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指导教师评定成绩：审定成绩：大学自动化学院过程控制系统课程设计报告设计题目：基于工业化学反应釜的温度控制系统设计指导教师：老师单位（二级学院）：自动化学院专业：自动化学生姓名：设计时间： 2014 年 6 月自动化学院制基于过程控制反应釜温度控制系统设计摘要：温度是化学反应釜生产过程中对反应过程影响最重要的的因素之一，温度的控制精度、系统响应速度及稳定度是衡量温度系统性能指标的关键因素，准确地控制反应釜内原料在不同温度下进行化学反应具有重要意义。
首先，本系统对反应釜的温度进行分析，得出了冷剂流量对反应釜内温度的传递函数。
其次，通过单片机，利用继电器、DS18B20温度传感器、LCD液晶显示屏等设计了对反应釜进行加热与降温来实现反应釜温度控制的具体电路和实时系统，对实际化学反应过程中的温度变化进行模拟，并利用经典控制理论中的PID算法得到反应时的最优控制，并给出了详细的分析步骤和控制算法。
最后，通过组态软件对整个化学反应过程进行实时监控的模拟。
关键词：温度控制 PID 单片机组态王一、背景及国内外研究现状1.1 问题研究背景在化工生产过程中, 连续反应釜是一种常用的、重要的反应容器。
其化学反应机理较为复杂, 受到外界条件、原料纯度、催化剂的类型等诸多因素的影响，所以难以建立精确的数学模型, 致使整套设备的自动化水平较低。
而且在反应釜中进行的反应一般属于放热反应, 反应放热量大, 传热效果却不理想, 因此反应釜内温度一般具有大滞后、非线性等特征。
针对反应釜内温度变化的特点, 设计良好的温度控制系统是保证产品质量的关键。
在我国，尽管大中城市的科学技术和工业自动化的发展比较快，但是在众多的小城市与农村地区由于经济不够发达，政府扶持力度不够，存在许多不太安全的小规模化工生产项目，给人们的人生安全与财产安全带来了一定的威胁。
所以，如何更安全的进行化工生产已经成为了政府和各种研究机构亟待解决和完善的事。
1.2 国内外研究现状目前关于反应釜温度控制系统设计问题国内外都有一些研究，并且已经基本满足了工业需求。
反应釜温控系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解反应釜的基本原理和温度控制的重要性。
2. 学生能掌握反应釜温度控制系统的组成、工作原理及各部分功能。
3. 学生能了解温度传感器、控制器、执行器等关键部件的类型及选用原则。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析反应釜温度控制系统的故障原因并进行排查。
2. 学生能设计简单的反应釜温度控制方案，包括参数设置、设备选型等。
3. 学生能通过实验操作，验证温度控制系统的稳定性和可靠性。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对化学反应过程的兴趣，增强对化学工程领域的认识。
2. 学生树立安全意识，认识到温度控制在化学反应过程中的重要性。
3. 学生培养团队协作精神，提高沟通与表达能力，为未来从事相关工作奠定基础。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在理解反应釜温控系统基本原理的基础上，掌握实际操作和设计能力，同时培养安全意识、团队协作和沟通能力，为未来从事化学工程及相关领域工作打下坚实基础。
通过本课程的学习，学生将能够具备解决实际问题的能力，为我国化学工业的发展贡献力量。
二、教学内容1. 反应釜基本原理及温度控制概述- 介绍反应釜的作用、类型及在化工生产中的应用。
- 阐述温度控制在反应釜操作中的重要性。
2. 反应釜温度控制系统组成与工作原理- 分析温度控制系统的组成部分，包括温度传感器、控制器、执行器等。
- 讲解各部分的工作原理及相互关系。
3. 温度传感器及其选用- 介绍常见温度传感器的类型、特点及应用场景。
- 分析温度传感器的选用原则，包括精度、响应时间等方面。
4. 温度控制器原理与操作- 阐述温度控制器的原理，包括PID控制算法。
- 指导学生操作温度控制器，实现反应釜温度的精确控制。
5. 反应釜温度控制方案设计- 分析反应釜温度控制方案的设计原则，包括设备选型、参数设置等。
- 指导学生设计简单的反应釜温度控制方案。
6. 实验操作与故障排查- 安排实验操作环节，让学生动手验证温度控制系统的稳定性和可靠性。
反应釜自动化控制说明一、概述反应釜自动化控制系统是为了提高反应釜生产过程的自动化程度、精确度和安全性而设计的。
该系统通过采集反应釜内部的各种参数，并根据预设的控制策略，自动调节反应釜的温度、压力、搅拌速度等参数，实现对反应过程的精确控制和监测。
本文将详细介绍反应釜自动化控制系统的硬件配置、软件功能和操作流程。
二、硬件配置1. 传感器：反应釜自动化控制系统需要安装温度传感器、压力传感器、液位传感器等传感器，用于实时监测反应釜内部的各种参数。
2. 控制器：采用先进的PLC控制器作为反应釜自动化控制系统的核心控制设备，负责采集传感器数据并控制执行机构的运动。
3. 执行机构：根据控制信号，控制执行机构的运动，例如控制加热器的加热功率、控制搅拌器的转速等。
三、软件功能1. 参数设置：通过人机界面，可以设置反应釜自动化控制系统中的各项参数，包括温度设定值、压力设定值、搅拌速度设定值等。
2. 实时监测：反应釜自动化控制系统可以实时监测反应釜内部的温度、压力、液位等参数，并将数据显示在人机界面上，方便操作人员实时了解反应过程的状态。
