毕业设计说明书
反应釜温度智能控制系统设计——软件
部分
学生姓名：李依遥学号：0805054101
学院：信息与通信工程学院
专业：自动化专业
指导教师：孟江
2014 年 4 月
反应釜温度智能控制系统设计——软件部分
摘要：化工生产在我国国民经济建设中占有很重要的地位, 而反应釜是化工生产中实现化学反应的主要设备之一。由于反应过程受外界温度、反应物质不同、浓度等因素影响较大, 且系统本身具有较大的时变性和滞后性, 从控制的角度来看, 反应釜属于最难控制的过程之一。高性能、高精度反应釜控制器的研制受到高度重视。本设计将主要运用模糊控制技术对反应釜完成温度的控制。采用Matlab模糊工具箱和Simulink仿真软件，完成对反应釜温度控制系统进行模糊控制器的设计，之后形成模糊控制表，设计温度控制系统的软件部分，完成数据采集处理，模糊控制及执行元件的控制等功能，同时为硬件部分做好接口工作
关键词：反应釜、温度控制系统、模糊控制
The reactor temperature intelligent control system design-Software
part
Abstract: Chemical production plays an important role in China 's national economic construction, while the reactor is one of the main equipment of chemical reactions in chemical production. Time variability and lag due to the reaction process is affected by the outside temperature-reactive substances of different concentration factors, and the system itself, from the perspective of control, the reactor is one of the most difficult to control the process. High-performance, high-precision reactor controllers developed are highly valued. This design will be mainly using fuzzy control technique to complete the temperature of the reactor control. The Matlab Fuzzy Toolbox and Simulink software to complete the fuzzy controller design of the reactor temperature control system, after the formation of the fuzzy control table, the software portion of the design temperature control system, complete the data acquisition and processing, fuzzy control, and actuator control other functions, as well as part of the hardware to do the interface work.
Key words: Agitated Reactor, Temperature Control System, Fuzzy Control
目录
1绪论 (1)
1.1反应釜智能控制器研究与开发的背景和意义 (1)
1.2反应釜控制技术的现状 (1)
1.3反应釜的过程分析 (3)
1.3.1反应釜的基本结构 (3)
1.3.2反应釜的工作原理 (4)
1.3.3反应釜的控制方案 (5)
1.3.4温度对反应速度的影响 (7)
1.3.5搅拌速度对传热的影响 (7)
1.4本设计的主要内容 (8)
2反应釜的动态特性 (9)
2.1基本方程 (9)
2.2基本方程的线性化 (10)
2.3有关通道的传递函数 (11)
3反应釜温度控制系统 (12)
3.1控制器的设计指标 (12)
3.1.1功能指标 (12)
3.1.2反应操作流程 (12)
3.1.3精度指标 (14)
4反应釜的模糊控制方案 (15)
4.1总体控制方案的确定 (15)
4.2模糊控制简介 (17)
4.3模糊控制器设计 (18)
4.3.1模糊控制器简述 (18)
4.3.2模糊控制器的结构设计 (20)
4.3.3精确量的模糊化 (20)
4.3.4模糊控制规则的设计 (21)
4.3.5输入输出变量的词集 (22)
4.3.6模糊变量的模糊子集 (23)
4.3.7模糊控制器的控制规则 (24)
4.3.8输出量的模糊判决 (27)
4.4模糊控制算法子程序 (29)
5硬件背景简介 (30)
6仿真过程与结果 (32)
7总结与展望 (35)
参考文献 (36)
致谢 (38)
1绪论
1.1反应釜智能控制器研究与开发的背景和意义
化工生产在我国的国民经济建设中占有很重要的地位，而反应器是化工生产中实现化学反应的主要设备。按照参加化学反应物料的物态不同，操作条件不同，反应的热效应不同，反应器可以有很多种类和结构，而反应釜就是一类非常重要的反应容器。它被控对象繁多，如外界条件、原料纯度、催化剂的类型、原料添加数量的变化、循环水、热水或加热蒸汽温度、流量的变化等，对系统的影响较大，使系统本身具有较大的时变性、非线性和时滞性，控制起来非常困难。它借助搅拌桨将一定容积的两种或两种以上物料混匀。生产过程往往伴有物化反应、生化反应、相变过程等，化学反应机理较为复杂，通常伴有热效应，由换热装置移入或移出热量。生产过程经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下进行，生产的安全性至关重要。研究反应釜内化工生产过程的自动检测和控制技术，是适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要，也是提高生产效率、改善劳动条件、保证安全生产的必然措施。
在反应釜内完成的化学工业过程的特征参量一般为温度、压力、浓度等，这些参量是化工过程本身属性的表现。它们不仅是化工生产过程质量好坏的表征，而且在很多时候也是化工生产过程安全性(例如是否爆炸、起火等)的表征。因此，通过测量并校正这些参数，以确保化工生产过程的质量和安全十分重要的。
在我国，由于大中城市科学技术和工业自动化的发展步伐较快，近年来一些生产规模不大，技术相对落后，而具有一定危险性的化工生产项目转移到农村和小城市，并常有反应釜爆炸、起火等安全事故发生，因此对反应釜智能化检测和控制装置的呼声日益增高。
