實驗用反應(yīng)釜在化工實驗中是常用的一種反應(yīng)容器．其加熱方式和溫度控制是其高效節(jié)能且保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要因素，傳統(tǒng)的反應(yīng)釜多采用導(dǎo)熱介質(zhì)通過反應(yīng)釜的夾套來提高釜內(nèi)物料的溫度．一個反應(yīng)釜需配備真空泵、加壓泵、加熱器、制冷壓縮機等一系列的配套設(shè)施，設(shè)備繁多占據(jù)空間較大．在其加熱和制冷過程中，由于介質(zhì)的傳輸?shù)仍?，會損失很大一部分能量，造成能源浪費．而且在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)時．由于介質(zhì)加熱制冷以及傳輸需要一定的時間．往往不能即刻的進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，為此我們想以一種新的方式，通過反應(yīng)釜外直接配備紅外加熱器來提高加熱速率和減少能熱量散失，制冷用氣體制冷．速率更快．通過攪拌機的攪拌使物料均勻、提高導(dǎo)熱速度，并達(dá)到溫度均勻。溫度控制部分主要采用PID控制，上下位機結(jié)合的方式。當(dāng)溫度傳感器反饋回來值時，經(jīng)過計算保證溫度控制的準(zhǔn)確性和敏感性，電腦連接實現(xiàn)無線控制．溫度時時采集等功能、

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以經(jīng)濟創(chuàng)新，節(jié)能環(huán)保為目標(biāo)，在原有反應(yīng)釜的技術(shù)基礎(chǔ)上，加以改革創(chuàng)新．用紅外加熱套夾直接加熱取代了原有的導(dǎo)熱介質(zhì)流入加熱套夾的油浴、水浴的方式，通過采用氣冷的方式取代原有的壓縮機制冷，解決傳統(tǒng)反應(yīng)釜的加熱制冷速率慢，能量損失大，不環(huán)保的問題。以上下位機的方式取代原有的人工操作方式，更新了溫度時時監(jiān)控、記錄、繪圖等功能，實現(xiàn)了人機互動，遠(yuǎn)程操控的目標(biāo)．特別對于實驗用的反應(yīng)釜所要求的的反應(yīng)快速，溫度操控靈敏，智能環(huán)保，數(shù)據(jù)記錄等諸多方面都體現(xiàn)出了優(yōu)勢。整體構(gòu)圖如圖1所示，

2控制器整體方案

本文采用上下位機結(jié)合的方法．上位機以VisualBasic．6.0IDE做為上位機軟件平臺開發(fā)的監(jiān)控界面，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。上位機是人機交互的主界面，主要負(fù)責(zé)從串口對下位機發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)并存儲以及對歷史數(shù)據(jù)繪圖等，同時提高人機交互的智能性：下位機以STC-89C52為核心芯片，它主要包括按鍵、LED顯示、A/D數(shù)據(jù)采集.D/A數(shù)據(jù)發(fā)送和上位機串行通訊等功能。通過Ptl00采集釜內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，由單片機運用PID算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果反饋到調(diào)壓模塊，通過對繼電器的驅(qū)動控制改變反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，整體組成結(jié)構(gòu)如圖2所示．

各控件的使用方法及功能如下．

(1)溫度控制臺：能檢測和修改溫度以及檢測設(shè)定的溫度，并算出誤差：

(2)PWM控制臺：能檢測和修改PWM的周期以及檢測占空比：

(3)PID控制臺：能檢測和修改比例系數(shù)P、積分系數(shù)I、微分系數(shù)D;

(4)串口設(shè)置：能修改串口的端口號和波特率：

(5)可以顯示實時變化的溫度曲線：

(6)用表格可以記錄采集的溫度值：

(7)點擊“保存”將所測溫度值保存在指定路徑，如圖3所示。

3加熱與制冷的實現(xiàn)

