反应釜自动控制系统

300L反应釜加热闭环控制系统设计

----------温度控制接口设计

学院：核技术与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化

指导老师：***

小组成员：何迟、闵志鹏、李岩

李荣、郑远锋、许新

目录

前言------------------------------------（3）

一、元件参数---------------------------（3-5）

1．LM2907主要特点

2．电性能参数

3．引脚排列及内部结构

二、技术指标----------------------------（5-6）

三、控制程序流程图----------------------（6）

四、设计控制过程------------------------（7）

五、设计结果及问题讨论------------------（8-9）

前言

据反应釜当前生产现场情况，反应釜的送料完全是人工控制，通过磁力泵从原料罐送到反应釜的，由于产品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此单位时间内磁力泵输送的原料重量是不同的变化的，反应釜的化学反应速度，在很大程度上取决于原料，以及氧化剂和还原剂的加入速度。现在只能由人工依据反应釜的温度和出口温度，初略判断反应釜内的化学反应情况，控制阀门开度，这样就很难真正控制好化学反应速度，使产品质量的稳定性和进一步提高反应釜的生产能力都受到了制约。

经过仔细的系统分析，参照近代控制论原理，借鉴最新型的控制技术，本方案拟在原料罐磁力泵的出口增加一套电动调节阀，并在氧化剂、还原剂的气动输送泵管路上，再分别各安装电动调节阀。根据反应釜内的温度及出口温度，自动调节加料阀门的开度，同时自动调节反应釜夹套冷却水回流阀门的开度，组成一个智能化的多参数的自适应控制系统，以达到进一步综合控制好化学反应速度，最终优化整个反应过程的升温曲线的目的。

一、元件参数及

LM2907芯片介绍

LM2907为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号。LM2917与LM2907基本相同，区别是：LM2917内部有一只稳压管，用于提高电源的稳定性。

１主要特点

LM2917进行频率倍增时只需使用一个RC网络；以地为参考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；运算放大器／比较器采用浮动三极管输出；最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等；内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰；输出电压与输入频率成正比，线性度典型值为

±0.3%；具有保护电路，不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤；在零频率输入时，LM2907的输出电压可根据外围电路自行调节；当输入频率达到或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。

２电性能参数

LM2907的主要电性能参数如表１所列：

表1 LM2907的主要电性能参数（Vcc=12VDC,TA=25）

３引脚排列及内部结构

LM2907/LM2917有DIP8和DIP14两种封装形式。LM2907的DIP14的内部结构如图１所示，DIP8的内部结构及各引脚功能可参考图２。各引脚功能如下：

●１脚（Ｆ）和11脚（IN-）为运算放大器／比较器的输入端；

●２脚接充电泵的定时电容（C1）；

●３脚接充电泵的输出电阻和积分电容（R1/C2）；

●４脚（IN+）和10脚（UF1）为运算放大器的输入端；

●５脚为输出晶体管的发射极（U0）；

●８脚为输出晶体管的集电极，一般接电源（UC）；

●９脚为正电源端（VCC）；

●12脚为接地端（GND）；

●６，７，13，14脚未用。

二、技术指标

L M2907为集成式频率／电压转换器，芯片中包含了比较器、充电泵、高增益运算放大器，能将频率信号转换为直流电压信号，后接加热、降温电路。

我们采用频压转化电路将频率信号转化成电压信号，进而控制加热与降温电路工作。选用集成式频率／电压转换器LM2907，配以外加电路，能将经PC机处理后输出的频率信号转换为直流电压信号，电压信号控制继电器（相当于开关）工作从而使电路联通，电风扇或加热丝工作。

在一定范围内，LM2907的频率和电压转换可成线性关系，可以实现电热丝加热功率和风扇转速的连续可调。由于技术原因，我们未能实现这项功能，预留此项功能，可以作为功能扩展。

三、控制程序流程图

自动控制系统硬件框图如下：接口电路原理图：

四、设计控制过程

本控制系统仍以上位机采用高性能的组态软件，开发操作可靠、简单易学、实用稳定的监控程序，具有全中文界面，实时数据显示、流量和温控曲线、报警和操作记录，以及完整的生产报表等管理功能，并嵌入反应釜智能化自动控制模块。

考虑到由于实际装置的设备共有4个反应釜（现有3个，改造时将再增加1个），并列为2套相同的流程，每套流程公共用1组原料、氧化剂和还原剂加料装置，故加料部分原料、氧化剂和还原剂加料电动调节阀门2组，共6个，在电动调节阀之后在装置并联的电控截止阀2组，共12个，完成在2个反应釜之间加料的切换。再配置冷却水回水调节阀门，每个反应釜装置1个，共4个DG65电动调节阀。全系统共有10个调节回路。

本系统将分三个层次来完成对反应釜生产过程综合控制：

第一层次：完成接收电子秤的秤重信号，计算出化学原料单体、氧化剂和还原剂的瞬时流量、平均给料流量等参数，反应釜及出口温度的实时显示。

第二层次：根据给料流量，结合反应釜及出口温度以及各种工艺条件，自动调节反应釜温度，并优化主要工艺参数的越界报警和处理功能。

第三层次：根据工艺模板所要求的总加料量、配方和加料时序；反应釜升温曲线等不同的控制特性，通过新增加的单片机模拟输出调节模块，反应釜冷却水回水电动调节阀，原料罐、氧化剂和还原剂的电动调节阀，实现反应釜全过程化学反应的智能化自动控制。

上位工业控制计算机作为人机界面，可以实现以下功能。

1．实时动态显示各设备运行状态，包括原料罐重量的实时变化，各种物料的给料流速，阀门动作情况和温度显示等。模拟流程图形逼真、直观。

2．显示各工艺参数的实时曲线和历史曲线，与设定工艺曲线进行比较，指导工艺操作。历史曲线可保存一年或以上数据，用户可随时查阅

3．预先贮存各种工艺曲线和配比，根据各产品的工艺要求，可随时给单片机发出控制要求，完成生产品种和生产工艺的快速变换。

4．完善的主要工艺参数的越界报警和处理，确保生产过程的安全性。

5．打印各种生产和统计报表。具有较强的管理功能，可打印各批次实配重量及温度、压力等数据，对贮存数据进行成本核算及工艺分析。

6．手动和自动无扰动切换。为加强系统的可靠性，又不失灵活性，本系统设置计算机屏幕操作，手动、自动及操作台按钮开关，手动、自动两套工作方式，阀门的操作采用智能控制仪表手操器，确保进行无扰动的切换操作。

7．采用自适应补偿技术，电子秤的秤量误差可得到最有效的补偿。

8．采用智能化控制技术，通过对反应釜夹套冷却水回水和物料加入速度的多参