从长远来说，由于许多化学工业、生物制药工业又有规模小、产品更新换代快的特点，使得多数小规模反应釜生产方式将长期存在下去。由于各种化学反应过程差异大，对现在的多数的反应釜而言，缺少成熟、通用、制式化的智能控制设备。因此有必要研制适合于小规模反应釜的低成本、控制简便的智能控制器。
1.2反应釜控制技术的现状
化工生产过程分成大规模连续生产和小规模间歇式生产两种形式。随着科学技术的迅猛发展，尤其是电子计算机的广泛应用和信息技术的迅速发展，大型化工生产正逐步
向自动化及集成化方向发展。目前化工自动化已成为衡量化工企业现代化的重要标志，成为确保生产稳定、安全、低耗的有效手段，无论是化工连续生产过程，还是间歇生产过程，不论是普通化工生产，还是专门化工生产，它们的有效性取决于相应的过程控制，为了提高竞争力，化工生产正在把提高自动化水平作为提高劳动生产率和竞争的重要手段。目前国内外较先进的化工过程监控装置基本上是应用各类传感器为检测敏感元件，以单片微处理器为控制器件，通过控制搅拌器、电磁阀等执行器件实现容器内的温度、压强调节等目的[1]。
对大型化工生产的自动化技术，人们己作了大量的研究。但是大多需要配备工业微机作为主控制器，硬件成本较高，不适合于小规模的反应釜。因此，针对小规模的反应釜所进行的智能检测和控制方面的研究及产品开发虽然起步较晚，但将长期进行下去，并不断深化。
小规模非连续式化工生产的许多工序是在带有夹套的反应釜中进行的。在二十世纪四十年代以前，反应釜的生产绝大多数处于手工阶段，更多的还是沿用传统的温度计、压力表，通过人工巡视检查。操作工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况，用人工来改变化学反应条件，生产过程单凭经验进行。手工操作，不仅操作工的劳动强度大，控制精度不高，且若操作不当，极易引发安全事故。随着计算机和电子技术的迅猛发展，对传统的化工过程监控方法产生了巨大的冲击，越来越多的人开始研究各种反应釜的自动控制装置[2][3]。
早期的反应釜自动控制装置主要采用单元组合仪表组成控制系统，然而由于反应过程存在严重的非线性和时滞特性，简单的位式控制不仅较难达到预期精度，部分场合还将因超调而导致失误。后来有人使用PLC作为控制器，较大的提高了测量精度，但对于复杂的过程控制，则显得力不从心，在通信和管理方面也在很多缺点[4]。
在控制理论的应用上，早期的反应釜控制系统多为两位式调节的单回路调节系统，对于重要的环节设计有串级调节系统。后来人们越来越多地使用PID控制，它的算法简单，易于用各种廉价的微控制器实现，控制效果较以前也有很大提高。但是，由于PID 控制主要是具有确切模型的线性过程，而反应釜对象具有非线性和时滞性等特点，难以建立精确的数学模型，故PID控制难以满足反应釜的过程控制。
随着控制理论的发展，尤其是智能控制理论的发展，人们开始研究智能化的反应釜过程控制装置。各种智能控制方法，如专家系统和专家控制、模糊控制、神经元网络控
制、遗传算法等，都己在反应釜控制中有所应用。事实上，对于一个复杂的，不仅具有严重的非线性和时滞特性，而且还在变化的过程，采用任何一种单一的控制策略都难以取得理想的控制效果。目前最先进的反应釜智能控制系统多采用将先进的智能控制理论与传统的控制策略相结合的方法，比如直接使用模糊控制的反应釜温度控制方法、PID 参数自适应的模糊控制方法mtish—模糊控制方法、基于神经元网络的直接自适应控制、用遗传算法寻优特性，以遗传算法寻最优PID参数来控制非线性系统的模型参考自适应控制方法等[4]。
这些先进的智能控制理论和控制方法为研制高性能、通用化反应釜智能控制器提供了坚实的理论基础。对于成群的反应釜，如欲对它们进行远程计算机集散控制，则单个反应釜智能控制器作为检测和控制终端，成为全系统的基础性部件。
1.3反应釜的过程分析
所谓过程系统是指研究一类以物质和能量转变为基础(即过程工业)的生产过程，研究这类过程的描述、模拟、仿真、设计、控制和管理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程，加强生产管理，最终显著地增加经济效益[5] [6]。过程控制的任务是在了解掌握工艺流程和生产过程动态特性的基础上，根据生产对控制提出的要求，应用控制理论，设计出包括被控对象、调节器、检测装置和执行器在内的过程控制系统，并对它进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。也就是说，过程控制的任务是由控制系统的设计和实现来完成的[7]。
1.3.1 反应釜的基本结构
反应釜有间歇式和连续式之分。间歇反应釜通常用于液相反应，如多品种、小批量的制药、燃料等反应。连续反应釜用于均相和非均相的液相反应，如聚合反应等。本文使用的是间歇式反应釜。
反应釜的基本结构如图1.1所示。反应釜由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。
图1.1 反应釜结构示意图
釜制罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进行化学反应。为了维持反应釜内的反应温度，需要设置换热元件。常用的换热元件为夹套，它包围在筒体的外部，用焊接或法兰连接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间通入加热或冷却介质，通过夹套内壁传热，可加热或冷却容器内的物料，介质的每秒流量受电磁阀的控制。搅拌器是化学反应能够进行的关键部件，它提供过程所需的能量和适宜的流动状态。搅拌器有很多种类型，本文采用的是最简单的桨式搅拌器。由于化学反应对反应物的纯度有一定的要求，并且反应过程有可能产生剧毒、易燃、易爆的气体和物料，所以密封装置是反应釜必不可少的一部分。传动装置包括电动机、减速机、连轴器及机架。通过电机驱动搅拌轴，带动搅拌器旋转，为物料的循环提供动力。罐顶和罐底分别装有加料口和出料口，分别用于往罐中加入物料和从罐中取走物料。为了测量釜内的温度，在罐内装有钢制的温度计套管，可将温度计或温度传感器放入其中。为了满足工艺的需要，还可以外接附件装置。
1.3.2 反应釜的工作原理
在进行化学反应之前，先将反应物按照一定的比例进行混合，然后与催化剂一同投入反应釜内，在反应釜的夹套中通以一定的高压蒸汽，高压蒸汽通过反应釜的夹套提高釜内物料的温度，通过搅拌器的搅拌使物料均匀并提高导热速度，使其温度均匀。当釜内温度达到预定的温度时，保持一定时间的恒温以使化学反应正常进行，反应结束后进
行冷却。有时在恒温后还要进行二次升温和恒温。恒温段是整个工艺的关键，如果温度
偏高或偏低，会影响反应进行的深度和反应的转化率，从而影响了产品的质量。化学反应过程中一般伴有强烈的放热效应，并且反应的放热速率与反应温度之间是一种正反馈自激的关系。也就是说，若某种扰动使反应温度有所增加，反应的速率就会增加，放热速率也会增加，会使反应温度进一步上升，甚至会引起“聚爆”现象，使釜内的产品变成废品，并且会影响安全生产。为了使釜温稳定，在夹套中通以一定的冷却介质，来移走反应放出的多余热多余量。通过调节流入反应釜夹套中冷却介质的流量，来控制反应釜内物料的温度使之符合工艺要求。
1.3.3 反应釜的控制方案
