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发酵罐温度串级控制系统概述

发酵罐温度串级控制系统概述
发酵罐温度串级控制系统概述

一、被控对象工作原理及结构特点等

发酵工程是应用生物(主要是微生物)为工业大规模生产服务的一门工程技术,也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。

现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。

发酵反应器(发酵罐)是发酵企业中最重要的设备。发酵罐式必须具有适宜于微生物生长和形成产物的各种条件,促进微生物的新陈代谢,使之能在低消耗下获得较高产量。例如,发酵罐的结构应尽可能简单,便于灭菌和清洗;循环冷却装置维持适宜的培养温度;由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同,培养或发酵条件又各有不同,还要根据发酵工程的特点和要求来设计和选择发酵罐的类型和结构。

通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中,供给微生物所需的氧,气泡越小,气泡的表面积越大,氧的溶解速率越快,氧的利用率也越高,产品的产率就越高。通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、溢流喷射自吸式等多种类型。

机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用的类型之一,它是利用机械搅拌器的作用,使空气和賿液充分混合促使氧在賿液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气,同时强化热量传递。无论是微生物发酵、酶催化或动物植物细胞培养的微生物工程工厂都应用此类设备,占目前发酵罐总数的70%~80%,常用语抗生素、氨基酸、有机酸和酶的发酵生产。机械搅拌通风发酵罐是属于一种搅拌釜式反应器,除用作化学反应和生物反应器外搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。加班容器包括筒体、换热原件及内构件、搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。

1.1温度对发酵的影响

微生物药品发酵所用的菌体绝大多数十中温菌,如丝状真菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20~40摄氏度。在发酵过程中,应维持适当温度,以使微生物生长代谢顺利进行。由于微生物的种类不同,所具有的酶系及其性质也不同,因此所要求的温度也不同,如细菌的生长温度大多比霉菌高。有些微生物在生长、繁殖和合成代谢产物等各个阶

段的最适温度是不同的。因此,要想获得最高的发酵单位,在发酵的各个阶段要调整发酵温度。处于迟缓期的菌体对温度十分敏感,因此,最好在其最适生长温度范围内对其进行培养,这样可以缩短延滞期和包子萌发时间。通常情况下,在最适温度范围内提高对数生长期的温度,有利于菌体的生长。例如,提高枯草杆菌前期的最适温度,对该菌的生长产生了明显的促进作用。

温度变化对发酵过程可产生两方面的影响:一方面是影响各种酶反应的速率和蛋白质的

)性质;另一方面是影响发酵液的物理性质。温度对化学反应速度的影响常用温度系数(Q

10(每增加10摄氏度,化学反应速度增加的倍数)来表示,在不同温度范围内,Q

的数值是不

10

同的,一般是2~3,而酶反应速度与温度变化的关系也完全符合此规律,也就是说,在一定范围内,随着温度的升高,酶反应速率也增加,但有一个最适温度,超过这个温度,酶的催化活力就下降。温度对菌体生长的酶反应和代谢产物合成的酶反应的影响往往是不同的。1.2发酵热的产生

发酵热的产生是产生热能的散失热能的综合结果,是引起发酵温度变化的原因。发酵过程中产生的净热量称为发酵热。发酵过程中的菌体对培养基德利用,氧化分解有机物质,机械搅拌,发酵罐壁向外散热,水分蒸发等都会产生热量交换,综合起来就是发酵热。现将这些产热和放热的因素分述如下。

1.生物热

产生菌在生长繁殖过程中产生的热量,称为生物热。这些产生的生物热一部分用来合成高能化合物,供微生物合成和代谢活动需要,一部分用来合成代谢产物,其余部分已热量形式,散发出来。生物热的大小随培养基成分和菌种的变化而变化;随培养时间的不同而不同;与菌体的呼吸强度有对应关系,呼吸强度越大产生的生物热越大。

