CN116804885B - 一种用于八氟环丁烷加温反应控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于八氟环丁烷加温反应控制系统及其控制方法，包括加热器、交流调功模块、通讯接口模块、液晶屏、开关量输入输出模块、监测报警模块、上位机、控制器；加热器通过多个温度采集模块实现对现场不同位置加热温度的信号采集；交流调功模块与控制器连接实现加热器加热功率的控制；通讯接口模块采用串口通信实现与控制器的双向数据交换；液晶屏实现对加温反应控制系统的控制参数的输入以及反馈信号、温度曲线的实时显示；开关量输入输出模块与控制器连接实现对系统中开关量信号的输入、输出控制；上位机与控制器通过无线通信实现加温反应远程控制；控制器结合不同温度控制阶段采取不同的控制策略实现加温反应的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种系统及其方法，尤其是涉及一种用于八氟环丁烷加温反应控制系统及其控制方法；属于化工设备控制领域。
背景技术
八氟环丁烷，又名全氟环丁烷，化学性质稳定，无毒且无臭氧影响，温室效应低，是一种绿色环保型特种气体，主要应用于高压绝缘、超大规模集成电路蚀刻剂、代替氯氟烃的混合制冷剂、气溶胶、清洗剂（电子工业用）、喷雾剂、热泵工作流体等。随着蒙特利尔协议的实施和电子行业的飞速增长，八氟环丁烷的作用日趋重要，使用量也在逐年上升，是一种重要的特种含氟气体。
八氟环丁烷化学式为c–C4F8， 冷冻剂代号为RC318， CAS 注册号为[115–25–3]，相对分子质量200.031，熔点-40.19 ℃，沸点（101.33 kPa 时）- 5.98 ℃，临界温度115.22℃，临界压力2.78 MPa， 临界体积324.8 cm3/mol，气体密度（101.33 kPa，21.1 ℃ 时）8.284 kg/m3，液体密度（25 ℃时）1.495 g/cm3，气体黏度（25 ℃时）1.174 1×10–5 Pa.s，液体黏度（25 ℃时）0.398mPa.s。
八氟环丁烷的制备方法有很多， 如四氟乙烯（TFE）二聚、四氟环丁烷电化学氟化、F12( 二氯二氟甲烷) 高温催化反应，F114( 二氯四氟乙烷) 热解、聚四氟乙烯解聚热解、六氟丙烯生产和F22( 一氯二氟甲烷) 裂解过程中副产物的回收、1,2 –二氯六氟环丁烷与CCl3F 和氟反应等。但是无论哪种方法制备，都需要对其温度作出精确控制，如采用聚合法制备，该方法由四氟乙烯二聚生成八氟环丁烷的方法早在1946 年就提出，也是应用最多的方法。该方法为均相气相可逆反应，是强放热反应，每生成1 mol八氟环丁烷放出约198-206 kJ的热量。四氟乙烯聚合过程大致可分成3个阶段：温度＜ 550 ℃，主要产物是八氟环丁烷；550-700 ℃生成六氟丙烯和全氟异丁烯；高于700 ℃则生成六氟乙烷和高沸物，因此在每一温度段都需要严格控制温度。此外，专利 US2743303A中介绍了将80L乙烯和40L四氟乙烯的混合气体通入石英管中,加热至600 ℃，4 h 后， 冷冻收集反应产物，经过蒸馏收集可得到22 g 1,1,4,4-四氟- 1,3 -丁二烯和22 g 八氟环丁烷。专利RU2076858中介绍了在＜ 70.93 kPa 和400 ~650℃下进行四氟乙烯的聚合反应，四氟乙烯转化率为30% ~ 85%。在480 ℃的镍制反应器中，10.13kPa 下以40 L/h 速率通入四氟乙烯，反应后产物中各组分体积分数为四氟乙烯43.9%、八氟环丁烷53.4%，四氟乙烯聚合转化率为71.7%，八氟环丁烷收率为96.1%。此外，专利US3187056A中介绍了在装填镍网的反应器中，在450 - 700 ℃温度下以1.6 L/h 的流量先通入八氟环己二烯（C6F8），使之分解以对镍网和反应器内表面进行预处理，之后在450- 700 ℃温度下再通入7.5 g CF2ClCF2Cl 进行裂解，可得到2.3g八氟环丁烷和1g 四氟乙烷。
