CN112965548A - 反应釜温度自动控制方法、阀门开度上下限控制器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的反应釜温度自动控制方法包括如下步骤：获取反应釜内的升温速率下限R_min与升温速率上限R_max，获取加热介质的流量调节阀的初始阀门开度下限L_min与初始阀门开度上限L_max；在采样时刻t获取流量调节阀的阀门开度L_t和反应釜内的升温速率R_t，R_t＝(T_t‑T_t‑1)/Δt，T_t为采样时刻t获取反应釜内的温度检测值，(t‑1)为与采样时刻t相邻的前一采样时刻；根据升温速率R_t与升温速率下限R_min和升温速率上限R_max之间的关系、阀门开度L_t与初始阀门开度下限L_min和初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

Description

反应釜温度自动控制方法、阀门开度上下限控制器及系统

技术领域

本发明涉及化工自动控制技术领域，具体涉及一种反应釜温度自动控制方法、阀门开度上下限控制器及系统。

背景技术

反应釜在化工行业具有非常广泛的应用，反应釜温度控制的效果将直接影响最终产品的质量，因此对反应釜的温度控制方法进行相关研究，提升反应釜温度控制的稳定性具有重要意义。

工业上一般采用PID控制器来调节反应釜的温度，PID控制器通过输出调节信号至反应釜，调整反应釜内的加热介质流量调节阀的阀门开度，进而调整反应釜内的温度，使反应釜内的温度接近PID控制器的温度设定值，PID控制器的参数涉及比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数，各控制参数的变化，会影响输出的调节信号，进而影响反应釜内的温度变化。现有技术中，PID控制器的温度设定值、初始比例增益系数、初始积分增益系数和初始微分增益系数均由人为设置，PID控制器在调节过程中容易使被控变量产生超调，其输出值使得加热介质流量调节阀的阀门开度过大或过小，由于反应釜温度响应的滞后性，超调现象表现的更加明显，因此，对于反应釜的温度控制，常在反应釜反应之前提前设置加热介质流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限，使反应釜调温过程更加平稳，但在加热介质流量调节阀已经接近阀门开度上限或阀门开度下限的前提下，需要进一步调节温度时，因受加热介质流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限的限制，温度调控受到约束。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反应釜温度自动控制方法、阀门开度上下限控制器及系统，根据升温速率R_t与升温速率下限R_min和升温速率上限R_max之间的关系、阀门开度L_t与初始阀门开度下限L_min和初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调节阀门开度上限和阀门开度下限，以克服现有技术的缺陷。

本发明提供的反应釜温度自动控制方法包括如下步骤：获取反应釜内的升温速率下限R_min与升温速率上限R_max，获取加热介质的流量调节阀的初始阀门开度下限L_min与初始阀门开度上限L_max；在采样时刻t获取所述流量调节阀的阀门开度L_t和反应釜内的升温速率R_t，R_t＝(T_t-T_t-1)/Δt，T_t为采样时刻t获取反应釜内的温度检测值，(t-1)为与采样时刻t相邻的前一采样时刻；根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

可选地，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＜T_s，且T_s-T_t＞T₁；其中，T₁为第一设定温度阈值；

L_max-L_t≤L₁，其中L₁为第一设定开度阈值；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第一调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

可选地，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＞T_s，且T_t-T_s＞T₁；

L_t-L_min≤L₂，其中L₂为第二设定开度阈值；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第二调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

可选地，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若0≤R_t<R_min；

L_max-L_t≤L₁；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第三调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

可选地，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若R_t>R_max；

L_t-L_min≤L₂；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第四调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

可选地，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若R_t<0；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第五调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

本发明还提供一种阀门开度上下限控制器，包括至少一个处理模块和至少一个存储模块，至少一个所述存储模块中存储有指令信息，至少一个所述处理模块读取所述指令信息后可执行上述任一项所述的反应釜温度控制方法。

可选地，本发明还提供一种反应釜温度自动控制系统，包括阀门控制器、PID控制器，还包括上述阀门开度上下限控制器；

所述PID控制器用于在采样时刻t获取反应釜内的温度检测值T_t和温度设定值T_s，得到采样时刻t对应的偏差变化率Δe_t＝(e_t-e_t-1)/Δt，其中e_t为采样时刻t的温度偏差，e_t＝T_s-T_t，e_t-1＝T_s-T_t-1；t-1为与采样时刻t相邻的前一采样时刻，Δt为相邻两个采样时刻之间的时间间隔；根据所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t修正PID控制器的比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数，得到修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，利用修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，得到PID控制器的输出值并将其发送至所述阀门控制器；

