毕业设计（论文）-化学反应釜的智能测控系统的设计

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1、中国矿业大学银川学院本科毕业设计（2013届）题目化学反应釜的智能测控系统的设计系别机电动力与信息工程系专业班级机械工程及自动化09级1班学生姓名韩积铸指导教师丁玲教务处制2013年4月30日I化学反应釜的智能测控系统的设计毕业设计（设计）共69页完成日期：2013年4月30日答辩日期：2013年5月10日I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

2、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¾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I64目录摘要I目录21绪论11.1本设计的背景和意义11.2反应釜控制技术的现状11.3本设计的内容21.3.1被控对象的特性分析21.3.2控制方案的确定21.3.3系统的硬件设计31.3.4系统的软件设计31.3

3、.5实验与结果32反应釜过程系统的特性分析42.1过程控制系统42.2反应釜的过程分析52.2.1反应釜的结构简介52.2.2反应釜的工作原理52.2.3反应釜的控制方案62.3反应釜的动态特性82.3.1基本方程82.3.2基本方程的线性化92.3.3有关通道的传递函数92.4设计指标102.4.1功能指标102.4.2精度指标112.4.3其他指标113控制方案的确定123.1总体控制方案的确定123.2模糊控制方案143.2.1模糊控制方法概述143.2.2模糊控制器的设计163.3PID控制器方案223.3.1常规数字PID控制及其缺点223.3.2改进的PID算法233.3.3PI

4、D参数的整定253.4搅拌速度的控制方案264硬件电路设计274.1硬件系统构成274.2基于DS18B20的多传感器侧温电路284.2.1DS18B20的内部结构简介284.2.2DS18B20的读写时序304.2.3DS18B20的常用命令31644.3D/A转换及输出电路324.3.1MAX518与I2C总线324.3.2电压放大电路364.3.3V/I变换电路374.4DKZ型电动执行器384.5搅拌电机控制电路414.6电源电路424.7人机接口电路434.7.1键盘接口电路434.7.2LED接口电路444.8硬件抗干扰措施454.8.1干扰的来源与抑制方法454.8.2电源抗千

5、扰措施464.8.3微处理器监控器465控制系统的软件设计485.1主程序设计485.2键盘中断服务子程序495.3定时器0中断服务子程序515.4温度采集子程序525.5控制量输出子程序535.6控制算法子程序545.7软件抗干扰措施546实验与结果567结束语57致谢58参考文献59附录A硬件电路总图60附录BDS18B20与单片机的通信子程序62附录CMAX518与单片机的通信子程序646464中国矿业大学银川学院毕业设计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。其生产过程往往伴随有物化反应、生化反应、相变过程等，过程机理十分复杂。化工过程的被控对象

6、往往是高维、大时滞、严重不确定与非线性等，控制起来非常困难。化工生产经常在高温、高压、易燃、易爆等环境下运行，生产的安全性至关重要。研究化工生产过程自动检测和控制技术，是适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要，也是提高生产效率、改善劳动条件、保证安全生产的必然措施。在我国由于大中城市科学技术和工业自动化的发展步伐较快，近年来一些生产规模不大，而具有一定危险性的化工生产项目转移到农村和小城市，并常有爆炸、起火等安全事故发生。因此对于智能化检测和控制装置的呼声日益增高。由于许多化学工业、生物制药工业具有规模小、产品更新快的特点，使得多数的、小规模的反应釜、培养皿生产方式将长期存在下去。因此，针

7、对这种化工生产特点所进行的智能检测和控制方面的研究及产品开发将长期进行下去，并不断深化。在反应釜、培养皿等化工容器内完成的化学工业过程的特征参量一般为温度、压力、浓度等，这些参量是化工过程本身的属性的表现。它们不仅是化工生产过程质量好坏的表征，而且在很多时候也是化工生产过程安全性(例如是否爆炸、起火等)的表征。因此，通过测量并校正这些参数，以确保化工生产过程的质量和安全性是十分重要的。1.2反应釜控制技术的现