然而，现有技术在八氟环丁烷整个加温反应控制过程中常常采用单一的温度控制策略，如常规控制策略PID控制或自整定模糊PID或专家PID算法等控制，然而，由于加热反应过程中不同时段加热条件不同，如果整个加热过程都采用相同的控制手段，一方面有可能导致控制温度不精确，另一方面有可能存在该快速反应加热时系统反应慢，从而造成资源浪费。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种用于八氟环丁烷加温反应控制系统及其控制方法，其技术方案如下：
用于八氟环丁烷加温反应控制系统，包括加热器、交流调功模块、通讯接口模块、液晶屏、开关量输入输出模块、监测报警模块、上位机、控制器；其特征为：
所述加热器通过多个温度采集处理模块实现对现场反应器不同位置加热温度的信号采集；
所述交流调功模块与控制器连接实现加热器加热功率的控制；
所述通讯接口模块采用串口通信实现与控制器的双向数据交换；
所述液晶屏实现对加温反应控制系统的控制参数的输入以及反馈信号、温度曲线的实时显示；
所述开关量输入输出模块与控制器连接实现对系统中开关量信号的输入、输出控制；
所述上位机与控制器通过无线通信实现加温反应远程控制；
所述监控报警模块实现对加温反应控制的监控报警；
所述控制器根据不同温度阶段特征采取不同的控制策略实现加温反应的精确控制。
优选为：所述控制器包括上电复位电路、基本时钟电路、实时时钟电路、看门狗和程序测试电路；其中上电复位电路是由电阻和电容串联而成的一阶RC网络，电阻阻值10kΩ，电容容值100nF，电阻和电容的联结点接微处理器的复位引脚；程序测试电路是在微处理器的引脚上串联电阻和LED并接地；基本时钟频率由8MHz有源晶振提供，实时时钟频率由32.768kHz无源晶振提供；所述看门狗与控制器连接，用于监视控制器的工作电压以及当控制器死机时对其唤醒功能；
优选为：所述通讯接口模块工作模式为；当控制器设置某个输出管脚输出低电平时为串行接受方式，反之，为高电平时为串行发送方式；当通讯接口工作时，控制器首先对定时器/计数器和中断控制字初始化，当串行数据接收时，产生中断，程序进入串行接收中断服务程序，串行数据接收端RXD口接收数据，指示灯绿灯闪烁；发送数据时，串行数据发送端TXD口发送数据，指示灯红色闪烁。
优选为：交流调功工作模式为：控制器的I/O 输出引脚连接至通过零压开关触发的光电隔离器芯片输入端，光电隔离器芯片输出端连接双向可控硅；通过零压开关产生同步过零触发脉冲控制固定周期内的双向可控硅的通断时间以实现控制器对加热器加热功率的控制；
优选为：所述温度采集处理模块包括热电偶和数字转换器；所述热电偶将温度信号转换为热电动势信号后输入到数字转换器，所述数字转换器将接收的信号进行信号放大、A/D转换、冷端补偿后通过SPI口传输给控制器。
优选为：所述温度采集处理模块进一步包括如下内容：热电偶输出端与功率管的集电极连接；功率管的基极与运算放大器的输出端连接；该放大器的同相输入端工作电位为恒定输入常量，反相输入端工作电位设置为常量；当功率管导通时，流过与发射极连接的绕线电阻电路为常量以构成恒流源电路，电流有功率管的发射极流向集电极后通过热点狗流向电源地。当温度升高时，热电偶阻值增加，恒流源输出电压值线性增加；电压值经过线性转换器输出频率值与输出电压呈线性关系，通过控制器对频率计数，从而获得现场实时采样温度值。
优选为：所述监测报警模块包括加热器供电电流监测报警以及温度监测报警；所述加热器与其连接的三相感应调压器之间串联一个电流互感器，在三相感应调压器二次侧串联一个电流继电器；所述加热器供电回路中设置电流传感器，当电流传感器采集到的供电电流超出加热器限定的最大阈值时，系统采用两级策略实现加热器供电加热安全：第一级控制策略：首先采取降低电流供给的策略以确保加热系统正常运行，如果供给电流依然超出最大阈值采用第二级控制策略：将自动切断加热器供给电源，同时报警器报警。