3. 控制策略：根据预设的控制策略，反应釜自动化控制系统可以自动调节反应釜的温度、压力、搅拌速度等参数，以保持反应过程的稳定性和精确度。
4. 报警功能：当反应釜内部参数超出设定范围时，自动化控制系统会发出警报，并通过人机界面显示相应的警报信息，提醒操作人员及时处理。
四、操作流程1. 启动系统：将反应釜自动化控制系统的电源接通，并按照系统启动流程进行操作，确保系统正常运行。
2. 参数设置：通过人机界面，设置反应釜的温度设定值、压力设定值、搅拌速度设定值等参数。
3. 实时监测：在操作过程中，通过人机界面实时监测反应釜内部的温度、压力、液位等参数，并观察其变化趋势。
4. 控制调节：根据实时监测的数据和预设的控制策略，自动化控制系统会自动调节反应釜的温度、压力、搅拌速度等参数，以保持反应过程的稳定性和精确度。
摘要反应釜是一种常用的化学反应容器，其内部反应机理较为复杂。
研究通过控制其过程参数而控制化学反应过程，以提高产品的效率和质量的方法，对化工生产和生物制药等工业很有实用价值。
本文通过对反应釜传热特性的分析，总结出被控对象的特殊性，设计了一套按偏差分档控制的智能测控系统。
讨论了控制策略的可行性，研究了模糊—PID复合控制理论在反应釜过程控制系统中的具体运用，给出了具体的控制算法。
在此基础上，设计了以MCS-51单片机为核心的反应釜智能控制器。
应用了两种目前比较流行的串行总线接口技术 单线总线和I2C总线，构成了多点温度测量系统的控制，通过对执行器件的动作控制和参数调节，实现了对反应釜内温度及其梯度的控制。
关键词：反应釜；过程控制；单片机；温度测量；模糊-PID控制I目录摘要 (I)目录 (2)1绪论 (1)1.1本设计的背景和意义 (1)1.2反应釜控制技术的现状 (1)1.3本设计的内容 (2)1.3.1被控对象的特性分析 (2)1.3.2控制方案的确定 (2)1.3.3系统的硬件设计 (3)1.3.4系统的软件设计 (3)1.3.5实验与结果 (3)2反应釜过程系统的特性分析 (4)2.1过程控制系统 (4)2.2反应釜的过程分析 (5)2.2.1反应釜的结构简介 (5)2.2.2反应釜的工作原理 (5)2.2.3反应釜的控制方案 (6)2.3反应釜的动态特性 (8)2.3.1基本方程 (8)2.3.2基本方程的线性化 (9)2.3.3有关通道的传递函数 (9)2.4设计指标 (10)2.4.1功能指标 (10)2.4.2精度指标 (11)2.4.3其他指标 (11)3控制方案的确定 (12)3.1总体控制方案的确定 (12)3.2模糊控制方案 (14)3.2.1模糊控制方法概述 (14)3.2.2模糊控制器的设计 (16)3.3 PID控制器方案 (22)3.3.1常规数字PID控制及其缺点 (22)3.3.2改进的PID算法 (23)3.3.3 PID参数的整定 (25)3.4搅拌速度的控制方案 (26)4硬件电路设计 (27)4.1硬件系统构成 (27)4.2基于DS18B20的多传感器侧温电路 (28)4.2.1 DS18B20的内部结构简介 (28)4.2.2 DS18B20的读写时序 (30)4.2.3 DS18B20的常用命令 (31)4.3 D/A转换及输出电路 (32)4.3.1 MAX518与I2C总线 (32)4.3.2电压放大电路 (36)4.3.3 V/I变换电路 (37)4.4 DKZ型电动执行器 (38)4.5 搅拌电机控制电路 (41)4.6 电源电路 (42)4.7 人机接口电路 (43)4.7.1 键盘接口电路 (43)4.7.2 LED接口电路 (44)4.8 硬件抗干扰措施 (45)4.8.1干扰的来源与抑制方法 (45)4.8.2电源抗千扰措施 (46)4.8.3微处理器监控器 (46)5控制系统的软件设计 (48)5.1主程序设计 (48)5.2键盘中断服务子程序 (49)5.3定时器0中断服务子程序 (51)5.4温度采集子程序 (52)5.5控制量输出子程序 (53)5.6控制算法子程序 (54)5.7软件抗干扰措施 (54)6实验与结果 (56)7结束语 (57)致谢 (58)参考文献 (59)附录A 硬件电路总图 (60)附录B DS18B20与单片机的通信子程序 (62)附录C MAX518与单片机的通信子程序 (64)1绪论1.1本设计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。
一种聚合反应釜的自动控制系统设计1.釜的控制与调节：釜的控制主要包括控制釜的开关和关闭、控制釜内的压力、温度和搅拌速度等。
将釜的开关和关闭设置为自动控制模式，可以通过信号传感器来监测釜内的压力和温度。
当压力和温度超过设定值时，系统可以自动调节加热或冷却功能，保持在设定范围内。
搅拌速度也可以根据需要进行自动调节，以控制反应的效果。
2.温度控制：温度是影响反应过程的重要因素之一、通过设置温度传感器，可以实时监测反应釜内的温度，并将温度信号传递给控制器。
控制器根据事先设定好的反应温度曲线，自动调节加热和冷却设备，保持反应温度的稳定。
3.压力控制：在聚合反应过程中，压力的变化可能会影响反应的速率和效果。
因此，该系统应该包含压力传感器用于监测釜内的压力，并将信号传递给控制器。
控制器根据设定的反应压力范围，自动调节加热和冷却设备，保持反应釜内的压力在设定范围内。
4.进料控制：在聚合反应过程中，需要逐渐添加反应物料。
进料控制系统应包含流量传感器，用于测量反应物料的流量。
控制器根据设定的反应物料流量曲线，自动调节进料速度，以控制反应过程。
5.搅拌控制：搅拌是聚合反应过程中的一个重要步骤，可以促进反应物料的混合和均匀分布。
