压传感器的另一端连接至主控单元的主控单片机，从控单元的从控单片机连接至显示单元，主控单元与从控单元之间通过无线传输模块进行数据传输，信号反馈迅速准确，节省时间，且检测稳定性强、检测安全性高，检测方便快捷，提高检测效率。

主控单元还包括主控数字显示模块，主控数字显示模块连接至主控单片机；从控单元还包括从控数字显示模块，数字显示模块连接至从控单片机，在检测过程中主控数字显示模块及从控数字显示模块能够分别实时显示并记录主控单元及从控单元的气压信号，便于数据的实时查看。

主控单元还包括主控通讯灯，主控通讯灯连接至主控单片机；从控单元还包括从控通讯灯，从控通讯灯连接至从控单片机，当通讯异常或中断时，主控通讯灯及从控通讯灯熄灭，提醒工作人员及时进行系统检修，保证数据传输畅通。

主控单元还包括主控报警灯，主控报警灯连接至主控单片机；从控单元还包括从控报警灯，从控报警灯连接至从控单片机，待检测设备的气压异常时，主控报警灯、从控报警灯亮，便于工作人员及时处理，保证待检测设备的工作安全性。

显示单元为手机或电脑，数据显示方便，便于及时查看。

主控无线传输模块及从控无线传输模块均为长距离无线传输模块，适用范围广。

一种无线气压检测采集系统检测方法，其创新之处在于：该检测方法的步骤为：

1)参数设置：设置主控单片机及从控单片机的工作参数；

2)系统自检：通过主控单片机及从控单片机的模拟运行，保证系统通讯信号畅通；

3)启动检测：

①气压传感器的一端连接至待检测设备，采集待检测设备的气压信号，并将该气压信号传输给主控单元的主控单片机，主控单片机将信号通过主控无线传输模块传输给从控单元的从控无线传输模块，从控无线传输模块将信号传输给从控单片机，从控单片机将信号输出至显示单元，显示单元显示待检测设备的气压信号；

②主控单片机将数字信号传输给主控数字显示模块，在主控数字显示模块上显示主控单元的数字信号；从控单片机将数字信号传输给从控数字显示模块，在从控数字显示模块上显示从控单元的数字信号；

③主控单片机将信号传输给主控通信灯，主控通讯灯常亮；从控单片机将信号传输给从控通信灯，从控通讯灯常亮；当通讯异常时，主控通讯灯及从控通讯灯熄灭；

④主控单片机将信号传输给主控报警灯及主控蜂鸣器，从控单片机将信号传输给从主控报警灯及从控蜂鸣器，当待检测设备的气压异常时，主控蜂鸣器、从控蜂鸣器报警，主控报警灯、从控报警灯亮。

上述技术方案的有益效果为：

1.本发明的无线气压检测采集系统，主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块均连接至主控单片机；从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器均连接至从控单片机；气压传感器的一端连接至待检测设备，气压传感器的另一端连接至主控单元的主控单片机，从控单元的从控单片机连接至显示单元，主控单元与从控单元之间通过无线传输模块进行数据传输，信号反馈迅速准确，节省时间，且检测稳定性强、检测安全性高，检测方便快捷，提高检测效率。

2、本发明的无线气压检测采集系统，主控单元还包括主控数字显示模块，主控数字显示模块连接至主控单片机，从控单元还包括从控数字显示模块，数字显示模块连接至从控单片机，在检测过程中主控数字显示模块及从控数字显示模块能够分别实时显示并记录主控单元及从控单元的气压信号，便于数据的实时查看。

3、本发明的无线气压检测采集系统，主控单元还包括主控报警灯，主控报警灯连接至主控单片机，从控单元还包括从控通讯灯，从控通讯灯连接至从控单片机，当通讯异常或中断时，主控通讯灯及从控通讯灯熄灭，提醒工作人员及时进行系统检修，保证数据传输畅通。

4、本发明的无线气压检测采集系统，主控单元还包括主控报警灯，主控报警灯连接至主控单片机，从控单元还包括从控报警灯，从控报警灯连接至从控单片机，当待检测设备的气压异常时，主控报警灯、从控报警灯亮，便于工作人员及时处理，保证待检测设备的工作安全性。

5、本发明的无线气压检测采集系统，显示单元为手机或电脑，数据显示方便，便于及时查看。

6、本发明的无线气压检测采集系统，主控无线传输模块及从控无线传输模块均为长距离无线传输模块，适用范围广。

7、本发明设计科学合理，检测稳定性强，抗干扰能力强，检测安全性高，信号反馈迅速准确，节省时间，检测方便快捷，提高检测效率。

本实施例的其余部分均为现有技术，不再赘述。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：所述高温甲醇制氢温度控制恒温方法包括：