本发明还公开一种用于八氟环丁烷加温反应控制方法，其特征为：包括上述的用于八氟环丁烷加温反应控制系统，其特征为：
步骤1：采用双闭环控制实现八氟环丁烷加温反应初期快速升温控制；
步骤2：采用专家算法PID 控制实现八氟环丁烷加温反应过度升温段的升温控制；
步骤3：采用预估函数控制算法控制实现八氟环丁烷加温反应平稳升温段的升温控制。
有益效果
控制器在不同加温反应要求阶段采取不同的控制策略实现加温反应的精确控制；
采取加热器接地保护以及两级保护控制策略实现加热器供电加热的安全；
抛弃传统的温度传感器采集温度信号，通过控制器对脉冲频率计数，从而获得现场实时温度采集，提高了采样精度；
交流调功模块通过控制双向可控硅的工作状态同时采用强弱电隔离策略实现了加热器加热功率的调控。
附图说明
图1为本发明用于八氟环丁烷加温反应控制系统结构示意图；
图2为本发明用于八氟环丁烷加温反应控制方法流程图；
图3为本发明用于八氟环丁烷加温反应控制方法步骤1加温反应初期快速升温控制流程图；
图4为本发明用于八氟环丁烷加温反应控制方法步骤2加温反应过度升温段升温控制流程图；
图5为本发明用于八氟环丁烷加温反应控制方法步骤3预估函数控制算法流程示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示。用于八氟环丁烷加温反应控制系统，包括加热器、交流调功模块、通讯接口模块、液晶屏、开关量输入输出模块、上位机、控制器；其特征为：所述加热器通过多个温度采集模块实现对现场不同位置加热温度的信号采集；所述交流调功模块与控制器连接实现加热器加热功率的控制；所述通讯接口模块采用串口通信实现与控制器的双向数据交换；所述液晶屏实现对加温反应控制系统的控制参数的输入以及反馈信号、温度曲线的实时显示；所述开关量输入输出模块与控制器连接实现对系统中开关量信号的输入、输出控制；所述上位机与控制器通过无线通信实现加温反应远程控制；所述控制器结合不同温度控制阶段采取不同的控制策略实现加温反应的精确控制。所述控制器包括上电复位电路、基本时钟电路、实时时钟电路、看门狗和程序测试电路；其中上电复位电路是由电阻和电容串联而成的一阶RC网络，电阻和电容的联结点接微处理器的复位引脚；程序测试电路是在微处理器的引脚上串联电阻和LED并接地；基本时钟频率由8MHz有源晶振提供，实时时钟频率由32.768kHz无源晶振提供；所述看门狗与控制器连接，用于监视控制器的工作电压以及当控制器死机时对其唤醒功能，当看门狗在工作电压低于最低工作电压（如4v6）时，使控制器复位，当看门狗在设定的时间（如1.5ms）内没有收到控制器发来的脉冲信号时，将发送一个唤醒脉冲给控制器实现控制器的唤醒；所述通讯接口模块工作模式为；当控制器设置某个输出管脚输出低电平时为串行接受方式，反之，为高电平时为串行发送方式；当通讯接口工作时，控制器首先对定时器/计数器和中断控制字初始化，当串行数据接收时，产生中断，程序进入串行接收中断服务程序，串行数据接收端RXD口接收数据，指示灯绿灯闪烁；发送数据时，串行数据发送端TXD口发送数据，指示灯红色闪烁。交流调功工作模式为：控制器的I/O 输出引脚连接至通过零压开关触发的光电隔离器芯片输入端，光电隔离器芯片输出端连接双向可控硅；通过零压开关产生同步过零触发脉冲控制固定周期内的双向可控硅的通断时间以实现控制器对加热器加热功率的控制；所述温度采集处理模块包括热电偶和数字转换器；所述热电偶将温度信号转换为热电动势信号后输入到数字转换器，所述数字转换器将接收的信号进行信号放大、A/D转换、冷端补偿后通过SPI口传输给控制器。所述温度采集处理模块进一步包括如下内容：热电偶输出端与功率管的集电极连接；功率管的基极与运算放大器的输出端连接；该放大器的同相输入端工作电位为恒定输入常量，反相输入端工作电位设置为常量；当功率管导通时，流过与发射极连接的绕线电阻电路为常量以构成恒流源电路，电流有功率管的发射极流向集电极后通过热点狗流向电源地。当温度升高时，热电偶阻值增加，恒流源输出电压值线性增加；电压值经过线性转换器输出频率值与输出电压呈线性关系，通过控制器对频率计数，从而获得现场实时采样温度值。