在设计反应釜智能控制器时有必要弄清反应釜的控制目标和可能的控制手段。关于控制指标可以从下列几个方面考虑。
(1)控制指标
根据反应釜及其内在进行的反应的不同，其控制指标可以选择反应转化率、产品的质量、产量等直接指标，或与它们有关的间接工艺指标，如温度、压力、粘度等。
(2)物料平衡和能量平衡
为了使反应釜的操作能够正常进行，必须在反应釜系统运行过程中保持物料与能量的平衡。例如，为了保持能量平衡，需要及时除去反应热，以防热量的积聚，为了保持物料的平衡，需要定时地排除或放空系统中的惰性物料，以保证反应的正常进行。
(3)约束条件
与其它化工操作设备相比，反应釜操作的安全性具有更重要的意义，这样就构成了反应釜控制中的一系列约束条件。例如，不少具有催化剂的反应中，一旦温度过高或反应物中含有杂质，将会导致催化剂的破损和中毒;在有些氧化反应中，反应物的配比不当会引起爆炸等等。因此，在设计中经常配置报警或自动选择性控制系统[27]。
反应釜控制指标的选择是反应釜控制方案设计中的一个关键问题。反应釜的控制指标主要是反应的转化率、产量、收率、主要产品的含量和产物分布等。如果直接把这些指标作为被控对象，反应要求就得到了保证。但是，这些指标大多是综合性指标，无法测量，有些是成分指标，但也缺少测量手段，或者测量滞后大，精度差，不宜作为被控变量。在反应过程中，温度和上述指标密切相关，又便于测量。所以，本文将温度作为被控量。
此外，由于影响化学反应的因素大部分是从外部进入反应釜的，为了保证反应质量，
总是尽可能将进入反应釜的每个控制参数维持在规定的数值。控制回路大多设置在反应釜外，这些控制方案称为稳定外围的控制系统。常用的控制方案有：
(1)反应物料流量自动控制
保证进入量的稳定，将使参加反应的物料比例和反应时间恒定，并避免由于流量变化而使反应物料带走的热量和放出的热量变化，从而引起反应温度的变化。这在转化率低、反应热较小的反应釜和转化率高、反应放热大的反应釜中显得更为重要。因为前者流量变化造成带走的热量变化，对反应釜温度影响较大;后者流量变化造成进入反应釜的物料变化，使反应放出热量变化大，对反应釜温度影响也较大。
(2)流量比值控制
在上述物料流量自控的方案中，如果每一个进入反应釜的物料都采用流量自动控制，则物料之间的比值也得到保证。但这个方案只能保持静态比例关系。另外，当其中一个物料由于工艺上等原因不能采用流量控制时，就不能保证进入反应釜的各个物料之间成一定的比例关系。在控制要求较高，流量变化较大的情况下，可采用单闭环比值控制系统或双闭环比值控制系统。在有些化学反应过程中当需要两种物料的比值根据第三参数的需要不断校正时，可采用变值控制系统。
(3)反应釜入口温度控制
反应釜入口温度的变化同样会影响反应。这对反应体积小，反应放热又不大的反应影响更显著，这时需要稳定入口温度。但是，对反应体积大，又是强放热的反应，入口温度变化对反应影响较小。入口温度控制相对来说比较麻烦，常常不加以控制。
上述几个外围控制，主要目的是稳定进入反应釜的物料量和热量。对出反应釜的物料，因为它对反应一般不直接发生影响，所以本文没有设置上述的控制系统。
(4)冷却剂流量
冷却剂的变化影响热量移走的大小，因此，常需稳定其流量或压力。由于冷却剂往往作为温度控制的操纵变量，因此，一般对它们的流量进行控制。本文就是采用这样的控制方案。
前面己提到了，在恒温过程中，通过在夹套中通以冷却介质来吸收多余的反应热，冷却介质的流量是通过调节阀的开度来控制的，方案如图1.1所示。由于冷却介质的流量相对较少，釜温与冷剂温差较大，当内部温度不均匀时，易造成局部过热或过冷。为了解决这个问题，本文在反应釜内部不同位置放置多个数字温度计来测量反应釜内部的
温度，通过釜内各点温差来调节搅拌速度。在局部温差较大时，通过提高搅拌速度来加快传热，以保证釜内温度的均匀。
1.3.4 温度对反应速度的影响
温度对反应速度的影响较复杂。对本反应釜内发生的化学反应，由阿累尼乌斯公式，当温度升高时，反应速度通常迅速增大，其关系表示为[8]
)e x p (0RT
E k k -= （1.1） 式中，k —— 反应速度常数，)*/(h mol L ；
0k ——频繁因子，单位同k ；
E ——活化能，表示使反应物分子成为能进行反应的活化分子所需的平均能
量，其值在10000—5000mol cal / 之间；
R ——摩尔气体常数，R =1.987K mol J */；
T ——反应绝对温度，K 。
由式(l.1)可知，随着温度的上升，k 值也增加，因此，对于不可逆反应，提高反应温度，总可使反应速度加快。
1.3.5 搅拌速度对传热的影响
反应釜内装有搅拌装置，其主要作用是:促进釜内物料的流动，使反应釜内物料均匀分布，增大传热和传热系数。在反应过程中，随着反应的进行，物料的粘度往往也随着增加，如果不能适时搅拌均匀，就会导致传热系数下降或局部过热，物料和催化剂分散不均匀，影响产品的质量。另外，当釜内温差和夹套温差相差较大时，釜内靠近罐壁处的物料温度要比釜中间的温度高很多，若不及时将物料搅拌均匀，容易导致反应物粘壁，使反应不能正常进行下去，严重的还将导致起火、爆炸等。
对于本论文所使用的桨式搅拌器，液体对罐壁的表面传热系数与罐内液体单位质量搅拌功率有以下关系[8]
08.052.03/1227.04512.0??? ????? ?????? ??=D b D d P v D r D
h r j ε （1.2）
式中，j h ——被搅拌液体对夹套的表面传热系数，单位W/（m*K ）；
b d D ,,——罐的直径，桨的直径，片叶的宽度；
r ——流体的导热率；
ε——单位质量被搅拌液体消耗的功率；
r P ——普朗特数；
v ——被搅拌液体的运动粘度。
对于搅拌功率P ，又有[8]
53d n N P p ρ= （1.3） 式中，p N ——功率准数；
ρ——被搅拌液体的密度；
n ——搅拌速度。
而 =εM
P （1.4） 式中，M ——被搅拌液体的总质量。
综合式(l.2)、式(l.3)和式(l.4)可以得出，被搅拌液体对夹套的表面传热系数气随着搅拌速度。的增大而增大，也即增大搅拌速度，有利于夹套的传热。
1.4 本设计的主要内容
（1）在了解了反应釜的基本结构以及工作原理后，通过一系列计算，得出各通道的传递函数。详见第二章。
（2）在Matlab 软件中设计模糊逻辑工具箱，得出控制规则表。具体内容及有关步骤见第四章。
（3）在Simulink 中设计系统仿真图形，将之前算好的传递函数及参数输入到各个元件中。详见第六章。
（4）将模糊逻辑工具箱与系统仿真图形相连接，运行程序。检查釜温上升曲线是否符合升温规则。
（5）将模糊控制表给设计该反应釜硬件的同学，为硬件部分做好接口工作。
2 反应釜的动态特性
2.1 基本方程
对于本反应釜，化学反应中热量平衡关系为:(反应系统内累积热量)=(反应系统内反应放出热量)+(通过间壁传入反应系统热量)。假设反应釜和夹套的容积和密度都保持不变，忽略热交换过程中的热量损失，可得下列方程
反应釜内温度与热量平衡方程为[9]
)(),()(T T UA T C r H V dt dT
MC C R A r P -+?-=