搅拌控制系统应包括搅拌速度传感器和控制器。
控制器根据设定的搅拌速度曲线，自动调节搅拌设备的转速，以达到所需的混合效果。
6.反应物浓度控制：在聚合反应过程中，反应物浓度的变化可能会影响反应的速率和效果。
反应物浓度控制系统应包括浓度传感器和控制器。
控制器可以根据浓度传感器测量到的反应物浓度，自动调节进料速度或反应时间，以控制反应物浓度在设定范围内。
以上是一种聚合反应釜的自动控制系统设计，包括釜的控制与调节、温度控制、压力控制、进料控制、搅拌控制和反应物浓度控制等方面。
通过自动控制系统的设计，可以提高反应的稳定性和效率，减少人工操作并降低安全隐患。
实训报告MCGS组态加热反应炉控制系统一、实训背景在化工生产过程中，加热反应炉控制系统是一个非常重要的环节。
为了提高生产效率和产品质量，有效控制加热过程是必要的。
MCGS组态加热反应炉控制系统是一种基于PLC和人机界面的控制系统，具有灵活性和易操作性，适用于各种加热反应炉控制需求。
二、系统组成MCGS组态加热反应炉控制系统由以下组成部分组成：1. PLC控制器：采用可编程逻辑控制器（PLC）作为核心控制器，负责对加热反应炉的各个设备进行控制和监控。
2. 人机界面：采用MCGS组态软件作为人机界面，用于与操作人员进行交互，监控和控制加热反应炉的运行状态。
3. 传感器和执行器：包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等用于采集加热反应炉的实时数据，并通过执行器控制炉内的加热器、泵等设备。
4. 通信模块：用于实现PLC与人机界面之间的通信，以及与其他设备的数据交互。
三、系统功能及操作流程MCGS组态加热反应炉控制系统具有以下功能：1. 温度控制：通过采集加热反应炉内的温度信息，根据设定的控制算法对加热器进行控制，以达到设定的目标温度。
2. 压力控制：通过采集加热反应炉内的压力信息，根据设定的控制算法对泵等设备进行控制，以达到设定的目标压力。
3. 流量控制：通过采集加热反应炉内的流量信息，根据设定的控制算法对加热反应炉的进料泵、排料泵等设备进行控制，以达到设定的目标流量。
操作流程如下：1. 启动系统：由操作人员通过人机界面启动系统，此时PLC控制器开始运行。
2. 采集数据：系统通过传感器采集加热反应炉内的温度、压力、流量等实时数据。
3. 控制设备：根据设定的控制算法，PLC控制器对加热器、泵等设备进行控制，以实现温度、压力、流量的调节。
4. 监控运行状态：操作人员通过人机界面监控加热反应炉的运行状态，包括温度、压力、流量等参数的实时变化情况。
5. 停止系统：当需要停止加热反应炉时，操作人员通过人机界面停止系统运行。
反应釜自动化控制说明一、引言反应釜是一种常见的化学实验设备，用于进行化学反应和合成实验。
为了提高实验效率和确保实验的安全性，采用自动化控制系统对反应釜进行控制是非常必要的。
本文将详细介绍反应釜自动化控制系统的设计和使用方法。
二、系统设计1. 系统组成反应釜自动化控制系统主要由以下组成部分构成：- 传感器：用于实时监测反应釜内的温度、压力、液位等参数。
- 控制器：根据传感器的反馈信号，对反应釜内的温度、压力、搅拌速度等进行控制。
- 执行机构：根据控制器的指令，控制反应釜内的加热、冷却、搅拌等操作。
- 人机界面：提供操作界面，方便用户对反应釜进行参数设置和监控。
2. 控制策略反应釜自动化控制系统采用PID控制策略，即比例、积分、微分控制。
该控制策略可以根据反应釜内的实时参数变化，自动调整控制器的输出信号，以实现对反应釜内参数的精确控制。
3. 控制模式反应釜自动化控制系统可以采用手动控制模式和自动控制模式。
在手动控制模式下，用户可以通过人机界面手动设置反应釜内的温度、压力、搅拌速度等参数。
在自动控制模式下，系统将根据预设的控制策略自动调整参数，实现自动化控制。
三、系统使用方法1. 系统启动将反应釜自动化控制系统的电源接通，并按下启动按钮。
系统将进行自检，确保各个传感器和执行机构正常工作。
2. 参数设置在人机界面上设置反应釜的目标温度、目标压力、搅拌速度等参数。
系统将根据这些参数进行控制。
3. 控制模式切换根据实验需求，选择手动控制模式或自动控制模式。
在手动控制模式下，用户可以通过人机界面手动调整反应釜内的参数。
在自动控制模式下，系统将根据预设的控制策略自动调整参数。
4. 实验监控在实验过程中，通过人机界面实时监测反应釜内的温度、压力、液位等参数。
系统会根据传感器的反馈信号进行实时控制，确保实验的安全和稳定进行。
5. 实验结束实验结束后，将反应釜自动化控制系统的电源关闭，并进行必要的清洁和维护工作。
四、系统优势1. 提高实验效率：自动化控制系统可以根据预设的控制策略，自动调整反应釜内的参数，提高实验的效率。
基于化学反应釜过程控制系统指导教师评定成绩：审定成绩：大学自动化学院过程控制系统课程设计报告设计题目：基于工业化学反应釜的温度控制系统设计指导教师：老师单位：自动化学院专业：自动化学生姓名：设计时间：2014 年 6 月自动化学院制基于过程控制反应釜温度控制系统设计摘要：温度是化学反应釜生产过程中对反应过程影响最重要的的因素之一，温度的控制精度、系统响应速度及稳定度是衡量温度系统性能指标的关键因素，准确地控制反应釜内原料在不同温度下进行化学反应具有重要意义。
首先，本系统对反应釜的温度进行分析，得出了冷剂流量对反应釜内温度的传递函数。