2.搅拌热

搅拌器转动锁引起的液体之间、液体与设备之间的摩擦所产生的热量,即搅拌热。

3.蒸发热

空气进入发酵罐与发酵液广泛接触后,引起水分蒸发所需的热能,称为蒸发热。这部分热量在发酵过程中先以蒸汽形式散发到发酵罐液面,再由排气管带走。

4.辐射热

由于管外壁和大气间的温度差异而使发酵液中的部分热能通过罐体向大气辐射的能量,即辐射热。辐射热的大小取决于罐内外温度差。

发酵热在整个发酵过程中随时间而变化,引起发酵温度发生波动,为了使发酵能在一定温度

下进行,一定要控制发酵温度。

1.3发酵罐的动态数学模型

机械搅拌通风发酵罐的动态数学模型与基本的化学反应器的动态数学模型基本一样,所以在此将以如图1所示的非绝热连续搅拌釜式液相反应器为例,来说明反应器激励模型的建模思路。

图 1 发酵罐反应器

(1)基本动态方程式

(1)基本假设

①两侧流体均呈活塞流状流动,无轴向混合;

②径向热传导可用集中参数表示,即同一截面上各点温度相同;

③传热系数U和比热Ca、Cb恒定不变;

④管壁热容忽略不计;

⑤外部绝热良好,即不考虑热损失。

(2)系统基本方程式的建立

对内管流体A列写微元dτ的热量衡算式:

(,)

[(,)(,)](,)

(,)

(,)

?

=-+

?

?

??

-+

??

?

??

A

a a B A a a A

A

a a A

T t

M C d UAd T t T t C T t

t

T t

C T t d

τ

ττττωτ

τ

ωττ

τ

式中:

同理可得外管流体B 的热量衡算式:

式中:

(2)偏微分方程的求解:

在化工过程中,有很多典型操作单元如套管式和列管式换热器、填充式精馏塔和吸收塔、管式和固定床式反应器等都属于分布参数对象,它们的动态方程为偏微分方程。

偏微分方程的求解方法主要有传递函数法、分段集总化处理方法、正交配置法和数值解法。

对于较简单的(自变量不大于两个,线性定常)偏微分方程,一般可以通过传递函数法求解。

①首先进行由时间域t 到复域S 的拉氏变换,在TA 、TB 取增量形式时,初始条件为0,由式可得:

②进行由距离域τ到复域P的拉氏变换,边界条件如下:

11(,)(,)[(,)(,)]???+=-??A A B A T t T t T a T t T t t τττττ11==a a a a M UA T a C ωω22(,)(,)[(,)(,)]??+=-??B B A B T t T t T a T t T t t τττττ22==b b b b M UA T a C ωω1122(,)(,)[(,)(,)](,)(,)[(,)(,)]+

=-+=-A A B A B B A B dT S T ST S a T S T S d dT S T ST S a T S T S d ττττττττττ01100110(,)()

(,)()

(,)()(,)()========A A A A B B B B T S T S T S T S T S T S T S T S ττττττττ111212(,)(,)()[(,)(,)](,)(,)()[(,)(,)]+-=-+-=-A A A B A B B B A B T ST P S PT P S T S a T P S T P S T ST P S PT P S T S a T P S T P S

令AP=(Φ1-Φ2)2+4a1a2,则式(4.42)右端分母可写为:

(2).非线性模型的线性化

有此整理得被控对象传函为:

111()1p

s P P P K e G s T s τ=+;222()1D D D K G s T s =+ 二、控制方案设计

2.1被控变量和控制变量的选择

1.被控变量的选择

如前面所说,温度对化学反应速度的影响常用温度系数(Q 10)(每增加10摄氏度,化学

反应速度增加的倍数)来表示,在不同温度范围内,Q 10的数值是不同的,一般是2~3,而酶

反应速度与温度变化的关系也完全符合此规律。而机械搅拌通风发酵罐是一种通用化学反应器,所以把化学反应器的普遍特性来代表发酵罐的特性。化学反应器的控制指标主要是反应的转化率、产量、收率、主要产品的含量和产物分布等,用这些变量直接作为被控变量,反应要求就能够直接得到保证。但是,这些指标大多数是综合性指标,还是无法测量。有些是成分指标,也缺少测量手段,或者测量滞后大、精度差,不宜作为被控变量。目前,化学反应器的过程控制中,由于温度和上述指标关系密切,又容易测量,所以大多用温度作为反应器控制中的被控变量。