所述监测报警模块包括加热器供电电流监测报警以及温度监测报警。加热器常见故障时单相接地，加热器与“ 地” 之间所用的绝缘物主要是耐高温的氧化铝瓷及天然云母等固体电介质。电介质在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿；从加热器发生单相接地故障情况来看，加热器的电介质在电场作用下， 造成故障起主导作用的因素是固体电介质表面电导，表面吸附导电杂质如金属性触媒灰铜液迹、油污染物的多少、成份及其分布状态。这些导电杂质在电场作用下分为电离电导和电子电导两部分，当电场强度高于某一值时， 就产生局部放电，并引起合成塔内被加热气体介质击穿形成电弧， 放电严重时还会烧毁中心管、堵头， 最后使电加热器报废。因此，本发明在公知的三相感应调压器和加热器电路之间增设一个电流互感器使其一次侧通过电流IA+IB+IC，二次侧串联一个电流继电器；当加热器在正常工作时，三相电流IA+IB+IC=0，电流互感器二次侧输出为0；当单相接地时，电流IA+IB+IC不等于0，有电流通过，则接在三相感应调压器二次侧的电流继电器也有电流通过，因此，利用电流继电器作为启动故障监测报警动作之一技术手段以提高加热系统的安全性。此外，本发明还在加热器供电回路中增加电流霍尔传感器，用于检测加热器的供电情况，当电流传霍尔感器采集到的供电电流超出加热器限定的最大阈值时，将采用两级控制策略实现加热器供电加热安全：第一级控制策略：首先采取降低电流供给的策略以确保加热系统正常运行，如果供给电流依然超出最大阈值（有可能供电回路成为开环无法控制），将采用第二级控制策略：将自动切断供给电源连接的继电器从而断开供电网络，同时报警器报警。
实施例2
参见图2-5所示。本实施例公开一种用于八氟环丁烷加温反应控制方法，包括如下步骤：
八氟环丁烷加温反应包括反应初期的预升温、反应过程的分段升温、反应结束后的冷却出料等过程。为保证合格出料，在八氟环丁烷加温反应控制过程中根据八氟环丁烷加温反应不同温度的反应要求对每段的温度控制采取不同的控制策略以提高加温温度反应的控制精度。
步骤1：采用双闭环控制实现八氟环丁烷加温反应初期快速升温控制。
通过液晶屏现场设置或通过上位机远程发送初始化指令，实现温度控PID回路参数设置；所述参数设置包括、PID 参数修改、温升速率、温度给定、阀门开度调节等操作。此阶段控制的主要任务是在较短的时间内把温度升高到初始预设值。
八氟环丁烷加温反应初期采用PID控制以实现温度线性升高。该控制方法相对简单，只要给定温升速率并将其采集的温度反馈信号求差后将求差结果输入到PID控制器实现单外闭环控制策略。不过，为了增加温度控制精度，本发明在单外闭环控制策略的基础上增加一个积分控制内环，即将PID控制器输出信号与积分控制器输出的控制量求差后控制交流调功模块的输出，通过双闭环控制策略以实现温度快速并精准的线性升高控制，其具体控制过程如下：
在常规温升速率变参数PID 控制器设计的基础上，引入温度的积分调节实现了加温反应初期的全程线性升温控制。控制器将积分过程分为积分分离和正常积分两个阶段，同时将积分控制环节也分为两部分：温升速率变参数PID 控制环节中积分控制以及针对于温度误差采取的积分控制。
升速率控制闭环中的采样周期TS，控制器另选取一个控制周期TSL， 在每间隔TSL时刻采样当前温度值并与理想情况下此时刻的温度值T* T*比较， 得到误差通过一个积分控制器得到控制量U1K, U1K与/>相加后作为后级功率输出的控制量/>。此时刻，控制器中变量间的关系如下所示：
其中TSL=N×TS；N为选定常数； ，即/>为小于或等于/>的最大整数；T0为加热对象初始温度；/>为理想情况下/>时间温度上升值。