傳統(tǒng)的反應(yīng)釜加熱和制冷多采用導(dǎo)熱介質(zhì)，然后根據(jù)產(chǎn)品的工藝溫度要求確定導(dǎo)熱介質(zhì)的選擇．常見的導(dǎo)熱介質(zhì)有過熱蒸汽和導(dǎo)熱油．當(dāng)需要制冷時，壓縮機啟動，導(dǎo)熱油在換熱器中與制冷劑換熱，獲得冷量，然后流過加熱器，但此時加熱器是停止工作的．當(dāng)反應(yīng)釜需要升溫時，制冷壓縮機停止工作，加熱器啟動。由此我們可以看出傳統(tǒng)的加熱與制冷方式要求多設(shè)備配合使用．過程較為繁瑣．而且在加熱和傳遞過程中勢必會造成大量的能量散失．加熱介質(zhì)的揮發(fā)會造成環(huán)境的污染，從我們現(xiàn)在所要考慮的是．是否可以有一種可替代的加熱與制冷方式．經(jīng)過調(diào)查和研究．我們把原先的夾套內(nèi)注入加熱介質(zhì)改為在夾套內(nèi)直接放置加熱迅速．綠色環(huán)保的紅外加熱管，夾套固定在反應(yīng)釜后的支架軸上，可隨反應(yīng)釜上下左右移動，如圖4(a)(b)所示。

紅外夾套套在反應(yīng)釜的外壁．夾套上下邊緣卡在反應(yīng)釜外壁．這樣紅外管和反應(yīng)釜直接會留有足夠的加熱空間．結(jié)束加熱時又會起到保溫的作用．如圖5所示。

采用遠(yuǎn)紅外加熱，加熱速度迅速，避免了用加熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的能量損失浪費，且綠色無污染，達(dá)到了高效節(jié)能，綠色環(huán)保的目的。反應(yīng)釜的制冷采用氣冷的方式．氣體由小型風(fēng)機壓入制冷盒，盒內(nèi)的四周分別放置制冷片，在制冷盒內(nèi)設(shè)置隔板，引導(dǎo)氣流在盒內(nèi)形成渦流，讓氣體充分制冷。再在制冷片外面放置小水槽保證制冷片的工作效

制冷氣體由上部氣口通過雙層玻璃反應(yīng)釜夾層，再由下部氣口排除．冷氣制冷效果迅速，且沒有任何污染可以直接排除，省略了以往制冷廢棄的收集處理工作．釜內(nèi)的反應(yīng)過程既可能是放熱的化學(xué)反應(yīng)過程，又可能是物理變化過程，聚合反應(yīng)機理復(fù)雜，如果不及時移去反應(yīng)熱，將使反應(yīng)劇烈很出正常范圍，易引起“爆聚”，如果加入過量的冷水制冷又將使反應(yīng)激落，甚至造成“僵釜”現(xiàn)象，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，嚴(yán)重時會危及工作人員的安全。因此反應(yīng)釜的加熱與冷卻的及時性和高效性對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和操作人員安全生產(chǎn)起著重要的作用．

4系統(tǒng)仿真

本設(shè)計采用的是PID位置式

(1)的方法控制，通過對溫度的誤差et(k)的求得算出輸出量u(k)；采用PID的控制方式。

(2)將運算量賦值繪PWM波，改變其占空比，已達(dá)到對繼電器的驅(qū)動控制，較終實現(xiàn)對設(shè)定溫度的±1℃誤差的控制實現(xiàn)。

經(jīng)典PID控制算法結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，在工業(yè)控制中占據(jù)主導(dǎo)地位。但它主要應(yīng)用于線性系統(tǒng)，很難滿足大慣性、滯后系統(tǒng)的控制要求．文中采用動態(tài)PID，將偏差分為三個階段，每個階段對應(yīng)一組PID值．每組PID值都是根據(jù)多次測量的經(jīng)驗得到的，

將參數(shù)自適應(yīng)模糊PID控制應(yīng)用于反應(yīng)釜的溫度控制的方法．對系統(tǒng)的動態(tài)性能有較明顯的改善經(jīng)Matlab仿真和實際運行證明：該系統(tǒng)對反應(yīng)釜的溫度控制系統(tǒng)的自動化程度、智能程度、控制精度、抗干擾能力等方面都取得理想效果．提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量．降低了能耗。

5結(jié)束語

近年來由于反應(yīng)釜工作環(huán)境復(fù)雜．受不確定因素影響較大．控制困難等諸多因素，人們越發(fā)傾向于反應(yīng)釜智能控制器的研究。本系統(tǒng)采用反應(yīng)釜外直接配備紅外加熱器來提高加熱速率和減少能熱量散失，用氣體制冷．從而達(dá)到提高速率目的，同時通過攪拌機的均勻攪拌使物料均勻受熱．與傳統(tǒng)只有下位機控制相比．采用上下位機結(jié)合的方案對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，改善了工作條件、確保了安全、提高了人機交互的智能性．當(dāng)溫度傳感器反饋回來值時．經(jīng)過計算保證溫度控制的準(zhǔn)確性和敏感性．電腦連接實現(xiàn)無線控制，溫度時時采集等功能。