所述阀门控制器根据所述阀门开度上下限控制器发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器发送的输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

可选地，所述反应釜温度自动控制系统还包括：

前馈控制器，用于获取加热介质出口压力的压力上限P_max和压力下限P_min，获取加热介质出口在采样时刻t的实际压力P_t；并根据所述实际压力P_t与所述压力上限P_max和所述压力下限P_mim之间的关系，得到前馈控制器的输出值U′(t)并将其发送至所述阀门控制器；

其中所述前馈控制器的输出值U′(t)为：

若P_t>P_max，则：U′(t)＝K₁ΔP(t)+b₁，其中，ΔP(t)＝Pt-P_max，K₁和b₁是常数；

若P_t<P_min，则：U′(t)＝K₂ΔP(t)+b₂，其中，ΔP(t)＝Pt-P_min，K₂和b₂是常数；

所述阀门控制器根据所述阀门开度上下限控制器发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器发送的输出值、所述前馈控制器发送的输出值，得到总输出值，根据所述总输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

可选地，所述PID控制器采用模糊-PID控制器。

本发明提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与所述温度设定值T_s之间的关系，获取所述流量调节阀的更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限，在反应釜反应过程中，根据具体反应进程随时调节所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限，既能避免超调现象的发生，又能使反应釜内的温度变化满足不同反应阶段的需求。

附图说明

图1为本发明一个实施例所述反应釜温度自动控制方法流程图；

图2为本发明一个实施例所述阀门开度上下限控制器的硬件连接关系示意图；

图3为本发明一个实施例所述反应釜温度自动控制系统的工作流程示意图。

附图标记：

1：处理模块；2：存储模块；3：阀门控制器；4：PID控制器；5：阀门开度上下限控制器；6：前馈控制器。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本发明实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

图1为本发明一个实施例所述反应釜温度自动控制方法流程图。如图1所示，本发明提供的反应釜温度自动控制方法，包括如下步骤：

S101：获取反应釜内的升温速率下限R_min与升温速率上限R_max，获取加热介质的流量调节阀的初始阀门开度下限L_min与初始阀门开度上限L_max。

所述升温速率下限R_min与所述升温速率上限R_max，以及加热介质的流量调节阀的所述初始阀门开度下限L_min与所述初始阀门开度上限L_max，均在反应釜工作之前由操作人员根据经验人为设定，反应釜内参与反应的物料不同，反应的阶段不同，上述各数值均有可能发生变化。

S102：在采样时刻t获取所述流量调节阀的阀门开度L_t和反应釜内的升温速率R_t，R_t＝(T_t-T_t-1)/Δt，T_t为采样时刻t获取反应釜内的温度检测值，(t-1)为与采样时刻t相邻的前一采样时刻。

所述流量调节阀为电控阀，所述阀门开度L_t可以通过设置阀门开度传感器进行监测，所述阀门开度传感器为现有技术，其工作原理在此不进行详细介绍，相邻两个采样时刻之间的时间间隔可以根据反应釜内反应物质的不同并结合具体反应情况进行调整，例如，可以选取1s、30s、50s、1min或1.5min等不同间隔，相邻采样时刻之间的时间间隔选取的越短，需要计算所述升温速率的采样时刻越密集，反之，相邻采样时刻之间的时间间隔选取的越长，需要计算所述升温速率的采样时刻越稀疏。

S103：根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

所述温度设定值T_s由操作人员在反应釜工作前根据经验及反应需要人为设定，在反应釜工作过程中，随着反应进程的变化，反应釜内的温度需要根据反应进程进行调整以接近所述温度设定值T_s，反应釜内温度的升高通过调节加热介质的流量调节阀的阀门开度进行调整，调大所述阀门开度，使相同时间内注入的加热介质的总量增多，从而进一步提高反应釜内的温度，调小所述阀门开度，使相同时间内注入的加热介质的总量减少，从而减缓反应釜内的温度上升趋势，当调整后的流量调节阀的阀门开度已经达到所述初始阀门开度下限L_min或初始阀门开度上限L_max时，现有技术中，所述初始阀门开度下限L_min或初始阀门开度上限L_max在反应进程中不能调整，此时，即使反应进程需要在所述初始阀门开度下限L_min的基础上继续调小阀门开度，或是需要在所述初始阀门开度上限L_max的基础上继续调大阀门开度，也无法实现，只能将所述流量调节阀的阀门开度保持在所述初始阀门开度下限L_min或保持在所述初始阀门开度上限L_max，而在本实施例中，当所述升温速率R_t、所述阀门开度L_t以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间满足一定的条件时，可以自动调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限，从而得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限，并利用更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限进一步约束所述流量调节阀的阀门开度的调整。

