CN117123163A - 一种气相氟化反应的智能化加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气相氟化反应的智能化加热系统，涉及智能化加热技术领域，包括人机交互单元和温度采集单元，所述人机交互单元通过控制器设定反应釜中温度，将设定的反应釜中温度传输至第一控制单元，所述温度采集单元通过在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并将监测出的平均温度传输至第一控制单元；本发明通过人机交互单元中的控制器设定反应釜中温度，通过温度采集单元在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，从而可以更加精准和智能的对反应釜中的温度进行控制，从而可以优化反应条件，提高反应的速率和效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能化加热技术领域，具体为一种气相氟化反应的智能化加热系统。
背景技术
气相氟化反应是一种化学反应，它涉及到将氟原子引入有机分子中的过程，在气相氟化反应中，通常使用氟气或有机氟化物作为引入氟原子的源，这种反应可以用于合成含有氟原子的化合物，如氟代烃、氟代酮和氟代醇等，气相氟化反应通常需要在适当的温度和压力条件下进行，并在催化剂的作用下进行，并且气相氟化反应通常需要特定的温度条件才能获得理想的反应效果；
目前的气相氟化反应的智能化加热系统不能对反应釜中的温度精准控制，气相氟化反应通常需要在特定的温度范围内进行，过高或过低的温度都可能导致不理想的反应速率，如果智能化加热系统无法精确地控制温度，反应速率可能会失控，影响产品的质量和产量，如果温度不能被精确地控制，可能会导致副反应的发生或产物分布的偏离，从而降低所需产物的选择性，并且目前的气相氟化反应的智能化加热系统不能对及时发现加热装置的异常情况，如果加热装置出现异常，例如温度过高、加热元件损坏等，可能会引发设备故障、设备损坏甚至火灾等安全风险，智能化加热系统无法及时发现这些异常情况，加重了安全隐患，加热装置异常可能导致温度控制不准确或不稳定，进而影响气相氟化反应的稳定性和可控性，反应条件的波动性可能导致产物质量不稳定，降低产品的一致性和稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气相氟化反应的智能化加热系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气相氟化反应的智能化加热系统，包括人机交互单元、温度采集单元、信号存储单元、第一控制单元、第二控制单元、信号监测单元、加热单元、警报发出单元、自动变频单元、逆变器单元和负载回路单元；
所述人机交互单元通过控制器设定反应釜中温度，将设定的反应釜中温度传输至第一控制单元；
所述温度采集单元通过在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并将监测出的平均温度传输至第一控制单元；
所述第一控制单元对人机交互单元发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元发出的监测出的温度进行接收，并计算两者的差值，根据计算出的差值通过调节算法发送调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元，调节算法具体为：
其中，表示积分时间常数，/>表示微分时间常数，/>表示控制器增益。
优选的，所述第二控制单元对第一控制单元发送的指令、信号存储单元发出的标准的电流信号数值和信号监测单元发出的监测出的电流信号数值进行接收，将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比，若监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元，将发出的警报控制信号传输至警报发出单元，所述自动变频单元对第二控制单元控制输出的电流进行接收，从而更加平滑地调整电流的变化，从而减少了设备的机械损耗和磨损，将调节后电流传输至逆变器单元。
优选的，所述负载回路单元将电流传送到加热单元上，提供所需的电能来实现加热过程，通过控制开关状态，控制电流的大小和持续时间，进而控制加热过程中产生的热量，达到所需的温度或加热速度，所述加热单元对负载回路单元发出的电流进行接收，从而通过加热装置对反应釜进行加热，所述逆变器单元提供软启动功能，从而平滑的启动负载回路，以避免突然的电流冲击和机械冲击，延长设备寿命，并且变频器精确的控制负载回路单元的电流大小。
优选的，所述信号监测单元对加热单元中的加热装置的电流进行监测，将监测出的电流信号传输至第二控制单元，所述信号存储单元在信号数据库中存储有标准电流信号的数值，并将存储的标准电流信号数值传输至第二控制单元，所述警报发出单元对第二控制单元发出的警报控制信号进行接收，并根据警报控制信号控制警报器发出预警，从而提醒实验人员加热单元中的加热装置出现了故障。
优选的，所述温度采集单元包括第一温度采集模块和第二温度采集模块，所述第一温度采集模块在反应釜内部底端安装第一温度传感器，监测出的温度为，所述第二温度采集模块在反应釜内部中间安装第二温度传感器，监测出的温度为/>。
优选的，所述第一控制单元包括数据接收模块、差值计算模块、差值对应模块和指令发出模块，所述数据接收模块对人机交互单元发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元发出的监测出的温度进行接收，所述差值计算模块对设定的反应釜中温度和监测出的温度计算两者的差值，所述差值对应模块通过调节算法计算出差值对应的电流，所述指令发出模块发出调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元。
