1、300L反應釜加熱閉環(huán)控制系統(tǒng)設計-溫度控制接口設計學 院：核技術與自動化工程學院專 業(yè)：電氣工程及其自動化指導老師：彭煥榮小組成員：何遲、閔志鵬、李巖李榮、鄭遠鋒、許新目錄前言-（3）一、 元件參數(shù)-（3-5）1 LM2907主要特點2 電性能參數(shù)3 引腳排列及內部結構二、技術指標-（5-6）三、控制程序流程圖-（6）四、設計控制過程-（7）五、設計結果及問題討論-（8-9）前言據(jù)反應釜當前生產(chǎn)現(xiàn)場情況，反應釜的送料完全是人工控制，通過磁力泵從原料罐送到反應釜的，由于產(chǎn)品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此單位時間內磁力泵輸送的原料重量是不同的變化的，反應釜的化學反應速度，在很大程度上

2、取決于原料，以及氧化劑和還原劑的加入速度?，F(xiàn)在只能由人工依據(jù)反應釜的溫度和出口溫度，初略判斷反應釜內的化學反應情況，控制閥門開度，這樣就很難真正控制好化學反應速度，使產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性和進一步提高反應釜的生產(chǎn)能力都受到了制約。 經(jīng)過仔細的系統(tǒng)分析，參照近代控制論原理，借鑒最新型的控制技術，本方案擬在原料罐磁力泵的出口增加一套電動調節(jié)閥，并在氧化劑、還原劑的氣動輸送泵管路上，再分別各安裝電動調節(jié)閥。根據(jù)反應釜內的溫度及出口溫度，自動調節(jié)加料閥門的開度，同時自動調節(jié)反應釜夾套冷卻水回流閥門的開度，組成一個智能化的多參數(shù)的自適應控制系統(tǒng)，以達到進一步綜合控制好化學反應速度，最終優(yōu)化整個反應過程的升溫曲

3、線的目的。一、元件參數(shù)及LM2907芯片介紹 LM2907為集成式頻率電壓轉換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將頻率信號轉換為直流電壓信號。LM2917與LM2907基本相同，區(qū)別是：LM2917內部有一只穩(wěn)壓管，用于提高電源的穩(wěn)定性。 主要特點 LM2917進行頻率倍增時只需使用一個RC網(wǎng)絡；以地為參考點的轉速計（頻率）輸入可直接從輸入管腳接入；運算放大器比較器采用浮動三極管輸出；最大50mA的輸出電流可驅動開關管、發(fā)光二極管等；內含的轉速計使用充電泵技術，對低紋波有頻率倍增功能；比較器的滯后電壓為30mV利用這個特性可以抑制外界干擾；輸出電壓與輸入頻率成正比，線性度典型

4、值為0.3%；具有保護電路，不會受高于Vcc值或低于地參考點輸入信號的損傷；在零頻率輸入時，LM2907的輸出電壓可根據(jù)外圍電路自行調節(jié)；當輸入頻率達到或超過某一給定值時，可將輸出用于驅動繼電器、指示燈等負載。 電性能參數(shù)LM2907的主要電性能參數(shù)如表所列：表1 LM2907的主要電性能參數(shù)（Vcc=12VDC,TA=25） 引腳排列及內部結構 LM2907/LM2917有DIP8和DIP14兩種封裝形式。LM2907的DIP14的內部結構如圖所示，DIP8的內部結構及各引腳功能可參考圖。各引腳功能如下：腳（）和11腳（IN-）為運算放大器比較器的輸入端；腳接充電泵的定時電容（C1）；腳接充

5、電泵的輸出電阻和積分電容（R1/C2）；腳（IN+）和10腳（UF1）為運算放大器的輸入端；腳為輸出晶體管的發(fā)射極（U0）；腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（UC）；腳為正電源端（VCC）；12腳為接地端（GND）；，13，14腳未用。二、技術指標 LM2907為集成式頻率電壓轉換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將頻率信號轉換為直流電壓信號，后接加熱、降溫電路。我們采用頻壓轉化電路將頻率信號轉化成電壓信號，進而控制加熱與降溫電路工作。選用集成式頻率電壓轉換器LM2907，配以外加電路，能將經(jīng)PC機處理后輸出的頻率信號轉換為直流電壓信號，電壓信號控制繼電器（相當于開關）工作