这种控制方式相当于在温升速率控制闭环内以固定周期加入一积分补偿量，从而加快了控制量的调整速度。由于TSL的值远大于TS，所以不会引起输出的较大超调和振荡。
该控制过程如下，参见图3所示：
步骤1：加热系统初始化；
步骤2：判断初始状态是否正常，如果不正常则启动异常状态报警；否则执行下一步；
步骤3：判断是否需要加热；如果需要加热则执行下一步，否则继续周期判断；
步骤4：启动温升速率PID控制，并实时检测是否达到设定温度误差区间；
步骤5：如果达到设定温度误差区间，启动温升速率及温度的积分控制，并实时判断是否达到温度设定值，如果达到则停止加热，并将最终加热温度值实时显示在液晶屏并上传给上位机。
步骤2：采用专家算法PID 控制实现八氟环丁烷加温反应过度升温段的升温平稳、跟随性要好。
首先，建立八氟环丁烷加温反应升温控制数学模型
理想的八氟环丁烷加温反应的反应器数学模型可被近似认为是带有纯滞后的一阶线性系统，其传递函数为：
式中：为传递滞后,它是由于能量的传送过程需要一定的时间而造成的；/>为过渡滞后，当加热功率发生改变时，其温度需要经过一段时间才能达到稳定值，过渡滞后T就是它的时间常数；/>为放大系数。不同的被控对象，其系数/>会有所不同。
其次，实现专家算法PID 控制器的结构设计；
本发明选择控制器的输入为目标升温速率与实际反应器升温速率的偏差e和偏差变化率ec， 输出控制量为u。该控制器是一个双输入单输出的智能控制器， 根据不同时刻的输入变量， 对控制参数进行在线修正，根据专家经验实现对加热器进行实时的功率调整。
令e（k）为当前采样的偏差值，e（k-1）则分别为前一个时刻和前两个时刻的误差值，根据其变化，专家算法PID 控制器按以下情况进行设计：
1）当∣e（k）∣≥M1时，说明误差的绝对值已经很大， 不论误差变化趋势如何，控制系统的输出都按最大（ 或最小）输出，以快速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小；此时，相当于采用开环控制。
2）当e（k）Δe（k）＞0 时，说明误差在朝误差绝对值增大的方向变化或者误差为某一常值。此时，如果∣e（k）∣≥M2，说明误差也较大，此时控制器实施较强的控制作用，以迅速减小误差的绝对值，控制器输出为：
u（k）=k1﹛kpe（k）+ kiΣe（k）+kd［e（k）-e（k-1）］﹜
此时，如果∣e（k）∣＜M2，说明尽管误差朝绝对值增大方向变化， 但误差绝对值本身并不是很大，控制器实施一般的控制作用，使其朝误差绝对值减小的方向变化，控制器输出为：
u（k）=kpe（k）+kiΣe（k）+kd［e（k）-e（k-1）］
3）当e（k）Δe（k）＜0 且e（k）Δe（k-1）＞0，或e（k）=0 时， 说明误差的绝对值朝误差减小的方向变化，或者已经达到平衡状态。此时， 保持控制器输出U不变。
4）当e（k）Δe（k）＜0 且e（k）Δe（k-1）＜0 时，说明误差处于极值状态。如果此时误差的绝对值较大，即∣e（k）∣≥M2，实施较强的控制作用：u（k）=u（k-1）+k1kpem（k）；如果此时误差绝对值较小，即∣e（k）∣＜M2，实施较小的控制作用：
u（k）=u（k-1）+k2kpem（k） ；
5）当∣e（k）∣＜ ε 时，说明误差的绝对值很小，此时加入积分项，减小稳态误差；式中，em（k）为误差e 的第k个极值；u（k），u（k-1）分别为第k次和第k-1次控制器的输出；k1为增益放大系数且k1＞1，k2为增益抑制系数且0＜k2＜1；M1，M2为设定的极限误差，且M1＞M2；ε为任意小正实数。
6）加热系统在不同温度时刻其散热功率也不同，其散热特性也是导致系统非线性的一个主要原因，根据散热特性对输出U 加以一定的功率补偿， 即可减小由于散热非线性带来的系统振荡，具体实现如下：
