化学反应温度控制系统

本课题是利用温度传感器AD590和化学反应原理设计一个水塔温度控制系统。温度是工业生产中常用的工艺参数之一。任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的许多领域，温度控制占有极其重要的地位。特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等行业，本设计采用单片机作为主控制器，水塔温度是主要控制对象，供水流量是次要控制对象，电磁阀是执行机构，水塔温度由AD590传感器检测，供水流量由流量传感器检测。该系统设计的温度控制系统是基于模糊PID控制的控制系统，由温度信号采集与转换模块(AD590温度传感器)和显示模块组成。经测试，该系统具有良好的温度控制能力，能够提供完善的人机交互界面。系统总体设计该系统采用AT89C51单片机对温度进行检测和控制。它可以控制电热丝持续加热或电风扇持续冷却。系统的温度控制范围为-55 150。系统电路包括温度信号采集模块、键盘设置模块、主机控制模块、温度控制模块、显示模块等。系统硬件设计将系统电路分为五个模块：温度信号采集与转换模块、键盘设置模块、主机控制模块、温度控制模块和显示模块，简化了硬件电路设计，降低了设计成本。关键词：温度传感器AD590，MC7805T芯片，在ADC0809变频器课程设计手册第二页，记录了水塔温度控制系统的设计方案，以及水塔的温度.3 2被记录。控制系统的硬件设计.4 2.1系统对象特性设计.的检测电路设计.4 2.2系统.4 2.2.1主控制，.4 2.2.2二次控制回路检测环节传感器选择的采样和检测电路设计.5 2.2.3设计.6 2.3数字转换电路控制器.6 2.4参数设置.7 2.5致动器选择.温度控制系统的软件设计.8 3水塔.8 4水塔温度串级控制系统仿真.9总枢纽.感谢来自.11 .12参考文献.13课程设计手册第1 1页水塔温度控制系统设计方案本设计采用串级控制系统来控制水塔温度。过程控制系统由过程检测、传输和控制仪表、执行装置等组成。过程变量的检测、传输和控制通过各种类型的仪器完成，并通过执行装置应用于工业生产过程1。串级控制系统是两个调节器串联工作的系统，一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值。该系统改善了过程的动态特性，提高了系统的控制质量，能够快速克服进入二次回路的二次扰动，提高了系统的工作频率，对负载变化具有很强的适应性。串级控制系统的工程应用如下：(1)应用于大容量滞后过程。(2)适用于大纯滞后过程。(3)适用于强烈和大扰动变化的过程。(4)适用于参数相互关联的过程。(5)应用于非线性过程。由于串级控制系统具有上述特点，本设计采用串级控制系统来控制锅炉汽包温度2。水塔温度是主要控制对象，供水流量是次要控制对象，电磁阀是执行机构，水塔温度由AD590传感器检测，供水流量由流量传感器检测。水塔温度串级控制系统框图如图1所示。图1水塔温度串级控制系统框图课程设计说明书第2页2水塔温度控制系统硬件设计2.1系统对象特性设计水塔温度串级控制系统选择水塔温度为主要控制对象，供水流量为次要控制对象。当水塔的温度改变时，通过控制供水流量来改变水塔的温度，并且最终使温度恒定3。主要控制对象：水塔温度=主要()1111次要控制对象：水流=次要()2122.2系统检测回路设计2.2.1主要控制，次要控制回路检测回路传感器选择主要控制对象检测元件选择温度传感器AD5904。AD590是一款单芯片集成式双端温度检测电流源，由ADI公司5公司生产。其主要特点如下：1 .流经器件的电流(ma)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)，即以毫安/千欧公式表示：-流经器件的电流(AD590)，单位为毫安；T热力学温度，单位为k. 2。AD590的温度测量范围为-55 150。3.AD590的电源电压范围为4v至30v。电源电压可在4V至6V之间变化，电流变化1mA，相当于1K的温度变化。