根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与所述温度设定值T_s之间的关系，获取所述流量调节阀的更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限，在反应釜反应过程中，根据具体反应进程随时调节所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限，既能避免超调现象的发生，又能使反应釜内的温度变化满足不同反应阶段的需求。

以上方案中，步骤S103具体可以包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＜T_s，且T_s-T_t＞T₁；其中，T₁为第一设定温度阈值；

L_max-L_t≤L₁，其中L₁为第一设定开度阈值；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第一调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

在本实施例中，所述升温速率R_t处于所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间，也即处于正常范围内，此时，所述温度检测值T_t小于所述温度设定值T_s，且二者之间的差值大于所述第一设定温度阈值T₁，说明此时反应釜内的实际温度与所述温度设定值T_s之间的差距较大，需要加大加热介质的输入量，使反应釜内的实际温度比较快速地达到所述温度设定值T_s，若此时所述初始阀门开度上限L_max与所述阀门开度L_t之间的差值小于等于所述第一设定开度阈值L₁，也即此时所述阀门开度L_t已经接近所述初始阀门开度上限L_max，说明所述阀门开度L_t已经没有很多继续增大的空间，因此，在此种情况下，为了满足反应釜内进一步提高温度的需求，将所述初始阀门开度上限L_max增大第一调整值，得到更新后的阀门开度上限，从而使所述阀门开度L_t能够进一步增大，快速释放更多的加热介质进入反应釜内，进一步提升反应釜内温度，为了防止控制阀门开度的中间过程出现问题，使所述阀门开度L_t减小，在将所述初始阀门开度上限L_max增大第一调整值的同时，也将所述初始阀门开度下限L_min增大第一调整值，得到更新后的阀门开度下限，从而使所述阀门开度L_t不会减小到过低，使反应釜内的温度升温过慢，进而影响反应釜内的反应进程。

以上方案中，步骤S103具体还可以包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＞T_s，且T_t-T_s＞T₁；

L_t-L_min≤L₂，其中L₂为第二设定开度阈值；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第二调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

在本实施例中，所述升温速率R_t处于所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间，也即处于正常范围内，此时，所述温度检测值T_t大于所述温度设定值T_s，且二者之间的差值大于所述第一设定温度阈值T₁，说明此时反应釜内的实际温度与所述温度设定值T_s之间的差距较大，需要减少加热介质的输入量，使反应釜内降低温度升高的速度，若此时所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min之间的差值小于等于所述第二设定开度阈值L₂，也即此时所述阀门开度L_t已经接近所述初始阀门开度下限L_min，说明所述阀门开度L_t已经没有很多继续减小的空间，因此，在此种情况下，为了满足反应釜内减缓温度上升的需求，将所述初始阀门开度下限L_min减小第二调整值，得到更新后的阀门开度下限，从而使所述阀门开度L_t能够进一步减小，从而进一步减少加热介质进入反应釜内，减缓反应釜内温度上升，为了防止控制阀门开度的中间过程出现问题，使所述阀门开度L_t增大，在将所述初始阀门开度下限L_min减小第二调整值的同时，也将所述初始阀门开度上限L_max减小第二调整值，得到更新后的阀门开度上限，从而使所述阀门开度L_t不会增大太多，使反应釜内的温度升温过快，进而影响反应釜内的反应进程。

以上方案中，步骤S103具体还可以包括：

若0≤R_t<R_min；

L_max-L_t≤L₁；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第三调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