优选的，所述第二控制单元包括数据收集模块和数据对比模块，所述数据收集模块对第一控制单元发送的指令、信号存储单元发出的标准的电流信号数值和信号监测单元发出的监测出的电流信号数值进行接收，所述数据对比模块将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比。
优选的，所述信号监测单元包括电流监测模块和数据发出模块，所述电流监测模块通过将霍尔效应传感器安装在加热单元中的加热装置上，对加热装置的输出电流进行监测，所述数据发出模块将监测出的输出电流数值传输至第二控制单元。
优选的，所述温度采集单元还包括第三温度采集模块和平均温度计算模块，所述第三温度采集模块在反应釜内部顶端安装第三温度传感器，监测出的温度为，所述平均温度计算模块通过平均温度计算公式计算反应釜内部的平均温度/>，平均温度计算公式如下：
。
优选的，所述第二控制单元还包括信号发出模块，所述信号发出模块根据监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元，将发出的警报控制信号传输至警报发出单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过人机交互单元中的控制器设定反应釜中温度，通过温度采集单元在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，通过第一控制单元4计算两者的差值，根据差值发出调整输出电流增大或者减少的指令，从而可以更加精准和智能的对反应釜中的温度进行控制，从而可以优化反应条件，提高反应的速率和效率，不同的化学反应可能在特定的温度范围内达到最佳反应速率，因此精准控制温度可以确保反应在最佳条件下进行，并且可以实现远程监控和操作功能，使得操作人员可以随时随地对反应釜的温度进行监测和调整；
2、本发明同时通过信号监测单元对加热单元中的加热装置的电流进行监测，通过信号存储单元在信号数据库中存储有标准电流信号的数值，通过第二控制单元将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比，若监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，从而可以检测出加热装置是否出现异常，加热装置的异常操作或故障可能导致火灾、爆炸或其他安全事故，通过及时检测异常，可以提前发现问题并采取相应的措施，以保护人员和设备的安全，当加热装置出现异常时，并且温度可能无法按预期进行调节，从而影响反应过程的稳定性和效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供整体系统流程图；
图2为本发明实施例提供的温度采集单元的内部模块框图；
图3为本发明实施例提供的第一控制单元的内部模块框图；
图4为本发明实施例提供的第二控制单元的内部模块框图；
图5为本发明实施例提供的信号监测单元的内部模块框图。
图中：1、人机交互单元；2、温度采集单元；201、第一温度采集模块；202、第二温度采集模块；203、第三温度采集模块；204、平均温度计算模块；3、信号存储单元；4、第一控制单元；401、数据接收模块；402、差值计算模块；403、差值对应模块；404、指令发出模块；5、第二控制单元；501、数据收集模块；502、数据对比模块；503、信号发出模块；6、信号监测单元；601、电流监测模块；602、数据发出模块；7、加热单元；8、警报发出单元；9、自动变频单元；10、逆变器单元；11、负载回路单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种气相氟化反应的智能化加热系统，包括人机交互单元1、温度采集单元2、信号存储单元3、第一控制单元4、第二控制单元5、信号监测单元6、加热单元7、警报发出单元8、自动变频单元9、逆变器单元10和负载回路单元11；
人机交互单元1通过控制器设定反应釜中温度，将设定的反应釜中温度传输至第一控制单元4；
温度采集单元2通过在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并将监测出的平均温度传输至第一控制单元4；
第一控制单元4对人机交互单元1发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元2发出的监测出的温度进行接收，并计算两者的差值，根据计算出的差值通过调节算法发送调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元5，调节算法具体为：
其中，表示积分时间常数，/>表示微分时间常数，/>表示控制器增益。
第二控制单元5对第一控制单元4发送的指令、信号存储单元3发出的标准的电流信号数值和信号监测单元6发出的监测出的电流信号数值进行接收，将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比，若监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元9，将发出的警报控制信号传输至警报发出单元8，自动变频单元9对第二控制单元5控制输出的电流进行接收，从而更加平滑地调整电流的变化，从而减少了设备的机械损耗和磨损，将调节后电流传输至逆变器单元10；