（2.1） 式中，P C ——反应釜内反应物比热；
A C ——反应釜内反应物浓度；
M ——反应物总质量；
R V ——反应器容积；
U ——反应釜间壁的总传热系数；
R A ——反应釜间壁的传热面积；
T ——反应釜内温度；
C T ——冷却介质出口温度；
H ?——摩尔反应热（吸热为证，放热为负）。
夹套内温度与热量平衡方程为[10]
)
()(C R C H PC C C
PC C C T T UA T T C W dt dT C V -+-=ρρ （2.2） 式中，C V ——夹套内冷却介质的容积；
C ρ——夹套内冷却介质的密度；
PC C ——夹套内冷却介质的比热；
W ——冷却介质的流量；
H T ——冷却介质的入口温度。
化学反应速度),(T C r A 为[10]
A A A C RT E
k kC T C r )ex p(),(0-==
（2.3）
将式（2.2）代入（1.5），可得
)()e x p ()(0T T MC UA C RT E k MC V H dt dT C P
R A P R -+-?-= （2.4） 由式（2.1）得
)()(C PC C C R C H C C T T C V UA T T V W dT dT -+-=ρ （2.5） 2.2 基本方程的线性化
式(1.8)和式(1.9)是表示反应釜温度动态特性的基本方程，均为非线性方程。为了便于应用线性控制理论来分析小扰动状态下的动态特性，对式（2.3）、（2.4）进行线性化（在写增量方程时为简化写法，?一律从简，各变量上方的“—”表示稳态值），可得以下形式的矩阵方程[9]。
Bu Ax x += (2.6)
式中， ??
????=C T T x ??
????=22211211a a a a A ??????=2221
00b b B ??
????=W T u H 其中， ???
? ???---=211)(T R C V C M H MC UA a P R A PC R P R MC UA a =
21 PC
C C R C V UA a ρ=12 ???? ??+-=PC
C C R C C V UA V W a ρ22 C
V W b =21
C
C H V b =22 2.3 有关通道的传递函数
将式（2.6）进行拉氏变换，整理得：
)()()(1s B A sI s X ?-=-
即 ?????
?--++????????????--=??????W T a a a a s a a b b a s a a a s s T s T H C )()(00)()(211222112211222111211222 ??
????-++??????--=W T a a a a s a a b a s b a s b a b a H )()()()(2112221122112211211122122112 （2.7） 由式（2.7）可求出各通道的传递函数。冷剂流量W 对釜温T 的传递函数为
)
()()()()(2112221122112212a a a a s a a b a s W s T s G -++== （2.8） 以上得到的是开环系统的传递函数，可以证明，当反应放热小于冷剂吸热时，开环是稳定的，故可根据式(2.8)设计开环调节的控制器。方程推导过程中做了很多假设，如认为冷却介质阀门的流量在开度一定的情况下是稳定的，但实际中由于工厂设备等原因，往往不容易做到这一点。故在实际使用时，我们是以给定温度与实际温度的差值作为输入量，构成闭环系统。这样做的好处是，即使由于外界因素，使系统开环不稳定，我们也可以通过不断的调节控制量，使闭环系统达到动态稳定。
由于测量元件有所滞后，加上反应釜本身所固有的热惯性，所以控制信号与温度测量值之间明显存在一个时间滞后τ，有必要给等式(2.8)增加一个滞后环节s e τ-，经过查找一系列资料，综上替换可得以下等式
s e a a a a s a a b a s W s T s G τ--++==)()()()()(2112221122112212 (2.9)
3反应釜温度控制系统
反应釜的温度控制是化工生产过程的中心环节，目的是保证反应过程的产物达到一定的质量和控制要求，并确保反应的安全进行。反应器的工艺指标多为转化率以及产品的质量、产量等，其值主要取决于产品混合物中各组成部分的量的浓度，所以最直接的控制系统是以产物浓度为被控变量。但由于无实用的在线分析仪和采样问题不易解决，所以选用温度为间接参数是最有效的办法[11]。因此本课题的主要任务之一就是要实现反应釜温度的精确控制。
基于以上所述目前国内外的反应釜温度控制方法的各自特点，以及反应釜温度这一物理参数变化缓慢，大惯性和大滞后性的特点，而且要求计算量和实时性都比较好。本论文采用模糊控制方法来调节控制反应釜内温度。要实现反应釜温度的智能控制，就要有精确的温度传感器。
本课题运用MATLAB软件对它们的控制性能和抗干扰能力进行了仿真比较，选出影响速度快，超调量小，稳态误差小的技术要求的解决方案作为控制器。采用Matlab 模糊工具箱和Simulink仿真软件，完成对反应釜温度控制系统进行模糊控制器的设计，之后形成模糊控制表，设计温度控制系统的软件部分，完成数据采集处理，模糊控制及执行元件的控制等功能。为硬件部分做好接口工作。最后，在Simulink环境下进行仿真分析。设计数字温度计实现多点温度采集。控制方法上采用模糊控制，使系统具有模糊控制灵活而适应性强的优点，使被控量具有良好的动态特性。
3.1控制器的设计指标
3.1.1 功能指标
根据用户的要求，本论文设计的控制器要求对某化学反应实现过程控制。控制器的主要控制功能为自动实现釜温控制。釜温——时间曲线有标准制式或由操作人员从人机接口设置。其中标准制式要求釜温达到如图3.1所示的变化规律。
3.1.2 反应操作流程
该反应釜按反应的特性可以分为吸热反应和放热反应。一般来说，聚合反应属于放热反应，而裂变反应属于吸热反应。反应的操作流程一般包括以下4个阶段。
(1)反应器投料。反应物经计量后一批或分几批投入反应器。
(2)加热升温阶段。为实现化学反应，间歇生产的初期是对反应物料进行加温处理。
原料在充分混合的基础上，吸收提供的热量达到反应温度后开始反应。这段时间反应器内的温度平缓上升。
(3)反应与恒温/恒压阶段。如果反应温度偏高或者偏低，都会影响反应深度，从而降低产品的质量。有的反应过程，若温度升高过多，会导致爆炸、起火等事故发生。造成温度偏高的原因是反应过程中放出的大量反应热。为了使釜内温度恒定，通常在夹套中通以适量的冷剂，以移走反应放出的多余热量。反应开始后，不同的反应类型表现不同，放熟反应表现为温度急剧升高，吸热反应相反。总之，此时温度会出现剧烈变化，之后，再趋向平稳。
(4)冷却和回收成品阶段。反应完成后，降低反应器内温度，并排出产品。此阶段温度不断下降[12]。
图3.1 反应釜过程温度曲线
图中升温部分用虚线描绘，表示对升温时间的要求不是很严格，只要保证超调量不是太大即可。达到反应温度后，要保持釜温在80℃约90分钟。降温阶段有一定时间要求，在20分钟内冷却到30℃即可，此后使其自然冷却。
操作人员可通过键盘输入设定温度、工况(自动、加热、冷却或搅拌)和定时时间。