2.操纵变量的选择

温度作为反应质量的控制指标是有一定条件的,只有在其他许多参数不变的条件下,

才能

2121212222221212121212122212()22422442+Φ+Φ+ΦΦ-Φ+ΦΦ+Φ+ΦΦΦ+Φ-ΦΦ+=+?+-Φ+Φ??=+- ???P P a a a a P P

P 2110101212()sinh 2()()()()2sinh (?+Φ-Φ?????=????????+Φ-Φ?A A B B a T S T S T S T S a

正确地反映反应情况。因此,在温度作为反应器控制指标时,要尽可能保证物料量、进料浓度等其他参数的恒定。所以选择冷却剂流量为操纵变量。

2.2控制方案

在保证物料量、进料浓度等其他参数一定的条件下,发酵罐内温度作为主被控变量,发酵罐的夹套温度为副被控变量,冷却剂流量为操纵变量,组建一控制系统,控制系统流程图如下。

图2系统控制流程图

2.3现场仪表选型

1.测温元件及变送器

被控温度在100℃以下,选用代号为WZC,分度号为Cu100铜电阻温度计,量程为-50~150℃,并配用DDZ —Ⅲ型热电阻温度变送器,信号为DC4~20mA 或DC1~5V ,温度测量环节可用以下的一阶环节来近似1

)(1+=s T K s G T T ,(惯性环节) 式中,TM K 与测量仪表的量程有关;测量环节的时间常数1T =1min ,仪表经输出归一后均为0~

100%,。因而有=--=min

max min ,max ,Q Q Q Q K M M T 1%/℃,式中,max ,M Q 和min ,M Q 分别为测量仪表输出信号的上下限;max Q 和min Q 分别为测量仪表 量程的上下限。

2.执行器

根据工艺要求安全考虑,执行器选DDZ —Ⅲ型电动调节阀,假设调节阀为近似线性阀,

其动态滞后忽略不计,而且,V V V K s u s f s G ==

)()()(,式中,

为调节阀的流通面积,通常在一定范围内变,这里假设

=(0.5~1.0)%/%(即控制器的输出变化1%,调节阀的相对

流通面积变化0.5%~1.0%)。 三、系统仿真及参数整定

3.1控制系统方框图

图3控制系统方框图

图中,Tsp 为温度给定值,TC 为温度控制器,FC 为流量控制器,GV 为调节阀传递函数,GP2为流量对象传递函数,Gp1为温度对象传递函数,Gqm 为流量计传递函数,GTM 为温度检测环节传递函数,Gd2为副回路干扰传递函数,Gd1为主回路干扰传递函数。

3.2分析被控对象特性及选择控制算法

1.被控对象特性

根据动态模型公式(12)可知,假设除T 和c F 之外,其他参数稳定,公式(12)简化为

c c co ci pc c e c p e F V T T T c V KA V F c V KA dt dT ___-+????

?????