在本实施例中，若所述升温速率R_t大于等于0，同时小于所述升温速率下限R_min，说明此时反应釜内的所述升温速率R_t过低，应加大加热介质的注入量，使反应釜内的升温速率在比较短的时间内恢复到正常范围，也即恢复到所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间，若此时所述初始阀门开度上限L_max与所述阀门开度L_t之间的差值小于等于所述第一设定开度阈值L₁，也即所述阀门开度L_t此时已经接近所述初始阀门开度上限L_max，说明所述阀门开度L_t已经没有很多继续增大的空间，因此，在此种情况下，为了满足反应釜内进一步提高升温速率的需求，将所述初始阀门开度上限L_max增大第三调整值，得到更新后的阀门开度上限，从而使所述阀门开度L_t能够进一步增大，快速释放更多的加热介质进入反应釜内，进一步提升反应釜内升温速率，为了防止控制阀门开度的中间过程出现问题，使所述阀门开度L_t减小，在将所述初始阀门开度上限L_max增大第三调整值的同时，也将所述初始阀门开度下限L_min增大第三调整值，得到更新后的阀门开度下限，从而使所述阀门开度L_t不会减小到过低，使反应釜内的升温速率进一步降低，进而影响反应釜内的反应进程。

以上方案中，步骤S103具体还可以包括：

若R_t>R_max；

L_t-L_min≤L₂；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第四调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

在本实施例中，若所述升温速率R_t大于所述初始阀门开度上限L_max，则说明此时反应釜内的所述升温速率R_t过高，应减少加热介质的注入量，使反应釜内的升温速率恢复到正常范围，也即恢复到所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间，若此时所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min之间的差值小于等于所述第二设定开度阈值L₂，也即所述阀门开度L_t此时已经接近所述初始阀门开度下限L_min，说明所述阀门开度L_t已经没有很多继续减小的空间，因此，在此种情况下，为了满足反应釜内降低升温速率的需求，将所述初始阀门开度下限L_min减小第四调整值，得到更新后的阀门开度下限，从而使所述阀门开度L_t能够进一步减小，从而进一步减少加热介质进入反应釜内，降低反应釜内的升温速率，为了防止控制阀门开度的中间过程出现问题，使所述阀门开度L_t增大，在将所述初始阀门开度下限L_min减小第四调整值的同时，也将所述初始阀门开度上限L_max减小第四调整值，得到更新后的阀门开度上限，从而使所述阀门开度L_t不会增大太多，使反应釜内的升温速率不会进一步过快增大，进而影响反应釜内的反应进程。

以上方案中，步骤S103具体还可以包括：

若R_t<0；

则：所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第五调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

在本实施例中，若所述升温速率R_t小于0，说明此时反应釜内的温度处于下降趋势，反应釜内的实际温度与所述温度设定值T_s之间的差距较大，所述阀门开度L_t过小，为了使反应釜内的实际温度尽快达到所述温度设定值T_s，所述阀门开度L_t必然会被调至接近所述初始阀门开度上限L_max，在此种情况下，为了满足反应釜内尽快提高温度的需求，将所述初始阀门开度上限L_max增大第五调整值，得到更新后的阀门开度上限，从而使所述阀门开度L_t能够进一步增大，快速释放更多的加热介质进入反应釜内，进一步提升反应釜内温度，为了防止控制阀门开度的中间过程出现问题，使所述阀门开度L_t减小，在将所述初始阀门开度上限L_max增大第五调整值的同时，也将所述初始阀门开度下限L_min增大第五调整值，得到更新后的阀门开度下限，从而使所述阀门开度L_t不会减小到过低，使反应釜内的温度升温过慢，进而影响反应釜内的反应进程。

以上各实施例中，所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min被调整且经过设定时间后，再一次进行判定，若满足相应条件，则依照上述调节方法，对更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限进一步进行调节。

以上各实施例中，所述阀门开度R_t<0时，需要将反应釜内温度由下降趋势调整为上升趋势，因此，所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max在此种情况下被调整的幅度最大，也即所述第五调整值设置为最大，单纯升温速率小于所述升温速率下限R_min对反应釜内反应进程的影响，要小于所述温度设定值T_s与所述温度检测值T_t之间的差值大于所述第一设定阈值时对反应釜内反应进程的影响，因此，所述第一调整值＜所述第三调整值＜所述第五调整值。同样地，单纯升温速率大于所述升温速率上限R_max对反应釜内反应进程的影响，要小于所述温度检测值T_t与所述温度设定值T_s之间的差值大于所述第一设定阈值时对反应釜内反应进程的影响，因此，所述第二调整值＜所述第四调整值。所述第一调整值、所述第二调整值、所述第三调整值、所述第四调整值和所述第五调整值的具体数值，根据反应釜内参与反应的不同物料及具体反应进程进行调整。