自动工况对应于反应釜过程温度—时间标准制式。在加热和冷却工况下，要求釜温从实际温度变化到设定温度，然后使反应釜在设定时间内维持在设定温度。搅拌工况只开动搅拌器对物料进行搅拌，对釜温不做要求。
加热、冷却和搅拌三种工况中，搅拌速度均可设定为1-9级转速和自动十种情况，
其中搅拌速度为自动时，由控制器根据釜内温差自动调节。
系统具有定时功能。除自动工况外，其它工况均可进行时间设定，即开机状态可设置定时关机，关机状态可设置定时开机。
3.1.3 精度指标
本系统的测温范围要求为0-90℃。自动工况下，升温阶段的控制精度要求不是很高，升温结束阶段向恒温阶段切换时，要求超调量不超过5℃。恒温阶段的控制精度要求较高，要求绝对误差不超过士2℃。
4反应釜的模糊控制方案
4.1总体控制方案的确定
根据对反应釜的特性分析可知，反应釜的温度对化学反应有很大的影响。我们在分析对象特性时，做了很多的假设，对方程进行了近似处理。事实上，反应釜反应过程复杂，控制难度大，系统中存在着随机性和时变性，求取其数学模型十分困难。本文采用反应釜的温度作为被控对象，反应釜的温度控制与一般的过程工业相比，主要有以下几个方面的特点[22]:
(1)时滞性和惯性很大。由于反应釜的热容量大，且反应釜与外界热交换主要靠反应釜的夹套进行传热，釜内物料与夹套内的冷却介质的热交换也需要时间，导致系统表现出很大的时滞性和惯性。
(2)时变性。反应釜内的温控特性主要取决于化学反应的激烈程度，而整个生产过程从起始升温、中间恒温到最后的降温，对象具有明显的时变性。并且，就某一个具体的阶段而言，由于化学反应的速度不稳定，导致过程的增益、惯性时间和滞后也会发生相应的变化。
(3)过程不稳定。本反应釜内的化学反应为放热反应，温度越高反应越剧烈，放热也越多，存在正反馈，是不稳定过程。
(4)干扰因素很多，主要有:
a.总管蒸汽压力和冷却水压力不稳定，而不同压力时的加热或冷却效果相差很大，给温度控制带来很大的扰动。
b.每批物料的成分和质量不可能完全一样，在反应过程中表现出的特性也就有所区别，有时甚至差别很大。
针对被控对象的上述特点，应选择合理的控制方案，针对被控对象的时变性和大时滞性，应综合考虑系统的鲁棒性和快速性的要求，提高测量精度和测量稳定性，最终设计和开发出可靠性、稳定性好、系统性价比高的控制器。
我们知道，无论是以传递函数为核心的经典控制理论，还是以最优控制理论为核心的现代控制理论，应用它们解决自动控制的实际问题时，都先假设被控对象的特性是线性的或近似线性的，并且己知描述被控对象特性的某种形式的数学模型，如微分方程、传递函数、状态方程等[13]。由前述可知，本系统的传递函数是由反应釜内的物料、状态
过程控制系统课程设计 课题：反应釜温度控制系统 系别：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名：彭俊峰 学号：092413238 指导教师：李晓辉 河南城建学院 2016年6月15日
引言 (1) 1系统工艺过程及被控对象特性选取 (2) 1.1 被控对象的工艺过程 (2) 1.2 被控对象特性描述 (4) 2 仪表的选取 (5) 2.1过程检测与变送器的选取 (5) 2.2执行器的选取 (6) 2.2.1执行器的选型 (7) 2.2.2调节阀尺寸的选取 (7) 2.2.3调节阀流量特性选取 (7) 2.3控制器仪表的选择 (8) 3.控制方案的整体设定 (10) 3.1控制方式的选择 (10) 3.2阀门特性及控制器选择 (10) 3.3 控制系统仿真 (12) 3.4 控制参数整定 (13) 4 报警和紧急停车设计 (14) 5 结论 (15) 6 体会 (16) 参考文献 (17)
反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC温度调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。
中北大学 毕业设计开题报告 学生姓名：李依遥学号：0805054101 学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专业：自动化 设计题目：反应釜温度智能控制系统设计 ——软件部分 指导教师:孟江 2012 年 3 月 15 日
开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效； 2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性； 4．学生的“学号”要写全号（如020*******），不能只写最后2位或1位数字； 5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”； 6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。
毕业设计开题报告
式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机.开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。反应釜在设定恒温条件下，在密闭的容器内，在常压或负压下进行搅拌、反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，是现代化学小样实验、生物制药及新材料合成的理想设备[6]。 3.反应釜的温度控制 反应釜温度控制是通过控制两个阀门即加热水阀门和冷却水阀门来实现的，通过搅拌机的搅拌使物料均匀。在升温阶段，打开加热水阀门，对釜内的蛇管通以加热水，使釜温升高，通过控制阀门开度来控制温度升高的速率，当加热到预订反应温度后就停止加热，反应过程中在夹套中通以冷却水，将反应产生的多余热量移走，控制温度保持恒定。导热介质的选择根据各种不同展品的工艺温度要求确定，常见的导热介质又通过热蒸汽和导热油。温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。通入反应釜的热导介质要求保持温度恒定，通过调节流入反应夹套的导热介质的流量，来控制反应釜内物料的温度符合工艺要求[7]。 二、对反应釜采用的控制技术 1.常规PID控制 PID控制器应用的非常广泛，其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，它的参数整定方便，结构更改灵活，能满足大多数工业控制要求。PID技术比较简单，易于掌握，是常用的控制技术之一。对于参数不变的控制对象或模型参数变化不显著的控制对象来说，使用PID控制能够达到比较理想的控制效果，而且实现起来非常简单[8]。 在本课题的系统设计中，作为被控对象的反应釜由于模型较为复杂，无法建立精确的数学模型，采用PID算法比较方便，但PID算法也存在现场参数调整麻烦，被控对象模型参数难以确定以及外界干扰会使控制漂离最佳工况等问题。针对这些问题，本课题在反应釜温度控制系统中，采用了模糊控制技术与PID相结合的方法来弥补只用PID调节器时的缺憾。 2．模糊控制技术