?????? ??+-=ρρ,依照此式可看出,控制通道动态特性为 1+=-s T e K G p t p p p τ,同理,可得扰动通道动态特性1

+=-s T e K G d t d d d τ。 2.选择控制算法

根据被控对象的特性和控制的需要,选择PID 算法。

3.3系统参数整定和仿真

图4 发酵罐温度串级控制系统SIMULINK 模型

串级系统PID 参数整定过程为:先进行副控制器的参数整定,再在副回路闭合的前提下,进行主控制器的参数整定。(P K 为比例系数;i K 为积分系数;d K 为微分系数;i p

i K K T =为积分时间

常数;p

d d K K T =为微分时间常数;) 对副回路控制器FC ,采用经验整定方法。

步骤一 首先设定控制器PID 参数的初始值为

0,5.1,1===d i p K K K

图5参数设定值仿真图

中北大学课程设计说明书

步骤二 再根据设定值跟踪速度的快慢,调整控制器增益p K 直至满意为止

图6 副回路整定图

最后选取的流量的控制器的参数为s T K K i i p 2.1,2.2,75.2===

再在副回路闭合的情况下整定主回路PID 控制器的参数,整定方法为临界比力度法。最后得到整定好的主回路的PID 控制器参数为s T K K i i p 4375.3,8.0,75.2===得到的曲线如图所示。

图7 调整参数后系统仿真图

3.4结论

两周的过程检测与仪表课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在此期间我们热情高涨,也曾一度失落过。从开始时满腹激情到最后疲惫不堪的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。

在设计过程中遇到的问题,可以说是有一定难度的,一开始大家都很有耐心地查找资料,可到后面建立被控对象数学模型的时候,很多同学都不懂怎么进行下去。不过我想这毕竟是第一次接触,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。

另外,在仿真过程确实也有些辛苦,事先要定参数,考虑整个控制系统的控制质量,而其中的参数整定很有技巧。大家都想精益求情,整定的结果虽然已经很符合要求,但是依然不满足,朝着快、准、稳三个方面的更高层次进军。在用SIMULINK做仿真时,在电脑前一坐就是半天,人累的有些是腰酸背痛,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会。这次设计也是一个团队的任务,一起学习可以让我们有说有笑,相互帮助,更考验了我们团队间的默契,多少人间欢乐在这里洒下,我感觉我和同学们之间的距离更加近了。

经过将近两个星期的艰辛付出,有痛苦也有快乐,有坚定也有抱怨,但是最终我们大伙还是都努力克服了重重困难。我的课程设计终于顺利完成了。尽管在设计中遇到的很多专业

知识问题,但是通过老师的辛勤指导和同学的耐心讲解,我们迎难而上,我们坚信胜利就在前方。与此同时,在老师的身上我们也学到很多实用的知识,在此,对给过我帮助的同学和刘广璞、姚竹亭、高强老师表示忠心的感谢!

通过这次课程设计实习,我从中学到了很多,也真正领悟到了“态度决定一切”这句话的真正含义。首先这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性。只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,把理论付诸实际行动,从实践中得出结论,才能更加深刻的理解书本所学知识,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