u（k）=kpe（k）+kiΣe（k）+kd［e（k）-e（k-1）］+β（4.477e-0.003Tt）式中：Tt为当前系统温度值；β为散热项补偿系数。
控制过程中， 由控制器通过串口通信模块设定升温速率，由温度采集模块采集温度信号，经转换电路后，传送给控制器，通过专家算法PID 控制器计算得到实时控制量，并将控制量转成交流调功模块工作模式中需要的占空比，从而实时改变加热功率，并通过串口通信模块实时传送温度数据到上位机。
加热系统通过采样获得当前温度值，计算得出当前升温速率以及偏差e 和偏差变化率ec， 经过专家算法PID 算法对参数进行整定，Kp、Ki、Kd三个参数的初始值为Kp =3.987，Ki =0.728，Kd=1.9，
该升温段的升温控制过程如下，参见图4所示：
步骤1：系统初始化，设置控制参数；
步骤2：选取当前温度采样值并将采样值实时显示在液晶屏上并上传给上位机；
步骤3：判断当前温度是否需要加热；如果需要加热则执行下一步，否则结束加热控制；
步骤4：设定升温速率；
步骤5：反馈升温速率的偏差；
步骤6：获得偏差变化率；
步骤7：采用专家算法PID参数整定；
步骤8：输出整定结果后反馈到步骤2。
在升温段采用专家算法PID控制具有升温速率精度高、线性度好，减小了系统误差，提高了及控制精度。
步骤3：采用预估函数控制算法控制实现八氟环丁烷加温反应平稳升温段的升温控制，确保升温控制的超调量小。
参见图5所示。平稳升温段是保证产品质量的关键阶段，希望超调小，控制精度更高。本步骤采用预估函数控制算法实现平稳升温段的升温控制，该算法包括：
（1）基函数模型建立：；其中：/>；为/>时刻的控制量；N为基函数的个数；j为基函数的序数；/>为基函数的线性组合系数；i为某一时刻；/>为第j个基函数在t=iT时刻的值；P为预估时域长度。
在预估函数控制算法中引入基函数的目的是使控制输入更具结构化，以便减少在线计算量，提升控制系统的快速性，故此基函数的选择不但要充分考虑被控系统特性，也要遵循简便性的原则，一般可取阶跃函数、斜坡函数或者指数函数。例如针对一阶对象，基函数一般选择阶跃函数，以保持优化时间段内控制量大小相同
（2）预估模型：预估模型采用一阶惯性加纯滞后近似，即：；
其中，KM是预估模型的稳态增益等于被控对象的实际增益； TD为模型纯滞后时间;TM模型的时间常数，TM≥TD × 3.5；TD为微分时间；
（3）参考轨迹：八氟环丁烷加温反应的合成过程是一个渐进稳定系统，设，/> 为采样周期，/>为参考轨迹响应时间，参考轨迹yr 可采用如下一阶指数形式：/>；/>为/>时刻的参考轨迹值；/>为/>时刻的跟踪设定值；/>为第/>时刻衰减系数。若系统参考轨迹某一时刻的设定值为已知常数，那么可准确计算出控制器的参考轨迹，但是由于真实系统未来设定值存在不确定性，故此需要采用适当的方法来确定设定值，一是利用过去时刻已知设定值反向推导未来系统的设定值；二是假设未来设定值为常数，通过相关公式计算得到系统参考轨迹。
（4）误差补偿：预估输出与实际输出的偏差e(k + i)作为前馈引入参考轨迹进行补偿，实现误差补偿：；/>为k时刻模型预估输出值；为k时刻过程输出值；
（5）滚动优化：优化性能按照在优化时域上参考轨迹和过程预估输出的误差平方和最小的原则，即：式中，/>为优化性能指标；/>为优化时域下限；P2为优化时域上限；/>为/>时刻参考轨迹值；为/>模型预估输出值；/>为/>时刻系统输出误差。按照/>最小的原则寻求一组未知的系数及在下一采样周期控制器重复上述优化从而最终实现滚动优化。
为保证反应的充分进行，各升温段控制方案的转换条件是时间和温度均达到要求才能进行切换。如果温度已到设定温度而反应时间不足，则需保温延长一段时间；如果时间已到而温度未达设定值，则需延长时间直至达到设定温度。采用分段控制的策略后，由于各方案调节参数的规律不同，为避免切换时出现波动，要让备用控制器输出跟踪工作控制器的阀位，这样在工作控制器切换到备用控制器时，可保证各控制器的输出同步。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.用于八氟环丁烷加温反应控制系统，包括上位机、控制器、加热器、交流调功模块、通讯接口模块、液晶屏、开关量输入输出模块、监控报警模块；其特征为：