图2为本发明一个实施例所述阀门开度上下限控制器的硬件连接关系示意图。如图2所示，本发明还提供一种阀门开度上下限控制器，包括至少一个处理模块1和至少一个存储模块2，至少一个所述存储模块2中存储有指令信息，至少一个所述处理模块1读取所述指令信息后可执行上述任一实施例所述的反应釜温度控制方法。

图3为本发明一个实施例所述反应釜温度自动控制系统的工作流程示意图。如图3所示，本发明还提供一种反应釜温度自动控制系统，包括阀门控制器3、PID控制器4，还包括上述阀门开度上下限控制器5。

所述PID控制器4用于在采样时刻t获取反应釜内的温度检测值T_t和温度设定值T_s，得到采样时刻t对应的偏差变化率Δe_t＝(e_t-e_t-1)/Δt，其中e_t为采样时刻t的温度偏差，e_t＝T_s-T_t，e_t-1＝T_s-T_t-1；t-1为与采样时刻t相邻的前一采样时刻，Δt为相邻两个采样时刻之间的时间间隔；根据所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t修正PID控制器4的比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数，得到修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，利用修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，得到PID控制器4的输出值并将其发送至所述阀门控制器3；所述阀门控制器3根据所述阀门开度上下限控制器5发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器4发送的输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

所述PID控制器4根据温度偏差和偏差变化率，修正比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数，并利用修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，更新所述PID控制器4的输出值，所述PID控制器4的输出值输出至所述阀门控制器3，将所述PID控制器4的输出值与所述流量调节阀的阀门开度建立对应调节关系，转换为所述流量调节阀可接收的电信号，同时，所述阀门控制器3结合所述阀门开度上限和阀门开度下限，以及所述流量调节阀此时的阀门开度，当所述PID控制器4的输出值转换对应的阀门开度小于此时的所述阀门开度上限或大于此时的阀门开度下限时，所述阀门控制器3根据所述PID控制器4的输出值转换的实际阀门开度，调整所述流量调节阀的阀门开度，当所述PID控制器4的输出值转换对应的阀门开度大于所述阀门开度上限时，所述阀门控制器3输出所述阀门开度上限对应的电信号至所述流量调节阀，当所述PID控制器4的输出值转换对应的阀门开度小于所述阀门开度下限时，所述阀门控制器3输出所述阀门开度下限对应的电信号至所述流量调节阀，当所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系满足调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限的条件时，对所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限进行调整，并将调整后的所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限输出至所述阀门控制器3，所述阀门控制器3根据调整后的阀门开度上限和阀门开度下限，并结合所述PID控制器4的输出值，调整所述流量调节阀的阀门开度。

根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与所述温度设定值T_s之间的关系，获取所述流量调节阀的更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限，在反应釜反应过程中，根据具体反应进程随时调节所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限，既能避免超调现象的发生，又能使反应釜内的温度变化满足不同反应阶段的需求。

反应釜内设置有温度传感器，所述流量调节阀设置有阀门开度传感器，所送温度传感器和所述阀门开度传感器可以分别与所述阀门控制器3连接，将所述温度检测值T_t与所述阀门开度L_t分别传输至所述阀门控制器3，再由阀门控制器3将温度检测值T_t传输至所述PID控制器4，将所述温度检测值T_t和所述阀门开度L_t传输至所述阀门开度上下限控制器5，也可以将所述温度传感器直接与所述PID控制器4连接，将所述温度传感器与所述阀门开度传感器直接与所述阀门开度上下限控制器5连接。

可选地，所述反应釜温度自动控制系统还包括：前馈控制器6，用于获取加热介质出口压力的压力上限P_max和压力下限P_min，获取加热介质出口在采样时刻t的实际压力P_t；并根据所述实际压力P_t与所述压力上限P_max和所述压力下限P_min之间的关系，得到前馈控制器6的输出值U′(t)并将其发送至所述阀门控制器3；

其中所述前馈控制器6的输出值U′(t)为：

若P_t>P_max，则：U′(t)＝K₁ΔP(t)+b₁，其中，ΔP(t)＝Pt-P_max，K₁和b₁是常数；

若P_t<P_min，则：U′(t)＝K₂ΔP(t)+b₂，其中，ΔP(t)＝Pt-P_min，K₂和b₂是常数；

所述阀门控制器3根据所述阀门开度上下限控制器5发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器4发送的输出值、所述前馈控制器6发送的输出值，得到总输出值，根据所述总输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