温度控制系统设计 题目: 基于51单片机的温度控制系统设计姓名: 学院: 电气工程与自动化学院 专业: 电气工程及其自动化 班级: 学号: 指导教师:
2015年5月31日 摘要： (3) 一、系统设计 (3) 1.1 项目概要 (3) 1.2设计任务和要求： (4) 二、硬件设计 (4) 2.1 硬件设计概要 (4) 2.2 信息处理模块 (4) 2.3 温度采集模块 (5) 2.3.1传感器DS18b20简介 (5) 2.3.2实验模拟电路图 (7) 2.3.3程序流程图 (6) 2.4控制调节模块 (9) 2.4.1升温调节系统 (9) 2.4.2温度上下限调节系统 (8) 2.43报警电路系统 (9) 2.5显示模块 (12) 三、两周实习总结 (13) 四、参考文献 (13) 五、附录 (15)
5.1原理图 (15) 摘要： 在现代工业生产中，温度是常用的测量被控因素。本设计是基于51单片机控制，将DS18B20温度传感器实时温度转化，并通过1602液晶对温度实行实时显示，并通过加热片（PWM波，改变其占空比）加热与步进电机降温逐次逼近的方式，将温度保持在设定温度，通过按键调节温度报警区域，实现对温度在0℃-99℃控制的自动化。实验结果表明此结构完全可行，温度偏差可达0.1℃以内。 关键字：AT89C51单片机；温控；DS18b20 一、系统设计 1.1 项目概要 温度控制系统无论是工业生产过程，还是日常生活都起着非常重要的作用，过低或过高的温度环境不仅是一种资源的浪费，同时也会对机器和工作人员的寿命产生严重影响，极有可能造成严重的经济财产损失，给生活生产带来许多利的因素，基于AT89C51的单片机温度控制系统与传统的温度控制相比具有操作方便、价价格便宜、精确度高和开展容易等优点，因此市场前景好。
目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23)
摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。
Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成
诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
系统结构图
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有
郑州科技学院 《模拟电子技术》课程设计 题目温度控制器 学生姓名 专业班级 学号 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间 2015年12月31日
郑州科技学院 模拟电子技术课程设计任务书 专业 14级通信工程班级 2班学号姓名 一、设计题目温度控制器 二、设计任务与要求 1、当温度低于设定温度时，两个加热丝同时通电加热，指示灯发光； 2、当水温高于设定温度时，两根加热丝都不通电，指示灯熄灭； 3、根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，并写出详细的设计过程； 4、利用Multisim软件画出一套完整的设计电路图，并列出所有的元件清单； 5、安装调试并按规定格式写出课程设计报告书. 三、参考文献 [1]吴友宇.模拟电子技术基础[M]. 清华大学出版社,2009.52~55. [2]孙梅生.电子技术基础课程设计[M]. 高等教育出版社,2005.25~28. [3]徐国华.电子技能实训教程[M]. 北京航空航天大学出版社,2006.13 ~15. [4]陈杰,黄鸿.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.22~25. [5]翟玉文等.电子设计与实践[M].北京:北京中国电力出版社,2005.11~13. [6]万嘉若,林康运.电子线路基础[M]. 高等教育出版社,2006.27 ~29. 四、设计时间 2015 年12月21 日至2015 年12 月31 日 指导教师签名： 年月日
本设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、使用寿命长、具有一定的实用性等优点的温度控制电路。本文设计了一种温度控制器电路，该系统采用模拟技术进行温度的采集与控制。主要由电源模块，温度采集模块，继电器模块组成。 现代社会科学技术的发展可以说是突飞猛进，很多传统的东西都被成本更低、功能更多、使用更方便的电子产品所替代，本课程设计是一个以温度传感器采用LM35的环境温度简易测控系统，用于替代传统的低精度、不易读数的温度计。但系统预留了足够的扩展空间，并提供了简单的扩展方式供参考，实际使用中可根据需要改成多路转换，既可以增加湿度等测控对象，也能减少外界因素对系统的干扰。 首先温度传感器把温度信号转换为电流信号，通过放大器变成电压信号，然后送入两个反向输入的运算放大器组成的比较器电路，让电位器来改变温度范围的取值，最后信号送入比较器电路，通过比较来判断控制电路是否需要工作。此方案是采用传统的模拟控制方法，选用模拟电路，用电位器设定给定值，反馈的温度值与给定的温度值比较后，决定是否加热。 关键词：温度传感器比较器继电器
摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could
基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。
过程控制系统课程课题：反应釜温度控制系统 系另I」：电气与控制工程学院 专业：自动化_____________ 姓名： ________ 彭俊峰_____________ 学号：__________________ 指导教师： _______ 李晓辉_____________ 河南城建学院 2016年6月15日
反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC 调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。
1系统工艺过程及被控对象特性选取 被控对象的工艺过程 本设计以工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）为过程系统被控对象。 反应器为标准3盆头釜，反应釜直径1000mm,釜底到上端盖法兰高度1376mm, 反应器总容积，耐压。为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过。反应器压力报警上限组态值为。反应器的工艺流程如图1-1所示。 S8Q A a珑厲娜口 图1-1釜式反应器工艺流程图 该装置主要参数如表1-1所示。各个阀门的设备参数如表1-2所示，其中，D g为阀门公称直径、K v为国际标准流通能力。 表1-1主要测控参数表
基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。