其次，通过单片机，利用继电器、DS18B20温度传感器、LCD液晶显示屏等设计了对反应釜进行加热与降温来实现反应釜温度控制的具体电路和实时系统，对实际化学反应过程中的温度变化进行模拟，并利用经典控制理论中的PID算法得到反应时的最优控制，并给出了详细的分析步骤和控制算法。
最后，通过组态软件对整个化学反应过程进行实时监控的模拟。
关键词：温度控制PID 单片机组态王一、背景及国内外研究现状问题研究背景在化工生产过程中, 连续反应釜是一种常用的、重要的反应容器。
其化学反应机理较为复杂, 受到外界条件、原料纯度、催化剂的类型等诸多因素的影响，所以难以建立精确的数学模型, 致使整套设备的自动化水平较低。
而且在反应釜中进行的反应一般属于放热反应, 反应放热量大, 传热效果却不理想, 因此反应釜内温度一般具有大滞后、非线性等特征。
针对反应釜内温度变化的特点,设计良好的温度控制系统是保证产品质量的关键。
在我国，尽管大中城市的科学技术和工业自动化的发展比较快，但是在众多的小城市与农村地区于经济不够发达，政府扶持力度不够，存在许多不太安全的小规模化工生产项目，给人们的人生安全与财产安全带来了一定的威胁。
所以，如何更安全的进行化工生产已经成为了政府和各种研究机构亟待解决和完善的事。
国内外研究现状目前关于反应釜温度控制系统设计问题国内外都有一些研究，并且已经基本满足了工业需求。
计控课程实践反应釜温度控制系统随着科技的发展和工业的进步，计算机控制技术在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。
计控课程实践是培养学生实际动手能力和解决实际问题能力的重要一环。
反应釜温度控制系统是计控课程中一个典型的实践项目，通过对反应釜温度控制系统的设计和实现，学生可以加深对计算机控制技术的理解，提高计控系统的设计和调试能力。
在反应釜温度控制系统的实践中，主要包括以下几个方面:1. 系统构成与工作原理反应釜温度控制系统主要由传感器、执行机构和控制器三大部分组成。
传感器负责将温度信号转换为电信号，控制器根据传感器反馈的信号通过PID算法进行计算，再通过执行机构对反应釜采取相关控制措施，使其温度保持在设定的范围内。
2. 传感器的选择与安装在实际的实践中，学生需要根据反应釜的特点选择合适的温度传感器并进行安装。
常见的温度传感器有热电偶、热电阻和红外线传感器等，不同类型的传感器在性能和使用上各有优缺点，学生需要根据实际情况进行选择。
3. 控制器的选型与参数设置控制器是整个系统的核心部分，学生需要根据反应釜的特点选择合适的控制器，并进行参数设置。
在这个过程中，需要考虑反应釜的容积、加热方式、工作环境等因素，保证控制器的稳定性和灵活性。
4. 执行机构的控制与调试学生需要对执行机构进行控制和调试。
执行机构的选择与设计直接关系到反应釜温度控制的效果，学生需要在实践中掌握执行机构的原理和调试方法，确保反应釜温度能够稳定在设定范围内。
在实践过程中，学生需要不断地调试和改进系统，发现问题并解决问题，这样才能真正掌握计控技术，并在实际工作中做出贡献。
通过反应釜温度控制系统的实践，学生不仅能够掌握计控系统的设计与调试技术，还能够感受到工程实践中的乐趣和挑战，为以后的工作打下良好的基础。
在实践过程中，学生还需要考虑到一些特殊情况和挑战，例如温度传感器的精度、控制器的抗干扰能力、执行机构的响应速度等。
这些因素都会对系统的稳定性和性能产生影响，需要学生具备一定的工程实践经验和解决问题的能力。
反应釜dcs课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解反应釜DCS（分布式控制系统）的基本原理和组成，掌握其功能和应用范围。
2. 使学生掌握反应釜DCS系统中常见参数的测量与控制方法，了解相关传感器和执行器的原理。
3. 帮助学生掌握反应釜DCS系统的操作与维护方法，了解安全操作规程。
技能目标：1. 培养学生运用DCS系统进行反应釜参数测量的能力，提高实际操作技能。
2. 培养学生根据实际工艺需求，调整和优化DCS系统参数的能力。
3. 培养学生分析和解决反应釜DCS系统故障的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工自动化技术的兴趣，激发学习热情，增强自信心。
2. 培养学生团队合作精神，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 增强学生安全意识，培养严谨、负责的工作态度。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，侧重于培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
学生特点：学生具备一定的化学和化工基础知识，对自动化控制系统有一定了解，但对DCS系统操作和维护相对陌生。
教学要求：结合课程内容和学生特点，采用讲授、演示、实践相结合的教学方法，注重培养学生的实际操作技能和问题解决能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度变化，引导他们形成正确的价值观。
通过分解课程目标为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 反应釜DCS系统原理及组成：介绍DCS系统基本概念、发展历程，详细讲解反应釜DCS系统的结构、功能及工作原理，对应教材第1章内容。
2. 反应釜DCS系统参数测量与控制：分析反应釜中常见参数（如温度、压力、流量等）的测量原理，介绍相关传感器和执行器的使用方法，对应教材第2章内容。