设置所述前馈控制器6，将加热介质出口的实际压力P_t与所述压力上限P_max和所述压力下限P_min进行比较，在加热介质出口的实际压力P_t发生较大波动时，适当调节所述流量调节阀的阀门开度，在一定程度上克服了加热介质出口压力波动对反应釜温度带来的影响。

在本实施例中，所述压力上限P_max和所述压力下限P_min通过加热介质出口压力的历史数据得到，由操作人员人为输入，当所述实际压力P_t处于所述压力上限P_max和所述压力下限P_min之间时，所述前馈控制器6的输出值为0，当所述实际压力P_t大于所述压力上限P_max或小于所述压力下限P_min时，根据以上公式计算所述前馈控制器6的输出值，公式中的常数根据操作人员的经验设定，且K₁、b₁和K₂、b₂为两组不同的常数。

加热介质出口的管路上安装有压力传感器，用于监测加热介质出口的实际压力P_t，所述压力传感器可以与所述阀门控制器3连接，输出所述实际压力P_t至所述阀门控制器3，再由所述阀门控制器3将所述实际压力P_t传输至所述前馈控制器6，所述压力传感器也可以直接与所述前馈控制器6连接，所述前馈控制器6将输出值传输至所述阀门控制器3，所述阀门控制器3根据所述PID控制器4发送的输出值和所述前馈控制器6发送的输出值，得到总输出值，并将所述总输出值与阀门开度上限或阀门开度下限进行比较后，输出相对应的信号，调整所述流量调节阀的阀门开度。

可选地，所述PID控制器4采用模糊-PID控制器。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，模糊控制的鲁棒性好，对过程参数的变化具有较强的适应能力，具备较好的动态响应性能，常规PID控制具有可靠性高和控制精度高的特点，模糊-PID控制将模糊控制与常规PID控制相结合，兼具两者的优势。

在本实施例中，所述模糊-PID控制器获取反应釜内的温度检测值T_t与温度设定值T_s，并计算温度偏差和偏差变化率，其中，温度偏差e_t＝T_s-T_t，偏差变化率Δe_t＝(e_t-e_t-1)/Δt，Δt为相邻两个采样时刻之间的时间间隔。

所述模糊-PID控制器将所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t进行模糊化处理。根据所述温度偏差e_t的实量值得到所述温度偏差e_t的模糊量，进而得到所述温度偏差e_t的模糊集合{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，根据所述偏差变化率Δe_t的实量值得到所述偏差变化率Δe_t的模糊量，进而得到所述偏差变化率Δe_t的模糊集合{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，其中，NB、NM、NS、ZE、PS、PM和PB分别为负大、负中、负小、零、正小、正中和正大，所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t的实量值通过隶属度函数转化为模糊集合中对应的模糊量，隶属度函数包括三角形函数、高斯函数和梯形函数中的任一函数。

得到所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t的模糊量后，通过模糊规则得到所述模糊-PID控制器的比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数分别对应的模糊量。所述模糊-PID控制器的比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数对应的模糊集合均为{OS，OM，OB，ON，IS，IM，IB}，模糊规则为“如果，那么”的形式，例如：如果e_t＝NB，并且Δe_t＝NB，那么所述积分增益系数对应的模糊量为OS。

本实施例中共有三套模糊规则，分别用来得到所述比例增益系数、所述积分增益系数和所述微分增益系数各自对应的模糊量，所述比例增益系数、所述积分增益系数和所述微分增益系数对应的模糊规则分别如表1、表2和表3所示。

表1：

表2：

表3：

得到所述比例增益系数、所述积分增益系数和所述微分增益系数各自对应的模糊量后，通过解模糊化公式，将各模糊量转化为实量值，在本实施例中，采用的解模糊化方法为加权平均法。

加权平均法解模糊化公式为：

其中，K′为修正后的模糊-PID控制器的参数值，K为初始人为设定的模糊-PID控制器的参数值，u为模糊-PID控制器的参数模糊量，e_t为所述温度检测值与所述温度设定值的偏差。

通过上述公式，分别得到修正后的比例增益系数K_p、修正后的积分增益系数K_I和修正后的微分增益系数K_D，实现模糊-PID控制器参数的实时更新。

所述模糊-PID控制器的输出值U(t)根据下述公式得到：

以上模糊控制算法为现有技术，其具体工作原理在此不进行详细介绍。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种反应釜温度自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取反应釜内的升温速率下限R_min与升温速率上限R_max，获取加热介质的流量调节阀的初始阀门开度下限L_min与初始阀门开度上限L_max；