6、從而使電路聯(lián)通，電風扇或加熱絲工作。在一定范圍內，LM2907的頻率和電壓轉換可成線性關系，可以實現(xiàn)電熱絲加熱功率和風扇轉速的連續(xù)可調。由于技術原因，我們未能實現(xiàn)這項功能，預留此項功能，可以作為功能擴展。三、控制程序流程圖自動控制系統(tǒng)硬件框圖如下：接口電路原理圖：四、設計控制過程 本控制系統(tǒng)仍以上位機采用高性能的組態(tài)軟件，開發(fā)操作可靠、簡單易學、實用穩(wěn)定的監(jiān)控程序，具有全中文界面，實時數(shù)據(jù)顯示、流量和溫控曲線、報警和操作記錄，以及完整的生產(chǎn)報表等管理功能，并嵌入反應釜智能化自動控制模塊。 考慮到由于實際裝置的設備共有4個反應釜（現(xiàn)有3個，改造時將再增加1個），并列為2套相同的流程，每套流程公共

7、用1組原料、氧化劑和還原劑加料裝置，故加料部分原料、氧化劑和還原劑加料電動調節(jié)閥門2組，共6個，在電動調節(jié)閥之后在裝置并聯(lián)的電控截止閥2組，共12個，完成在2個反應釜之間加料的切換。再配置冷卻水回水調節(jié)閥門，每個反應釜裝置1個，共4個DG65電動調節(jié)閥。全系統(tǒng)共有10個調節(jié)回路。本系統(tǒng)將分三個層次來完成對反應釜生產(chǎn)過程綜合控制：第一層次：完成接收電子秤的秤重信號，計算出化學原料單體、氧化劑和還原劑的瞬時流量、平均給料流量等參數(shù)，反應釜及出口溫度的實時顯示。第二層次：根據(jù)給料流量，結合反應釜及出口溫度以及各種工藝條件，自動調節(jié)反應釜溫度，并優(yōu)化主要工藝參數(shù)的越界報警和處理功能。第三層次：根據(jù)工藝

8、模板所要求的總加料量、配方和加料時序；反應釜升溫曲線等不同的控制特性，通過新增加的單片機模擬輸出調節(jié)模塊，反應釜冷卻水回水電動調節(jié)閥，原料罐、氧化劑和還原劑的電動調節(jié)閥，實現(xiàn)反應釜全過程化學反應的智能化自動控制。上位工業(yè)控制計算機作為人機界面，可以實現(xiàn)以下功能。1實時動態(tài)顯示各設備運行狀態(tài)，包括原料罐重量的實時變化，各種物料的給料流速，閥門動作情況和溫度顯示等。模擬流程圖形逼真、直觀。2顯示各工藝參數(shù)的實時曲線和歷史曲線，與設定工藝曲線進行比較，指導工藝操作。歷史曲線可保存一年或以上數(shù)據(jù)，用戶可隨時查閱3預先貯存各種工藝曲線和配比，根據(jù)各產(chǎn)品的工藝要求，可隨時給單片機發(fā)出控制要求，完成生產(chǎn)品種

9、和生產(chǎn)工藝的快速變換。4完善的主要工藝參數(shù)的越界報警和處理，確保生產(chǎn)過程的安全性。5打印各種生產(chǎn)和統(tǒng)計報表。具有較強的管理功能，可打印各批次實配重量及溫度、壓力等數(shù)據(jù)，對貯存數(shù)據(jù)進行成本核算及工藝分析。6手動和自動無擾動切換。為加強系統(tǒng)的可靠性，又不失靈活性，本系統(tǒng)設置計算機屏幕操作，手動、自動及操作臺按鈕開關，手動、自動兩套工作方式，閥門的操作采用智能控制儀表手操器，確保進行無擾動的切換操作。7采用自適應補償技術，電子秤的秤量誤差可得到最有效的補償。8采用智能化控制技術，通過對反應釜夾套冷卻水回水和物料加入速度的多參數(shù)自動優(yōu)化調節(jié)、對反應釜溫度的動態(tài)自適應PID調節(jié)，反應釜中整個化學反應過程