参考文献

[1] 韩德权. 发酵工程. 哈尔滨:黑龙江大学出版社,2008:10~66,193~197

[2]王树青. 工业过程控制工程. 北京:化学工业出版社,2002:340~366

[3]王树青,戴连奎,于玲. 过程控制工程. 北京:化学工业出版社,2008:83~88

[4] 常太华,苏杰. 过程参数检测及仪表. 北京:中国电力出版社,2009:30~79

[5]王毅,张早校. 过程装备控制技术及应用. 北京:化学工业出版社,2007:35~37,244~251

[6]郭阳宽,王正林. 过程控制工程及仿真. 北京:电子工业出版社,2009:17~60,86~108

发酵罐温度串级控制系统概述

一、被控对象工作原理及结构特点等 发酵工程是应用生物(主要是微生物)为工业大规模生产服务的一门工程技术,也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。 发酵反应器(发酵罐)是发酵企业中最重要的设备。发酵罐式必须具有适宜于微生物生长和形成产物的各种条件,促进微生物的新陈代谢,使之能在低消耗下获得较高产量。例如,发酵罐的结构应尽可能简单,便于灭菌和清洗;循环冷却装置维持适宜的培养温度;由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同,培养或发酵条件又各有不同,还要根据发酵工程的特点和要求来设计和选择发酵罐的类型和结构。 通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中,供给微生物所需的氧,气泡越小,气泡的表面积越大,氧的溶解速率越快,氧的利用率也越高,产品的产率就越高。通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、溢流喷射自吸式等多种类型。 机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用的类型之一,它是利用机械搅拌器的作用,使空气和賿液充分混合促使氧在賿液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气,同时强化热量传递。无论是微生物发酵、酶催化或动物植物细胞培养的微生物工程工厂都应用此类设备,占目前发酵罐总数的70%~80%,常用语抗生素、氨基酸、有机酸和酶的发酵生产。机械搅拌通风发酵罐是属于一种搅拌釜式反应器,除用作化学反应和生物反应器外搅拌反应器还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸传热等操作。搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。加班容器包括筒体、换热原件及内构件、搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。 1.1温度对发酵的影响 微生物药品发酵所用的菌体绝大多数十中温菌,如丝状真菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20~40摄氏度。在发酵过程中,应维持适当温度,以使微生物生长代谢顺利进行。由于微生物的种类不同,所具有的酶系及其性质也不同,因此所要求的温度也不同,如细菌的生长温度大多比霉菌高。有些微生物在生长、繁殖和合成代谢产物等各个阶

精馏塔提馏段的温度控制系统

南华大学 过程控制仪表课程设计 设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统学生XXX 专业班级自动化X X X 学号XXXXXXXXXX 指导老师XXX 2012年6月25日

目录 1.系统简介与设计目的 (2) 2.控制系统工艺流程及控制要求 (3) 3.设计方案及仪表选型 (4) 3.1控制方案的确定 (4) 3.2控制系统图、方框图 (5) 4.各个环节仪表的选型,仪表的工作原理以及性能指标 (7) 4.1检测元件 (7) 4.1.1铠装热电偶特点 (7) 4.1.2铠装热电偶主要技术参数 (7) 4.2变送器 (7) 4.2.1变送器主要技术指标 (7) 4.3调节器 (8) 4.4执行器 (8) 4.4.1电/气阀门定位器作用 (8) 5.绘制仪表盘电气接线图,端子接线图 (10)

6.仪表型号清单 (11) 7.设计总结 (12) 参考文献 (13) 1.系统简介与设计目的 精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗,因此精馏塔的自动控制长期以 来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入多输出的对象,它由很多级塔 板组成,在机理复杂,对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结构特点有千差万别,这需要深入分析特性,结合具体塔的 特点,进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是,在保证产品质 量的前提下,使回收率最高,能耗最小,或使总收益最大。在这个情况为了更好 实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。

按提馏段指标的控制方案,当塔釜液为主要产品时,常常按提馏段指标控制。 如果是液相进料,也常采用这类方案。这是因为在液位相进料时,进料量的变化, 首先影响到塔底产品浓度,塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变 化,所以采用提馏段控制温度比较及时。另外如果对釜底出料的成分要求高于塔 顶出料,塔顶或精馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几 倍最小回流比时,可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指标,而以改变再沸器加热量作为控手段的方案,就是提馏段温控。 精馏塔的控制目标是:在保证产品质量合格的前提下,使塔的回收率最高、能耗最低,即使总收益最大,成本最小。

精馏塔温度控制系统设计.doc

辽宁工业大学过程控制系统课程设计(论文)题目:精馏塔温度控制系统设计 院(系):电气工程学院 专业班级:自动化093 学号: 090302074 学生姓名:杨昌宝 指导教师:(签字) 起止时间:

课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院教研室:自动化 注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要 随着石油化工的迅速发展,精馏操作的应用越来越广,分流物料的组分越来越多,分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标,它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后,就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以,在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时,常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约,鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求,设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。 精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时,除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外,还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。 前馈控制是一种预测控制,通过对系统当前工作状态的了解,预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差,那么就提前给出控制信号,使干扰获得补偿,稳定输出,消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解,只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中,并不是所有的干扰都是可测的,并不是所有的对象都是可得到精确模型的,而且大多数控制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。所以仅用前馈并不能达到良好的控制品质。这时就需要加入反馈,反馈的特点是根据偏差来决定控制输入,不管对象的模型如何,也不管外界的干扰如何,只要有偏差,就根据偏差进行纠正,可以有效的消除稳态误差。解决前馈不能控制的不可测干扰。 前馈反馈综合控制在结合二者的优点后,可以提高系统响应速度 关键词:提馏段温度前馈-反馈串级控制

智能型温度测量控制系统

河北农业大学 毕业论文﹙设计﹚开题报告 题目智能型温度测量控制系统-开题报告 学生姓名学号 所在院(系)信息工程学院 专业班级通信工程2010140 指导教师 2014年02月23日

题目基于单片机的温度控制系统设计 一、选题的目的及研究意义 温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用,是工业对象中主要的被控参数之一。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度。在日常生活中,也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用,以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。近年来,温度的检测在理论上发展比较成熟,但在实际测量和控制中,如何保证快速实时地对温度进行采样,确保数据的正确传输,并能对所测温度场进行较精确的控制,仍然是目前需要解决的问题。这次毕业设计选题的目的主要是让生活在信息时代的我们,将所学知识应用于生产生活当中,掌握系统总体设计的流程,方案的论证,选择,实施与完善。通过对温度控制通信系统的设计、制作、了解信息采集测试、控制的全过程,提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力,初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。培养研发能力,通过对电子电路的设计,初步掌握在给定条件和要求的情况下,如何达到以最经济实用的方法、巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路,并将其连接到系统中去。提高查阅资料、语言表达能力和理论联系实际的技能。 当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色,大到工业冶炼,物质分离,环境检测,电力机房,冷冻库,粮仓,医疗卫生等方面,小到家庭冰箱,空调,电饭煲,太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用,温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 国外对温度控制技术研究较早,始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快,一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚,始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上,才掌握了温度室内微机控制技术,该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用,在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上,以单片机控制的单参数单回路系统居多,尚无真正意义上的多参数综合控制系统,与发达国家相比,存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度,生产实际中仍然有许多问题困扰着我们,存在着装备配套能力差,产业化程度低,环境控制水平落后,软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化,集成化,系统的各项性能指标更准确,更加稳定可靠。应用领域非常的广泛,①冷冻库,粮仓,储罐,电信机房,电力机房,电缆线槽等测温和控制领域。 ②轴瓦,缸体,纺机,空调等狭小空间工业设备测温和控制。③汽车空调,冰箱,冷柜以及中低温干燥箱等。④太阳能供热,制冷管道热量计量,中央空调分户热能计量等。温度是一种最基本的环