3. 反应釜DCS系统操作与维护：讲解反应釜DCS系统的操作步骤、方法及注意事项，介绍系统维护和故障排除方法，对应教材第3章内容。
4. 实践操作：安排学生进行反应釜DCS系统操作实践，包括参数测量、控制操作、故障排查等，对应教材第4章内容。
反应釜PLC智能控制系统设计毕业论文目录第一章概述 (2)1.1PLC的结构与特点 (2)1.1.1 PLC的基本结构 (3)1.1.2 PLC的特点 (3)1.2PLC的发展趋势 (5)第二章硬件设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2.1 总体方案介绍 (6)2.2液体混合器总体结构 (7)2.3液位传感器的选择 (8)2.4搅拌机的选择 (8)2.5电磁阀的选择 (10)2.6接触器的选择 (10)2.7热继电器的选择 (12)2.8PLC的选择 (12)第三章程序设计 (15)3.1功能图 (15)3.2梯形图 (16)3.3PLC输人、输出地址分配 (17)3.4液体混合器输入输出接线图 (18)3.5手动控制 (18)第四章基于MCGS的监控系统设计 (19)4.1什么是MCGS组态软件 (19)4.2MCGS组态软件系统构成 (19)4.2.1 MCGS组态软件的整体结构 (19)4.2.2 MCGS组态软件五大组成部分 (20)4.3MCGS组态软件的特点及选型 (21)4.3.1 MCGS的主要特点 (21)4.3.2 MCGS的选型 (21)4.4基于MCGS的反应釜监控系统设计 (23)4.4.1组建系统工程 (23)4.4.2画面中构件的属性设置 (24)第五章 MCGS与PLC通信及工程模拟 (27)5.1制作动画显示画面 (27)5.2脚本程序编写 (28)5.3建立设备构件 (29)5.4程序下载整体运行与综合测试 (30)总结 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第一章概述1.1 PLC的结构与特点随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛应用在所有的工业领域。
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。
可编程控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应了这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
《化工反应釜温度控制系统的研究与设计》篇一一、引言在化工生产过程中，反应釜是关键的设备之一，而其温度控制系统的设计与实施则是确保生产过程顺利进行和产品质量的重要保障。
本文旨在研究并设计一套高效、稳定的化工反应釜温度控制系统，以提高生产效率和产品质量。
二、研究背景与意义随着化工行业的快速发展，对反应釜温度控制系统的要求也越来越高。
传统的温度控制系统往往存在响应速度慢、控制精度低等问题，导致生产效率低下和产品质量不稳定。
因此，研究并设计一套先进的化工反应釜温度控制系统，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
三、系统设计1. 系统架构设计本系统采用分布式控制系统架构，主要由上位机监控系统和下位机控制系统组成。
上位机监控系统负责实时监测反应釜的温度、压力等参数，并通过人机界面展示给操作人员。
下位机控制系统则负责根据上位机的指令，控制加热、冷却等执行机构，以实现对反应釜温度的精确控制。
2. 温度传感器与执行机构选择温度传感器选用高精度的热电偶或热电阻传感器，具有响应速度快、精度高等特点。
执行机构包括加热器和冷却器，选用具有快速响应、稳定可靠的设备，以确保温度控制的准确性和稳定性。
3. 控制策略设计本系统采用模糊PID控制算法，结合专家系统，实现对反应釜温度的精确控制。
模糊PID控制算法能够根据实际温度与设定温度的偏差，自动调整PID参数，提高系统的响应速度和稳定性。
专家系统则根据历史数据和工艺要求，为控制策略提供参考依据。
四、系统实现1. 硬件实现硬件部分主要包括上位机监控系统和下位机控制系统。
上位机监控系统采用工业控制计算机或PLC（可编程逻辑控制器），具有强大的数据处理能力和友好的人机界面。
下位机控制系统则采用PLC或DCS（分布式控制系统）实现，具有高可靠性和稳定性。
2. 软件实现软件部分主要包括上位机监控软件和下位机控制软件。
上位机监控软件采用组态软件或自主开发的监控软件，具有实时数据采集、处理、存储和展示等功能。
一、说明书摘要本发明具体涉及一种用于聚合反应釜自动控制系统，完成以反应釜为对象的单片机温度控制和搅拌速度控制系统的硬件开发。
可以根据实际需要基本实现对聚合反应釜温度和搅拌速度的自动控制。
在对检测到的温度和搅拌速度数据信息处理后，能自动调理到生产所需状态，从而最优避障，实现优化生产。
一种聚合反应釜的自动控制系统技术领域本发明为化工设备领域，具体涉及一种反应釜。
背景技术反应釜是化工生产过程中的重要设备，反应过程中伴随有大量的吸、放热现象，具有大滞后、时变、非线性、反应机理复杂等特点。
几十年来，化工行业工业自动化技术随着工艺和装备技术的不断发展而发展，从初期简单的手工操作到连续工艺及负荷不断加大，对生产稳定性要求越来越高，对控制及自动化水平的要求也越来越高，仪表使用越来越普遍，从简单回路的闭环控制到单元装置的全面自动化，使用的控制工具也从气动单元组合仪表、电动单元组合仪表到DCS的广泛应用；控制水平也从单参数简单控制回路到多变量复杂控制回路，先进控制系统、优化控制系统在各种场合都有成功应用的典范。