AD590能够承受44V直流电压和20V反向电压，不会损坏器件的反向连接。4.输出电阻为710毫瓦。5.高精度。二次控制回路的检测元件选用电磁流量传感器。课程设计手册第3页上的导电液体在流动时切割磁力线时也会产生感应电动势。因此，电磁感应定律可用于测量流量，电磁流量传感器就是根据这一原理制成的。尽管电磁流量传感器的应用条件要求流体是导电的，但它仍有许多优点。因为电极之间的距离正好是导管的内径，所以流体流动没有障碍，并且压力损失非常小。可以获得与体积流量成比例的输出信号。测量结果不受流体粘度的影响。由于动电位是作为包含电极的导管横截面处的平均流速来测量的，所以它受流速分布的影响较小。测量范围广，测量精度高。2.2.2采样检测电路的设计为了满足高精度测量的要求，选用了温度传感器AD 590。AD 590具有高精度和可重复性。超低温漂高精度运算放大器0P07放大温度-电压信号，便于模数转换，从而提高温度采集电路6的可靠性。舢板在课程设计手册第4页，图3模数转换电路2.3中，控制器被选为控制水塔温度的控制器。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、成本低、开发周期短等优点，被称为自动化和各种测控领域中广泛使用的设备，被称为工业生产中不可缺少的设备，尤其在日常生活中发挥着越来越重要的作用。电源由10V交流电提供。经过桥式整流和电容滤波，得到12V DC电压。12V DC电压与MC7805T芯片和电容相连，产生5V电压给系统供电。图4电源电路2.4参数整定控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。根据被控过程的特点，确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间8。由于本设计中的主控制器采用了PID课程设计规范第5页的控制律，因此只对控制器的参数进行了调整。PIPI参数设置的一般步骤如下：(1)在确定比例系数P时，先去掉积分项，再做纯比例调整。PPI 0i T PI输入设置为系统允许的最大值的60% 70%，比例系数从0逐渐增大，直到系统出现振荡。另一方面，此时的比例系数逐渐减小，直到系统振荡消失9。记录此时的比例系数。设定比例系数为当前值的60% 70%。比例系数。PPIP (2)在确定积分时间常数i T比例系数后，设置一个较大的积分时间常数初始值，然后逐渐减小，P i T i T直到系统振荡，然后反过来，逐渐增大直到系统振荡消失。此时，由i T i T设置的积分时间常数是电流值的150% 180%。积分时间常数的调试完成。微调参数，直到满足要求。PI 2.5致动器选择致动器选择空气开启电磁阀，通过控制阀开启实现流量控制。空气开启类型是当膜头上的空气压力增加时，阀向增加开度的方向作用，当达到输入空气压力的上限时，阀处于全开状态。另一方面，当空气压力降低时，阀门沿关闭方向动作，当没有空气输入时，阀门完全关闭。因此，有时空气开启阀也被称为故障关闭阀。放气式的作用方向与充气式正好相反。当气压增加时，阀门向关闭方向移动。当空气压力降低或不存在时，阀门向开启方向移动或完全开启。因此，它有时被称为故障开路型。气动调节阀的开或关通常是通过执行机构的正反作用和阀门状态结构10的不同装配方式来实现的。从工艺安全的角度考虑气体开关的选择。当空气供应被切断时，调节阀是处于关闭位置还是打开位置都是安全的。3水塔温度控制系统软件设计课程设计手册第6页子程序输入计算=EE=计算(1)计算(1 2) 1计算2计算子程序返回图5主程序流程图4水塔温度串级控制系统模拟水塔温度串级控制系统模拟，积分环节初始=0，两个检测和传输环节的参数设置时间常数T=0.01s，扰动通道传递函数时间常数T=2s。输入信号和干扰信号都是单位阶跃信号。扰动作用时间F1是步进时间=50s，仿真波形和系统波形如图6和7所示。课程设计说明书第7页图6串级控制系统仿真波形图，课程设计说明书第8页图7串级控制系统波形图总结了本次设计的水塔温度控制系统，采用串级控制系统实现温度控制。该系统改善了过