3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路
基于单片机的温度控制系统设计报告
智能仪器仪表综合实训 题目基于单片机的温度控制系统设计 学院 专业电子信息工程 班级 (仪器仪表) 学生姓名 学号 指导教师 完成时间:
目录 一、系统设计---------------------------------------------------------第 1 页 （一）系统总体设计方案----------------------------------------------第 1 页 （二）温度信号采集电路选择和数据处理--------------------------------第 3 页 （三）软件设计------------------------------------------------------第 3 页二、单元电路设计-----------------------------------------------------第 5 页 （一）温度信号采集电路----------------------------------------------第 5 页 （二）步进电机电路------------------------------------------------- 第 5 页（三）液晶显示模块---------------------------------------------------------- 第6 页 （四）晶振复位电路--------------------------------------------------第 7 页三、总结体会--------------------------------------------------------------------------------------第 7 页 四、参考文献-------------------------------------------第 8 页 附录：程序清单------------------------------------------第 8 页
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 安徽工业大学 毕业设计任务书 学院、系：电气信息学院自动化系 专业：自动化 学生姓名：学号： 设计题目： 基于HDU4000过程控制系统的反应釜温 度控制系统的设计 起迄日期: 设计地点: 指导教师: 系主任:
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 毕业设计任务书 1．毕业设计课题的任务和要求： 反应釜生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用。化工生产等必不可缺，所以反应釜的温度控制也尤为重要，尤其是恒温阶段，本设计要求 1.介绍控制系统的硬件组成，所采用的控制方案； 2.利用可编程逻辑控制器实现反应釜温度控制； 3.使用组态软件对系统进行组态； 4.监控温度PLC 控制系统的运行情况。 2．毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本系统是以PLC、WinCC为基础，利用PLC实现温度控制系统的设计和应用。设计人员应具备下列知识： 1. 以过程控制实验装置中的反应釜温度作为被控对象设计一个控制对象，实现对反应釜温度的恒值控制； 2.组态测控界面上，实时设定并显示温度给定值、测量值及控制器输出值； 3.实时显示温度给定值实时曲线、温度测量值实时曲线； 4.选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数。 5.设计的反应釜温度控制系统要能够实现反应釜温度的自动控制，控制作用又快又好，。
温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理；
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
附表1 铜陵学院学生毕业论文（设计）选题审批表院部：专业：
附表2 铜陵学院毕业论文（设计）任务书 同学：你好！ 你所预选的毕业论文（设计）题目自动温度控制系统的设计经审定已通过，你可以进入研究（设计）阶段，请你按照以下进程要求完成毕业论文（设计）的研究设计任务。 一、在指导教师的指导下，进一步明确所选课题的目的和意义。 二、根据选题进行广泛调研，并检索主要参考文献。 三、拟定研究（设计）方案（包括内容、方法、预期目标、进度安排等）。 四、毕业论文（设计）的主要内容（或主要技术要求与数据）：主要 是设计一个温度自动控制系统，用单片机控制，数字温度传感器采集数据， 并用LCD液晶显示器模块显示。它属于一个恒温系统。通过单片机处理，并 发出指令，使用继电器控制、隔离。 五、编写毕业论文(设计)提纲。 六、将包含上述内容的开题报告于 2015 年 1 月 6 日前送 交指导老师，并于 2015 年 1 月 15 日前完成开题。 七、请你于 2015 年 4 月 20 日前完成毕业论文（设计）的初 稿。 八、请你在 2015 年 4 月 22 日至 5 月 31 日之间反复修改 初稿（要求不少于三次）。 九、请你于 2015 年 6 月 20 日前把符合铜陵学院毕业论文（设 计）撰写格式要求的纸质定稿和相关的附件等材料，按要求装订一式三份， 连同对应的电子文档送交指导老师。 十、你的毕业论文（设计）如果通过了答辩资格审查，请于 2015 年 6月 20 日前准备参加本学院统一组织的毕业论文（设计）答辩（具体答辩
时间另行通知）。 十一、如果你的联系方式发生变动，应及时通知你的指导老师。 指导教师电话： E-mail： 学生电话： E-mail： 指导教师签名：学生签名： 下达任务日期： 2014 年 12 月 23 日接受任务日期： 2014 年 12 月24 日注：本任务书一式两份，一份交给学生，一份指导教师留存。 附表3 铜陵学院毕业论文（设计）开题报告
湖南科技大学潇湘学院 毕业设计（论文） 题目单片机温度控制系统 作者 系部信息与电气工程系 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 二〇一年月日