发明内容该发明主要设计一种用于聚合釜系统中温度和搅拌速度的自动控制系统。
温度控制系统的设计：温度传感器的选择、温度检测和放大调理以及温度控制。
搅拌速度控制系统的设计：搅拌器转速检测方案的选择、传感器的选择及信号调理、转速显示、转速控制。
控制系统原理组成如下图所示，采用反应釜现场测温，测得信号通过调理电路，经ADC 输入计算机，再经计算机处理通过DAC 输送给输出控制电路，最后输送到执行元件。
1.温度控制反应釜温度控制对于保证产品质量、产量和安全生产起着至关重要的作用，所以温度控制系统的设计就尤为重要。
该发明的温度控制部分，选用铂电阻温度传感器做测温元件，在测量气体等反应速度快的反应介质时，则要选择热电偶做温度传感器。
为达到ADC0809的工作电压0-5V，检测信号要通过A/D转换后进入单片机，检测电路后加运算放大电路。
化学反应釜最优温度控制系统的设计与实现
化学反应釜最优温度控制系统是一种基于自动控制技术的温度控制系统，可以用于化学反应过程中的温度控制，实现反应过程中温度的稳定控制、快速恢复和最优化运行。
其设计和实现需要以下步骤：
1. 确定温度控制策略：根据不同的化学反应过程和温度要求，确定最合适的温度控制策略，例如PID控制、模型预测控制等。
2. 选择温度控制器：选用能够实现所选温度控制策略的温度控制器，如PLC、微型控制器等，并根据其特性进行适当的配置。
3. 安装温度传感器：在化学反应釜中安装温度传感器，用于实时获取温度信号，并将其传送至温度控制器。
4. 设计控制算法：根据所选温度控制策略和配置好的温度控制器，设计出对应的控制算法，并结合温度传感器实时反馈的温度信号，控制反应釜内的温度。
5. 调试和优化：在实际应用过程中，根据反应过程和温度变化情况进行调试和优化，优化控制算法，最终实现化学反应釜最优温度控制。
化工反应釜温度控制系统的研究与设计化工反应釜温度控制系统的研究与设计一、引言化工反应釜是化工生产中常用的重要设备，其温度控制对于反应过程的稳定性和产物质量有着重要影响。
传统的温度控制方法主要基于PID控制算法，随着现代自动化技术和计算机控制的发展，研究和设计更加先进、高效的温度控制系统，对于提高化工反应釜的生产效率和产品质量具有重要意义。
二、温度控制系统的研究2.1 控制原理温度控制系统的基本原理是通过对釜内温度进行监测，根据温度变化的反馈信号，经过控制算法进行计算，再通过控制装置对加热或冷却系统进行调节，以达到期望的温度目标。
常用的控制算法主要包括比例控制、积分控制和微分控制，即PID控制。
2.2 温度传感器温度传感器是温度控制系统的基础，常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
热电偶原理是根据金属导体温度变化时其电动势变化的原理，热敏电阻则是根据电阻值随温度变化的特性。
在化工反应釜中，常用的温度传感器是热电偶，其具有响应快、测量范围广、稳定性高等特点。
2.3 控制装置控制装置主要包括温度控制器和执行器。
温度控制器是处理温度反馈信号并进行控制算法计算的设备，常见的温度控制器有数字式和模拟式两种。
执行器则是根据温度控制器的输出信号，控制加热或冷却系统的设备。
常见的执行器包括电磁阀、调节阀、电动执行机构等。
三、温度控制系统设计3.1 系统组成温度控制系统的主要组成包括温度传感器、温度控制器、执行器和加热或冷却系统。
温度传感器负责实时监测反应釜内温度，将监测到的温度信号传输给温度控制器。
温度控制器根据反馈信号和设定参数，进行控制算法计算，输出控制信号给执行器。
执行器根据控制信号，调节加热或冷却系统，实现对温度的控制。
3.2 控制算法根据反应釜温度的特点和工艺要求，可以选择合适的PID 控制算法进行温度控制。
PID控制算法具有响应速度快、稳定性好、易于实现等优点，适用于反应釜温度的控制。
在具体实现中，可以通过测试和调试，对PID控制算法的参数进行合理的设置，以达到较为理想的控制效果。
基于组态软件MCGS的加热反应炉控制系统的研究应用工控组态软件MCGS开发加热反应炉自动控制系统的上位机监控界面，构成小型集散控制系统，可以模拟加热反应炉的工作过程，对其进行实时监控，并通过PLC对其进行控制。
标签：加热炉；控制器；组态控制技术1 引言工业生产的基础是工业经济，而机械、化工、冶金、建材工业又是工业生产的基础。
机械、化工、冶金、建材工业一般都有一个加热问题，这就离不开工业加热炉。
它的性能的好坏直接影响到工业产品的质量、产量、能耗、成本及环境保护，对热加工生产起着举足轻重的作用。
所以，对加热炉工作工程的控制具有非常重要的意义。
2 加热反应炉系统的工作过程加热炉系统的设备组成（1）本系统以加热炉为控制对象，对齐进行数据采集并进行实时控制，从而实现加热炉的正常工作。
在本系统中的加热炉是工业上较常用的ZRJ3系列井式氮气加热炉，主要用于有色行业，铜管、铜板、铜线、铜棒、光亮气保，退火后无氧化，软化性均匀。
（2）本系统的控制器选择三菱公司的FX2N-32MR PLC作为控制器，FX2N-4AD模数转换模块来处理传感器检测的模拟数据。
（3）加热炉的主要控制参数有温度、压力、液位等，这些都是通过各种具体传感器来检测的，针对本控制对象。
（4）在本设计中，不仅实现对加热炉工作过程进行控制，而且要对其的运行状况进行监测，实现系统的可视化，在这里选择北京昆仑通态自动化软件技术有限公司研发的MCGS组态软件，实现加热炉控制系统的可视化监测。
要实现上位机的监控必须要使上位机与控制器进行正常的通信，在此选择的是串行RS232进行通信。