负载回路单元11将电流传送到加热单元7上，提供所需的电能来实现加热过程，通过控制开关状态，控制电流的大小和持续时间，进而控制加热过程中产生的热量，达到所需的温度或加热速度，加热单元7对负载回路单元11发出的电流进行接收，从而通过加热装置对反应釜进行加热，逆变器单元10提供软启动功能，从而平滑的启动负载回路，以避免突然的电流冲击和机械冲击，延长设备寿命，并且变频器精确的控制负载回路单元11的电流大小；
信号监测单元6对加热单元7中的加热装置的电流进行监测，将监测出的电流信号传输至第二控制单元5，信号存储单元3在信号数据库中存储有标准电流信号的数值，并将存储的标准电流信号数值传输至第二控制单元5，警报发出单元8对第二控制单元5发出的警报控制信号进行接收，并根据警报控制信号控制警报器发出预警，从而提醒实验人员加热单元7中的加热装置出现了故障；
温度采集单元2包括第一温度采集模块201和第二温度采集模块202，第一温度采集模块201在反应釜内部底端安装第一温度传感器，监测出的温度为，第二温度采集模块202在反应釜内部中间安装第二温度传感器，监测出的温度为/>；
第一控制单元4包括数据接收模块401、差值计算模块402、差值对应模块403和指令发出模块404，数据接收模块401对人机交互单元1发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元2发出的监测出的温度进行接收，差值计算模块402对设定的反应釜中温度和监测出的温度计算两者的差值，差值对应模块403通过调节算法计算出差值对应的电流，指令发出模块404发出调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元5；
第二控制单元5包括数据收集模块501和数据对比模块502，数据收集模块501对第一控制单元4发送的指令、信号存储单元3发出的标准的电流信号数值和信号监测单元6发出的监测出的电流信号数值进行接收，数据对比模块502将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比；
信号监测单元6包括电流监测模块601和数据发出模块602，电流监测模块601通过将霍尔效应传感器安装在加热单元7中的加热装置上，对加热装置的输出电流进行监测，数据发出模块602将监测出的输出电流数值传输至第二控制单元5；
所述温度采集单元2还包括第三温度采集模块203和平均温度计算模块204，所述第三温度采集模块203在反应釜内部顶端安装第三温度传感器，监测出的温度为，所述平均温度计算模块204通过平均温度计算公式计算反应釜内部的平均温度/>，平均温度计算公式如下：
；
所述第二控制单元5还包括信号发出模块503，所述信号发出模块503根据监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元，将发出的警报控制信号传输至警报发出单元。
工作原理：本发明通过人机交互单元1中的控制器设定反应釜中温度，将设定的反应釜中温度传输至第一控制单元4，通过温度采集单元2在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并将监测出的平均温度传输至第一控制单元4，通过第一控制单元4对人机交互单元1发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元2发出的监测出的温度进行接收，并计算两者的差值，根据计算出的差值通过调节算法发送调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元5，通过第二控制单元5对第一控制单元4发送的指令、信号存储单元3发出的标准的电流信号数值和信号监测单元6发出的监测出的电流信号数值进行接收，将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比，若监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元9，将发出的警报控制信号传输至警报发出单元8，通过自动变频单元9对第二控制单元5控制输出的电流进行接收，从而更加平滑地调整电流的变化，从而减少了设备的机械损耗和磨损，将调节后电流传输至逆变器单元10；
同时通过负载回路单元11将电流传送到加热单元7上，提供所需的电能来实现加热过程，通过控制开关状态，控制电流的大小和持续时间，进而控制加热过程中产生的热量，达到所需的温度或加热速度，通过加热单元7对负载回路单元11发出的电流进行接收，从而通过加热装置对反应釜进行加热，逆变器单元10提供软启动功能，从而平滑的启动负载回路，以避免突然的电流冲击和机械冲击，延长设备寿命，并且变频器精确的控制负载回路单元11的电流大小，通过信号监测单元6对加热单元7中的加热装置的电流进行监测，将监测出的电流信号传输至第二控制单元5，通过信号存储单元3在信号数据库中存储有标准电流信号的数值，并将存储的标准电流信号数值传输至第二控制单元5，通过警报发出单元8对第二控制单元5发出的警报控制信号进行接收，并根据警报控制信号控制警报器发出预警，从而提醒实验人员加热单元7中的加热装置出现了故障。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于包括人机交互单元（1）、温度采集单元（2）、信号存储单元（3）、第一控制单元（4）、第二控制单元（5）、信号监测单元（6）、加热单元（7）、警报发出单元（8）、自动变频单元（9）、逆变器单元（10）和负载回路单元（11）；
所述人机交互单元（1）通过控制器设定反应釜中温度，将设定的反应釜中温度传输至第一控制单元（4）；