在采样时刻t获取所述流量调节阀的阀门开度L_t和反应釜内的升温速率R_t，R_t＝(T_t-T_t-1)/Δt，T_t为采样时刻t获取反应釜内的温度检测值，(t-1)为与采样时刻t相邻的前一采样时刻；

根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

2.根据权利要求1所述的反应釜温度自动控制方法，其特征在于，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＜T_s，且T_s-T_t＞T₁；其中，T₁为第一设定温度阈值；

L_max-L_t≤L₁，其中L₁为第一设定开度阈值；

则：

所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第一调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

3.根据权利要求1所述的反应釜温度自动控制方法，其特征在于，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若在第一持续时间内：

R_min≤R_t≤R_max；

T_t＞T_s，且T_t-T_s＞T₁；

L_t-L_min≤L₂，其中L₂为第二设定开度阈值；

则：

所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第二调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

4.根据权利要求1所述的反应釜温度自动控制方法，其特征在于，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若0≤R_t＜R_min；

L_max-L_t≤L₁；

则：

所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第三调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

5.根据权利要求1所述的反应釜温度自动控制方法，其特征在于，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若R_t＞R_max；

L_t-L_min≤L₂；

则：

所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别减小第四调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

6.根据权利要求1所述的反应釜温度自动控制方法，其特征在于，根据所述升温速率R_t与所述升温速率下限R_min和所述升温速率上限R_max之间的关系、所述阀门开度L_t与所述初始阀门开度下限L_min和所述初始阀门开度上限L_max之间的关系，以及所述温度检测值T_t与温度设定值T_s之间的关系，调整所述流量调节阀的阀门开度上限和阀门开度下限以得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限的步骤包括：

若R_t＜0；

则：

所述初始阀门开度上限L_max和所述初始阀门开度下限L_min分别增大第五调整值，得到更新后的阀门开度上限和更新后的阀门开度下限。

7.一种阀门开度上下限控制器，其特征在于，包括至少一个处理模块和至少一个存储模块，至少一个所述存储模块中存储有指令信息，至少一个所述处理模块读取所述指令信息后可执行权利要求1-6任一项所述的反应釜温度控制方法。

8.一种反应釜温度自动控制系统，其特征在于，包括阀门控制器、PID控制器，还包括如权利要求7所述的阀门开度上下限控制器；

所述PID控制器用于在采样时刻t获取反应釜内的温度检测值T_t和温度设定值T_s，得到采样时刻t对应的偏差变化率Δe_t＝(e_t-e_t-1)/Δt，其中e_t为采样时刻t的温度偏差，e_t＝T_s-T_t，e_t-1＝T_s-T_t-1；t-1为与采样时刻t相邻的前一采样时刻，Δt为相邻两个采样时刻之间的时间间隔；根据所述温度偏差e_t和所述偏差变化率Δe_t修正PID控制器的比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数，得到修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，利用修正后的比例增益系数、修正后的积分增益系数和修正后的微分增益系数，得到PID控制器的输出值并将其发送至所述阀门控制器；

所述阀门控制器根据所述阀门开度上下限控制器发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器发送的输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

9.根据权利要求8所述的反应釜温度自动控制系统，其特征在于，还包括：

前馈控制器，用于获取加热介质出口压力的压力上限P_max和压力下限P_min，获取加热介质出口在采样时刻t的实际压力P_t；并根据所述实际压力P_t与所述压力上限P_max和所述压力下限P_min之间的关系，得到前馈控制器的输出值U′(t)并将其发送至所述阀门控制器；

其中所述前馈控制器的输出值U′(t)为：

若P_t＞P_max，则：U′(t)＝K₁ΔP(t)+b₁，其中，ΔP(t)＝Pt-P_max，K₁和b₁是常数；

若P_t＜P_min，则：U′(t)＝K₂ΔP(t)+b₂，其中，ΔP(t)＝Pt-P_min，K₂和b₂是常数；

所述阀门控制器根据所述阀门开度上下限控制器发送的阀门开度上限和阀门开度下限、所述PID控制器发送的输出值、所述前馈控制器发送的输出值，得到总输出值，根据所述总输出值调整加热介质的流量调节阀的阀门开度。

10.根据权利要求8或9所述的反应釜温度自动控制系统，其特征在于：

所述PID控制器采用模糊-PID控制器。

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