10、可得到更穩(wěn)定有效的控制。其中第三個層次是本次改造的主要內容，為此，單片機模塊配置中要增加具有DA輸出的模擬量輸出模塊和開關量輸出模塊，包括擴展基板、電源和連接電纜。用于自動調節(jié)加料過程的電動調節(jié)閥，手操器，2個反應釜切換加料之用的電動截止閥等硬件。以及完成上述全部功能的智能控制軟件的開發(fā)。 五、設計結果及問題討論1設計結果分析本次課程設計的結果是模擬反應釜溫度采集存儲系統(tǒng)，按下B鍵，輸入10個溫度數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)輸入以A鍵結束。然后若要存儲此次輸入的數(shù)據(jù)可按下C鍵進行數(shù)據(jù)的存儲將其存入AT24C02存儲器芯片中或按下D鍵顯示本次輸入的溫度數(shù)據(jù)以便于查看溫度輸入是否正確。若正確則可關閉電源后，再打

11、開實驗儀，按下E鍵，方可進行斷電前數(shù)據(jù)的查詢后可按下B鍵更新溫度采集存儲系統(tǒng)。若不正確，可再次按下B鍵進行正確數(shù)據(jù)的輸入即可。2.問題討論 本次課程設計中遇到的最大問題就是總控程序的邏輯實現(xiàn)問題。開始閉關沒有把各項功能分開，而是想當然的把輸入數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)放在了一個功能塊，把讀出數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)放到了一個功能塊。而各個功能塊間程序的編寫出現(xiàn)了沖突而又不易被發(fā)現(xiàn)，導致設計進度一直無法向前。也由于比較毛躁的心理，無法發(fā)現(xiàn)錯誤在何處。后與同學討論，決定把各個數(shù)據(jù)段功能分開實現(xiàn)其相應，以便于問題的發(fā)現(xiàn)和解決。3、總結與體會從未接觸過硬件和軟件結合的課程設計。第一次接觸到本設計時感覺應該還比較簡單，因為發(fā)

12、現(xiàn)周圍同學的設計課題都比我的要復雜。后真正著手去做時才發(fā)現(xiàn)不僅硬件方面出現(xiàn)了問題，軟件方面更存在很多問題。開始設計時對使用的幾個硬件模塊不是很了解。第一次就把原理圖給畫錯了，因為我直接將AT24C02存儲器芯片與主機的PCI板卡相連。后經(jīng)老師指點才知道AT24C02雖然是存儲器芯片，可卻掛在總線上，且與主機之間有數(shù)據(jù)的交換，一定要有輸入輸出接口，而只有兩根線：SDA和SCL，故接口要有獨立可控的數(shù)據(jù)端口，后經(jīng)考慮8255再合適不過了。這時我才發(fā)現(xiàn)自己的硬件知識是多么的缺乏，連輸入輸出接口都沒有怎么可能進行主機與外設的數(shù)據(jù)交換呢。而這些我明明知道卻沒有將其應用，將知識應用于實踐的能力太差。后仔細研習老師給的資料，掌握I2C總線的通信協(xié)議，8279的使用說明以及其與LED、鍵盤的聯(lián)系終于畫出了正確的硬件原理圖。而軟件設計時出現(xiàn)了很多錯誤，雖然設計過程是痛苦的，可是完成設計時開心的。此次設計雖然完成的不夠好，系統(tǒng)具有比較大的局限性，但是還是完成了要求系統(tǒng)的基本功能，而且從中受益匪淺。在課程設計即將結束時老師檢查我的系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了很多不完善，當