4 硬件设计5 可视化控制技术本文是用通用工控组态软件MCGS来实现对加热反应炉的状态进行实时数据监控的，通过可视化监控系统可以对加热反应炉的进料、排料、进气、排气、加热等过程进行自动控制，还可以进行数据实时显示报表输出和历史数据的记录和报表输出，并可以对加热反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出。
基于MCGS的反应釜控制系统设计与实现Design and Realization about Reactor Control System Based on MCGS耿瑞芳曹辉马栋萍王暄GENG Rui-fang,CAO-Hui,MA Dong-ping,Wang-Xuan(北京联合大学生物化学工程学院北京 100023)(Biochemical Engineering College of Beijing Union University ,Beijing,100023)摘要：设计了一套反应釜计算机控制系统，用以实现反应釜配料比值控制，以及反应釜温度—夹套温度串级控制。
选用研华工控机、RS232/485转换模块，以及支持MCGS组态及通信功能的天辰智能仪表组成硬件系统；用MCGS工控组态软件编写控制程序。
实际运行结果表明，该系统能够按照工艺要求正常运行，串级控制系统调节精度高，可靠性和工作效率均优于简单控制系统。
关键词：反应釜；MCGS；计算机控制系统；串级控制中图分类号：TP273+.5文献标识码：BAbstract: A computer control system for reactor has been designed for realize materiel-allotment ratio control, and the string control about the Reactor temperature-interlayer temperature. Hardware system is composed of YanHua IPC, RS232/485 transitional module,and TianChen intelligent meters which support MCGS configuration and communication function;Using MCGS industrial control configuration software write the control programs.The practical running results indicate that the system can runs normally according to the technical requests, string controlling system has high adjustive precision, and its reliability and work efficiency are excelled the simple controlling system.Key Words: reactor；MCGS；computer control system；string control1 引言反应釜是化工生产过程中的关键设备之一,同时也是主要的能耗设备。
搅拌釜式反应器系统是一个非线性、时变、大滞后的间歇反应过程，用于小批量、多品种的液相反应系统，如制药、染料等精细化工生产过程。
MCGS是由北京昆仑通态自动化有限公司研制开发的一套适合国情的、通用性强、高品质、低价位的工控组态软件。
它具有简单灵活的可视化操作界面，丰富、生动的多媒体画面，能够支持多种硬件设备，实现“设备无关”，实时性强等优点。
2 工艺流程及控制要求反应釜系统工艺控制流程图见图1。
图1 反应釜工艺控制流程图图中， TK-A、TK-B、TK-C为储料罐，分别盛放反应物料A、B、C；LIC-302H（L），LIC-303H（L），LIC-304H（L）分别为3个储料罐的上（下）液位指示变量；SSV501～SSV507、SSV509为电磁阀，DRV为反应釜搅拌器；TT1、TT2分别为反应釜内及反应釜夹套温度变送器，Pt100为铂热电阻；XSL/A-20LS2V0为天辰智能仪表—巡检仪。
按照工艺要求，反应物料A、B、C以一定比例事先加入到3个储料罐中，储料罐的液位计采用干簧式浮球液位计，有两个常开干簧管分别位于液位计的上位和下位，上位干簧管的位置可根据实际情况进行调节。
液位计输出的是“通”或“断”的状态信息，当储料罐放空时，下位干簧管闭合，进料阀打开；当进入到储料罐中的物料液位达到要求时，上位干簧管闭合，进料阀关闭。
当3个储料罐的液位均达到要求时，打开其对应的出料阀，将三种物料按一定比例加入反应釜内，充分搅拌、反应后，打开SSV509将产品卸出。
产品的质量与反应釜内温度T1密切相关，因此，在整个系统的工作过程中，将釜内温度控制在一定范围内是非常重要的。
本系统要求T1=55±2℃。
3 硬件系统组成及连接根据上述工艺流程分析，对于工控机而言，该反应釜计算机系统共有6个开关量输入变量LIC302H（L）、LIC303H（L）、LIC304H（L），分别为TK-A～TK-C的上(下)液位指示变量，干簧管闭合时其值为“1”。
有9个开关量输出变量SSV501～SSV507、SSV509及DRV，其中SSV501～SSV507、SSV509反应电磁阀的工作状态，其控制命令由工控机发出，当其值为“1”时，将有+24VDC电压作用其上，电磁阀打开，反应物料通过对应管道，为“0”时，切断24VDC电源，电磁阀关闭；DRV为反应釜搅拌器的控制信号，为“1”时，将有220V AC电源作用其上，搅拌器动作。