所述温度采集单元（2）通过在反应釜内部安装温度传感器组监测反应釜内部的温度，温度传感器组包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，并将监测出的平均温度传输至第一控制单元（4）；
所述第一控制单元（4）对人机交互单元（1）发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元（2）发出的监测出的温度进行接收，并计算两者的差值，根据计算出的差值通过调节算法发送调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元（5）。
2.根据权利要求1所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述第二控制单元（5）对第一控制单元（4）发送的指令、信号存储单元（3）发出的标准的电流信号数值和信号监测单元（6）发出的监测出的电流信号数值进行接收，将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比，若监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元（9），将发出的警报控制信号传输至警报发出单元（8），所述自动变频单元（9）对第二控制单元（5）控制输出的电流进行接收，从而更加平滑地调整电流的变化，从而减少了设备的机械损耗和磨损，将调节后电流传输至逆变器单元（10）。
3.根据权利要求2所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述负载回路单元（11）将电流传送到加热单元（7）上，提供所需的电能来实现加热过程，通过控制开关状态，控制电流的大小和持续时间，进而控制加热过程中产生的热量，达到所需的温度或加热速度，所述加热单元（7）对负载回路单元（11）发出的电流进行接收，从而通过加热装置对反应釜进行加热，所述逆变器单元（10）提供软启动功能，从而平滑的启动负载回路，以避免突然的电流冲击和机械冲击，延长设备寿命，并且变频器精确的控制负载回路单元（11）的电流大小。
4.根据权利要求2所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述信号监测单元（6）对加热单元（7）中的加热装置的电流进行监测，将监测出的电流信号传输至第二控制单元（5），所述信号存储单元（3）在信号数据库中存储有标准电流信号的数值，并将存储的标准电流信号数值传输至第二控制单元（5），所述警报发出单元（8）对第二控制单元（5）发出的警报控制信号进行接收，并根据警报控制信号控制警报器发出预警，从而提醒实验人员加热单元（7）中的加热装置出现了故障。
5.根据权利要求1所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述温度采集单元（2）包括第一温度采集模块（201）和第二温度采集模块（202），所述第一温度采集模块（201）在反应釜内部底端安装第一温度传感器，监测出的温度为，所述第二温度采集模块（202）在反应釜内部中间安装第二温度传感器，监测出的温度为/>；
所述温度采集单元（2）还包括第三温度采集模块（203）和平均温度计算模块（204），所述第三温度采集模块（203）在反应釜内部顶端安装第三温度传感器，监测出的温度为，所述平均温度计算模块（204）通过平均温度计算公式计算反应釜内部的平均温度/>，平均温度计算公式如下：
。
6.根据权利要求1所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述第一控制单元（4）包括数据接收模块（401）、差值计算模块（402）、差值对应模块（403）和指令发出模块（404），所述数据接收模块（401）对人机交互单元（1）发出的设定的反应釜中温度和温度采集单元（2）发出的监测出的温度进行接收，所述差值计算模块（402）对设定的反应釜中温度和监测出的温度计算两者的差值，所述差值对应模块（403）通过调节算法计算出差值对应的电流，所述指令发出模块（404）发出调整输出电流增大或者减少的指令，并将指令发送至第二控制单元（5）。
7.根据权利要求2所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述第二控制单元（5）包括数据收集模块（501）和数据对比模块（502）和，所述数据收集模块（501）对第一控制单元（4）发送的指令、信号存储单元（3）发出的标准的电流信号数值和信号监测单元（6）发出的监测出的电流信号数值进行接收，所述数据对比模块（502）将标准的电流信号数值和监测出的电流信号数值进行对比。
8.根据权利要求7所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述第二控制单元（5）还包括信号发出模块（503），所述信号发出模块（503）根据监测出的电流信号数值和标准的电流信号数值的差值超过所设定的范围，则发出警报控制信号，并根据接收的指令控制电流的输出，将输出的电流传输至自动变频单元（9），将发出的警报控制信号传输至警报发出单元（8）。
9.根据权利要求4所述的一种气相氟化反应的智能化加热系统，其特征在于：所述信号监测单元（6）包括电流监测模块（601）和数据发出模块（602），所述电流监测模块（601）通过将霍尔效应传感器安装在加热单元（7）中的加热装置上，对加热装置的输出电流进行监测，所述数据发出模块（602）将监测出的输出电流数值传输至第二控制单元（5）。
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