所述控制器根据不同温度阶段特征采取不同的控制策略实现加温反应的精确控制：采用双闭环控制实现八氟环丁烷加温反应初期快速升温控制；采用专家算法PID 控制实现八氟环丁烷加温反应过度升温段的升温控制；采用预估函数控制算法控制实现八氟环丁烷加温反应平稳升温段的升温控制；
所述加热器通过多个温度采集处理模块实现对现场反应器不同位置加热温度的信号采集；所述温度采集处理模块包括热电偶和数字转换器；所述热电偶将温度信号转换为热电动势信号后输入到数字转换器，所述数字转换器将接收的信号进行信号放大、A/D转换、冷端补偿后通过SPI口传输给控制器；热电偶输出端与功率管的集电极连接；功率管的基极与运算放大器的输出端连接；该放大器的同相输入端工作电位为恒定输入常量，反相输入端工作电位设置为常量；当功率管导通时，流过与发射极连接的绕线电阻电路为常量以构成恒流源电路，电流有功率管的发射极流向集电极后通过热点偶流向电源地；当温度升高时，热电偶阻值增加，恒流源输出电压值线性增加；电压值经过线性转换器输出频率值与输出电压呈线性关系，通过控制器对频率计数，从而获得现场实时采样温度值；
所述交流调功模块与控制器连接实现加热器加热功率的控制；交流调功模块的工作模式为：控制器的I/O 输出引脚连接至通过零压开关触发的光电隔离器芯片输入端，光电隔离器芯片输出端连接双向可控硅；通过零压开关产生同步过零触发脉冲控制固定周期内的双向可控硅的通断时间以实现控制器对加热器加热功率的控制；
所述通讯接口模块采用串口通信实现与控制器的双向数据交换；
所述液晶屏实现对加温反应控制系统的控制参数的输入以及反馈信号、温度曲线的实时显示；
所述开关量输入输出模块与控制器连接实现对系统中开关量信号的输入、输出控制；
所述上位机与控制器通过无线通信实现加温反应远程控制；
所述监控报警模块实现对加温反应控制的监控报警。
2.根据权利要求1所述的用于八氟环丁烷加温反应控制系统，其特征为：所述通讯接口模块工作模式为；当控制器设置某个输出管脚输出低电平时为串行接收方式，反之，为高电平时为串行发送方式；当通讯接口工作时，控制器首先对定时器/计数器和中断控制字初始化，当串行数据接收时，产生中断，程序进入串行接收中断服务程序，串行数据接收端RXD口接收数据，指示灯绿灯闪烁；发送数据时，串行数据发送端TXD口发送数据，指示灯红色闪烁。
3.根据权利要求1所述的用于八氟环丁烷加温反应控制系统，其特征为：所述控制器包括上电复位电路、基本时钟电路、实时时钟电路、看门狗和程序测试电路；其中上电复位电路是由电阻和电容串联而成的一阶RC网络，电阻和电容的联结点接微处理器的复位引脚；程序测试电路是在微处理器的引脚上串联电阻和LED并接地；基本时钟频率由8MHz有源晶振提供，实时时钟频率由32.768kHz无源晶振提供；所述看门狗与控制器连接，用于监视控制器的工作电压以及当控制器死机时对其唤醒功能。
4.根据权利要求1所述的用于八氟环丁烷加温反应控制系统，其特征为：所述监控报警模块包括加热器供电电流监测报警以及温度监测报警；所述加热器与其连接的三相感应调压器之间串联一个电流互感器，在三相感应调压器二次侧串联一个电流继电器；所述加热器供电回路中设置电流传感器，当电流传感器采集到的供电电流超出加热器限定的最大阈值时，系统采用两级策略实现加热器供电加热安全：第一级控制策略：首先采取降低电流供给的策略以确保加热系统正常运行，如果供给电流依然超出最大阈值采用第二级控制策略：将自动切断加热器供给电源，同时报警器报警。
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