有2个模拟量输入变量T1、T2分别为釜内温度和夹套温度，变化范围为0～100%。
有1个模拟量输出变量“调节阀”（电动调节阀的开度，变化范围为0～100%）。
工控机对上述18个变量进行信号采集和输出控制，可选用2块天辰开关量输入/输出仪表、1块巡检仪和1块模拟量输出仪表作为桥梁，实现从工控机到现场一次仪表的通信。
工控机与天辰智能仪表之间通过RS232/485转换模块进行连接。
如图2所示。
图2 硬件系统连接图6个开关量输入变量接至1#仪表的输入通道，开关量输出变量SSV501～SSV507、SSV509接至2#仪表的输出通道，搅拌器（DRV）则接至1#仪表的输出通道；2个模拟量输入变量接至3#仪表的输入通道，1个模拟量输出变量接至4#仪表的输出通道。
由于输出变量要去控制相应的执行机构（电磁阀、搅拌器和电动调节阀），所以需要进行输出驱动，即9个开关量输出变量通过1#、2#仪表的输出通道接至继电器的控制端，再由继电器控制+24VDC和220V AC电源的接通或断开；模拟量输出变量“调节阀”通过4#仪表的输出端接至伺服放大器的控制端，由伺服放大器驱动电动调节阀动作。
4 软件设计与实现本系统应用MCGS设计监控软件，包括创建实时数据库、制作工艺流程画面和动画连接、设计运行策略、设备窗口组态。
4.1 创建实时数据库根据前面分析的系统输入/输出变量的属性，在MCGS工作台的“实时数据库”窗口页建立以下数据对象，如图3（a）所示。
(a) 系统的输入/输出变量（c）釜内温度—夹套温度串级控制界面（d）设备窗口组态图3 反应釜计算机控制系统软件设计已建立的这些数据对象大多与运行界面中的构件属性连接在一起，因而比较容易确定，但实际组态控制系统时，一般仅靠系统的输入/输出变量无法定义所有的数据对象，往往在进行运行策略设计时需要根据实际情况增加许多中间数据对象，逐步完成实时数据库的创建。
4.2 用户窗口组态根据系统工艺控制流程图，在MCGS工作台的“用户窗口”中绘制运行画面，并进行动画连接，包括液位计、电磁阀、反应釜、温度变送器、调节阀及流动块构件的动画连接。
见图1。
4.3 设计运行策略4.3.1 反应釜配料比值控制程序设计依据控制要求，反应釜配料控制为一顺序控制过程。
在MCGS “运行策略”窗口的“启动策略”中建立脚本程序构件，编写程序，将除进料阀以外的所有电磁阀开启，启动定时器延时2分钟，以便在系统运行初始清空所有储料罐和反应釜。
设置循环策略的循环周期为200ms ，在其中增加脚本程序构件，并按图3(b)的流程编写控制程序。
搅拌时间在定时器构件中设置，可以根据物料充分反应所需时间调节，当定时器的计时状态变为“1”时，停止搅拌。
4.3.2 反应釜温度—夹套温度串级控制系统设计在反应釜控制系统中，釜内温度T1是一个非常重要的参数，但由于反应釜具有较大的容量滞后，因此，采用单回路控制系统效果并不理想。
本系统采用反应釜温度—夹套温度串级控制系统，副变量为夹套温度T2，主变量为釜内温度T1；副回路采用PI 控制算法，主回路采用PID 控制算法。
系统构成如图3(c)所示。
图中，左下角是由反应釜、温度变送器（TT1、TT2）、输入/输出模块、工控机和电动调节阀构成的反应釜温度—夹套温度串级控制系统，右边为报警指示、控制方式和控制算法的选择、设定值及相关参数的设定、以及釜内温度控制实时曲线显示框，以便在线调试时能够直观地根据釜内温度实时曲线的形状，及时调整比例系数、积分时间和微分时间，得到满意的控制效果。
增量式数字PID 控制算式见式（1）上式中K d =0时为PI 控制算式。
在MCGS 的“运行策略”窗口中建立以下用户策略：PI 、PID ，并按式（1）编写脚本程序。
当系统在“自动方式”下运行时，可在“控制算法”下拉框中选择相应的控制算法，并在图3（c ）中对相关参数进行设置，观察釜内温度实时曲线的变化，直到达到控制要求为止。
4.4 设备窗口组态设备窗口是MCGS系统的重要组成部分, 在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系, 使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态, 实现反应釜配料及釜内温度的实时监控。
在MCGS的“设备窗口”中添加通用串口父设备，在其基本属性中设置合适的串口端口号和采样周期；父设备下添加4个子设备，分别为天辰开关量输入/输出仪表1#、2#，巡检仪3#，及模拟量输出仪表4#的驱动，如图3（d）所示。
在基本属性设置中，分别将上述4个子设备的地址设为1、2、3、4。
1#仪表的通道连接变量有1个数值输入量（DATA ）和1个开关量输出量（DRV ），DATA 代表6个开关量输入变量状态的加权和，各输入通道的权值为2n （n 为通道号）；2#仪表的通道连接变量为8个开关量输出量（SSV501～SSV507、SSV509），它们与1#仪表的DRV 的通道类型均为“设置输出开关量”；3#巡检仪的通道连接变量为T1、T2，读取1、2号通道的测量值，其变化范围为4～20mADC ，只反应变送器输出电流的大小，要得到温度值，可应用工程转换进行数据处理，将4～20mADC 变换为0～100；4#模拟量输出仪表的通道连接变量为“调节阀”，(1)[][])2()1(2)()()1()()1()()(−+−−++−−=−−=∆k e k e k e K k e K k e k e K k u k u k u d i p输出并显示电动调节阀的开度。