步骤一，建立环境参数库，根据高温甲醇制氢的工作环境在环境参数库中选定参数；

步骤二，预设恒温目标值，将高温甲醇制氢温度的区间从低到高分为全速升温区，恒温区以及报警区；

步骤三，在高温甲醇制氢实时温度位于全速升温区时，将喷嘴风机参数调到额定的最大值进行升温；

步骤四，在高温甲醇制氢实时温度位于恒温区时，根据步骤一选定的参数对喷嘴风机的温度输出进行反馈控制，将高温甲醇制氢工作温度稳定在恒温区；

步骤五，在高温甲醇制氢温度位于警告区时，输出告警。

2.根据权利要求1所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：所述反馈控制是使用新型PID算法完成的，新型PID算法的公式为：

M＝K_p*Err+K_i*Serr+K_d*(Err-Err_n-1)

其中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，Err为温度预定值与温度输出值之差，S_err为从第一次开始温度预定值与温度输出值差的总和，Err_n-1为前一次的温度预定值与温度输出值之差。

3.根据权利要求1所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：所述喷嘴风机的输出包括无焰燃烧喷嘴的开启频率及占空比和送氧风机的速度。

4.根据权利要求1所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：温度值小于恒温目标值-10％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±10％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值110％为报警区。

5.根据权利要求1所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：温度值小于恒温目标值-5％的为全速升温区，温度值位于恒温目标值±5％为恒温区，喷嘴风机的温度输出大于恒温目标值105％为报警区。

6.根据权利要求1-5任一所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：所述步骤五还包括进行降温处理，降温处理由新型PID算法控制。

7.根据权利要求1所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：所述步骤一，建立环境参数库，包括采集甲醇制氢环境参数，所述甲醇制氢环境数据采集包括采集温度数据和压力数据。

8.根据权利要求7所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：采集温度数据的方法为低功耗无线远程多点温度采集方法，包括温度采集器、无线中转机和监测终端,所述温度采集器用于实时获取甲醇制氢的工作环境的温度数据，并将温度数据传输至无线中转机，所述无线中转机负责将信息传输至监测终端，所述监测终端用于数据存储和异常警报提醒，所述的温度采集器包括温度传感器、2.4G通讯模块、主控模块和电源模块，所述的无线中转机包括GPRS无线通讯模块、2.4G通讯模块、主控模块和电源模块，所述的GPRS无线通讯模块用于对监测终端进行数据收发，所述的2.4G通讯模块用于对温度采集器进行数据的收发，所述的温度采集器在出厂时需录入ID编号，所述的温度采集器使用抗磁抗干扰的材料进行封装，同时具有防水防腐蚀功能。

9.根据权利要求7所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：压力数据采集方法，包括气压传感器、主控单元、从控单元及显示单元，所述主控单元包括主控单片机、主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块，所述主控A/D信号转换模块、主控充电模块、主控蜂鸣器及主控无线传输模块均连接至所述主控单片机；所述从控单元包括从控单片机、从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器，所述从控无线传输模块、从控A/D信号转换模块、从控充电模块及从控蜂鸣器均连接至所述从控单片机；所述气压传感器的一端连接至待检测设备，所述气压传感器的另一端连接至所述主控单元的主控单片机，所述从控单元的从控单片机连接至所述显示单元，所述主控单元还包括主控数字显示模块，所述主控数字显示模块连接至所述主控单片机，所述主控单元还包括主控通讯灯，所述主控通讯灯连接至所述主控单片机，所述主控单元还包括主控报警灯，所述主控报警灯连接至所述主控单片机，所述从控单元还包括从控数字显示模块，所述数字显示模块连接至所述从控单片机，所述从控单元还包括从控通讯灯，所述从控通讯灯连接至所述从控单片机，所述从控单元还包括从控报警灯，所述从控报警灯连接至所述从控单片机，所述显示单元为手机或电脑，所述主控无线传输模块及从控无线传输模块均为长距离无线传输模块。

10.根据权利要求9所述的高温甲醇制氢温度控制恒温方法，其特征在于：压力数据采集方法的步骤为：

1)参数设置：设置主控单片机及从控单片机的工作参数；

2)系统自检：通过主控单片机及从控单片机的模拟运行，保证系统通讯信号畅通；

3)启动检测：

①气压传感器的一端连接至待检测设备，采集待检测设备的气压信号，并将该气压信号传输给主控单元的主控单片机，主控单片机将信号通过主控无线传输模块传输给从控单元的从控无线传输模块，从控无线传输模块将信号传输给从控单片机，从控单片机将信号输出至显示单元，显示单元显示待检测设备的气压信号；

②主控单片机将数字信号传输给主控数字显示模块，在主控数字显示模块上显示主控单元的数字信号；从控单片机将数字信号传输给从控数字显示模块，在从控数字显示模块上显示从控单元的数字信号；

③主控单片机将信号传输给主控通信灯，主控通讯灯常亮；从控单片机将信号传输给从控通信灯，从控通讯灯常亮；当通讯异常时，主控通讯灯及从控通讯灯熄灭；

④主控单片机将信号传输给主控报警灯及主控蜂鸣器，从控单片机将信号传输给从主控报警灯及从控蜂鸣器，当待检测设备的气压异常时，主控蜂鸣器、从控蜂鸣器报警，主控报警灯、从控报警灯亮。