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程系电气工程及其自动化教研室 教研室主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题：单片机温度控制系统 2 学生设计（论文）时间：自年月日开始至年月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： (1)单片机温度控制系统流程图(2)单片机程序设计基础 (3) protel se 99软件(4) 单片机使用接口技术 (5) 单片机程序设计基础(6)网上有关技术资料 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 基于单片机温度控制系统的发展及应用 (2) 单片机温度控制系统设计包含的基本内容 (3) 单片机温度控制系统技术 (4) 单片机温度控制系统实现 (5) 全文总结 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 程序。要求：编译通过，基本能运行。 (2) 毕业论文。要求：正确，规范，通顺。 (3) 可供发表的研究论文（可选）。要求：规范，新意 均需提交电子版和纸质版。 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）指导人评语 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩：
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩：
湖南科技大学学院 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书共页 2 设计（论文）图纸共页 3 指导人、评阅人评语共页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名）答辩成绩： 总评成绩：
开题报告 化工反应釜温度控制系统的研究和设计 一．选题意义 为了满足产品的多样化的市场需要，批量或半批量过程工业得到了极大的重视和发展，使得批量过程的先进控制问题成为当前控制理论与控制工程领域的研究热点。而间歇化学反应器是高度非线性对象，包括了所有批量过程控制的难点，涌盖了顺序控制、逻辑控制、回路控制的所有控制概念。因此，开展以化学反应器为控制对象的“面向复杂工业过程集成与优化控制的应用环境建设与先进控制方法研究”，具有重要的理论和现实意义。 在传统化工生产领域，反应釜是生产化工产品如（胶水、化妆品等）的核心主要机械。反应釜生产现场污染大、气味难闻有毒。由于自动化程度低，有很多地方都是人工现场观看温控仪表监控操作，对生产人员身体健康伤害很大，且温度控制精度低，一直困扰着这个行业。在工业控制领域，如何更有效地开发针对特定对象的先进控制算法是人们普遍关心的问题。同时在工业测控系统开发过程中，实现测控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。随着社会高速发展，工业自动化技术的不断更新换代和普及，在传统化工生产领域改造和更新有力了极大的改进。 化工生产在我国国民经济建设中占有很重要的地位，而反应釜是化工生产中实现化学反应的主要设备之一。由于反应过程受外界温度、反应物质不同、浓度等因素影响较大，且系统本身具有较大的时变性和滞后性，从控制的角度来看，反应釜属于最难控制的过程之。生产过程经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下进行，生产的安全性至关重要，因此高性能、高精度反应釜控制器的研制受到高度重视。 二．综述 1.国内外的反应釜发展现状 目前，位于化工自动化最底层的控制器仍然是以PID为主流。PID方法是一种基于过程参数的控制阀，其控制原理简单、实现方便，但在控制对象非线性时变、给定突变、大时滞系统等情况下，过程模型难以确定，参数调整往往比较困难，即使可行也因调整时间过长、超调量过大，使控制效果不佳，因此，使用先进的控制理论来弥补PID控制方法的不足，成为目前国内外自动控制方面的一个主要课题。国外如日本、美国等都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，且适用于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统，而国内与之有较大的差距，这使得反应釜温度控制器的研制在技术和市场上都将有较大的突破空间。 在催化剂的生产过程中，对反应釜的加热温度控制直接影响其生产过程的精度，最终影响产品的好坏。而反应釜的温度控制是工业控制中典型的迟滞、时变与非线性的不确定性系统。常规的PID 控制方法控制简单、容易实现且稳态性较好，但难以适应控制系统的控制参数和工作条件的变化，温度始终有较大波动，得不到理想的结果。模糊控制的最大特征是它能够将操作者或领域专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。它具有高度的仿人智能特性、不依赖精确数学模型的特点，是解决间歇聚合反应过程控制问题的一种有效方法。虽说模糊控制的动态性较好，但由于控制器的输入端被控量的偏差和偏差变化率，相对于PID控制，其稳态性较差。对于温度控制需要高动态性和稳态性的情况下，采用模糊控制和PID控制的两者的结合，可以扬长避短，分别满足控制系
智能生活智慧人生智能家居控制系统解决方案 广东领航者科技有限公司
一、概述 本方案设计采用witlife智能家居控制系统。 维德莱夫品牌源自澳大利亚，始创于1989年， Witlife维德莱夫—智能生活·智慧人生，系智能化酒店，智能化家居的领航者，在大洋洲和大中华地区设有研发和业务机构。在全球40多个国家和地区设有经销商和代表处。为智能化生活的进一步发展奠定了厚实的基础，为智能化领航起到了决定性作用。公司自创立以来始终不变的核心理念：为智能生活，提供人性化、专业化的全程智能服务，实现超乎客户满意的惊喜。 Witlife维德莱夫大中华地区总部成立于2010年，Wit life维德莱夫是一家专业从事家庭智能化控制产品与解决方案的研发、生产、销售和服务的全球知名企业，是全球知名的智能家居公司。 Witlife维德莱夫智能家居系统，是采用自动化控制系统、计算机网络系统、网络通讯技术、无线射频(RF)技术于一体的智能控制系统。具有实时显示、即时控制、预设控制、远程控制等功能，可以用家用电脑、手机、平板电脑、RF遥控器、触控面板等多种方式进行控制。通过网络可以完全掌控家庭、酒店所有的灯光、空调、电视、音响、热水器、饮水机、电饭煲、房门、窗帘、供养、浇花等。 Witlife维德莱夫，智能生活，智慧人生，一切尽在掌握之中。 推出的世界上最先进的网络家居控制系统，广泛应用于现代住宅中的安防监控、灯光窗帘、温度湿度、音乐影院等智能控制，并能无
缝接入小区网络对讲、家庭物联网。 二、网络家居控制系统的设计标准 本设计方案主要参照以下设计标准： 1、JGJ/T16-92 （民用建筑电气设计规范） 2、EN50090 （欧洲电工标准） 三、智能家居系统结构原理 智能家居控制系统采用目前最先进的网络架构，分散控制各个子系统，最适合现代家居的应用，其结构如下： 智能家居控制系统结构 智能家居控制系统的基本构成是网络点，网络点通过网络线接入路由器构成的家庭局域网。可以高速双向传输控制、信息、视频、音频等。 由上图可看出，智能家居控制系统平台能够搭载各种控制子系统，除了继电器控制信号，它能控制任何控制协议，传输任何音频、视频、信息数据，并能双向反馈。 智能家居控制系统具有： ?居家安防控制 ?居家监控系统 ?灯光智能控制