关于发酵罐的控制系统

关于发酵罐的控制系统 一参数控制 1温度控制 a 信号输入为4-20mA电流,对应输出为0-150℃温度 b 输出温度需通过校对调整,可编在程序内,也可以做个人机界面,使用人调整(a+bx) c 工作温度设定,通过人机界面由使用人输入 d 控制温度设定,分上限和下限,可采用工作温度加偏差温度(如0.5℃、1℃等)由使用人设定,也可以采用直接的温度值由使用人设定,也可以以0.5℃的偏差直接写入程序 e 控制方式:低于下限温度自动启动加热,高于上限温度自动启动冷却;加热和冷却过程需分别由使用人通过人机界面设定参数,参数为:加热时间(热水阀开启的时间,范围0-5分钟)和加热间隔时间(可设置为两次加热的间隔时间,也可以设置为热水阀关闭的时间,可以0-10分钟,由于加热过程中,热水进入发酵罐夹套后,发酵罐的温度上升要滞后一段时间,所以,关闭热水阀后要等一段时间,避免频繁启动而温度波动过大;同理,冷却过程也需要设置“冷却时间”和“冷却间隔时间” 2 酸碱度(pH)控制 a 信号输入为4-20mA电流,对应输出为0-14的pH值 b 输出pH需通过校对调整,需通过人机界面,使用人调整(a+bx) c pH值设定,通过人机界面由使用人输入 d 控制pH值设定,分上限和下限,可采用工作pH值加偏差pH值(如0.1、0.2等)由使用人设定,也可以采用直接的pH值由使用人设定, e 控制方式:低于下限pH值自动启动加碱,高于上限温度自动启动加酸;加碱和加酸过程需分别由使用人通过人机界面设定参数,参数为:加碱时间(加碱蠕动泵开启的时间,范围0-5分钟)和加碱间隔时间(可设置为两次加碱的间隔时间,也可以设置为加碱蠕动泵关闭的时间,可以0-10分钟,由于加碱过程中,氨水进入发酵罐后,发酵罐的pH值上升要滞后一段时间,所以,关闭加碱蠕动泵后要等一段时间,避免频繁启动而pH值波动过大;同理,加酸过程也需要设置“加酸时间”和“加酸间隔时间” 3 溶氧值(Do)控制 a 信号输入为4-20mA电流,对应输出为0-100的Do值 b 输出Do需通过校对调整,需通过人机界面,使用人调整(a+bx) c Do值设定,通过人机界面由使用人输入 d 控制Do值设定,分上限和下限,可以采用直接的Do值由使用人设定, e 搅拌电机的转速可设定为手动和自动,手动时由使用人通过人机界面直接输入,自动时则需要设定一个初始值和最低值,然后与溶氧(Do)相关联 f 控制方式:低于下限Do值自动启动搅拌电机加速,高于上限Do值自动启动搅拌电机减速;加速和减速过程需分别由使用人通过人机界面设定参数,参数

小型温度控制系统

电子工程设计报告 题目:温度测量系统/闭环温度控制系统设计 专业:电子科学与技术 小组:第8小组 姓名学号:王丹阳11023224 覃业泰 11023226 李赉龙 11023228 指导教师:高新 完成日期:2013.12.15

中文摘要 本电子工程设计的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统。这个系统需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作,几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。其中包含有三个阶段。本报告为第二阶段内容,在第一阶段电源模块、变送器模块,驱动器模块的基础上,又包含: 单片机模块的设计与实现; 数模转换模块的设计与实现; 模数转换模块的设计与实现; 键盘显示模块的设计与实现。 在上述七个模块的基础上,通过软件设计完成环境温度的显示与闭环温度控制两大功能。并通过键盘很方便的进行两大功能的自由切换和目标控制温度的设定。 本报告针对以上模块分别详细给出了设计要求、方案设计、电路设计、原理分析、电路调试、电路故障等方面的内容,以完整反映实验过程。 【关键词】单片机;温度;闭环控制

目录 中文摘要 (1) 1 课题背景 (4) 1.1 课题背景 (4) 1.2 设计概述 (4) 2 简单电路的模块化设计与实现 (5) 2.1 单片机应用电路设计与实现 (5) 2.1.1基本要求 (5) 2.1.2设计方案 (6) 2.1.3单片机系统的调试 (8) 2.1.4调试中遇到的问题 (9) 2.2模/数转换电路设计与实现 (9) 2.2.1实验要求 (9) 2.2.2设计方案 (10) 2.2.3电路主要参数计算 (11) 2.2.4 模数转换电路模块的调试 (12) 2.3显示与键盘控制电路设计与实现 (13) 2.3.1基本要求 (14) 2.3.2设计方案 (14) 2.3.3显示模块模块的调试 (15) 2.3.4键盘模块的调试 (17) 2.4数/模(D/A)转换电路设计与实现 (18) 2.4.1基本要求 (18)

基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(论文)

题目名称:基于NTC热敏电阻的温度测量与控 制系统设计 摘要:本系统由TL431精密基准电压,NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集,A/D和D/A转换,单片机STC89C51为核心的最小控制系统,LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃,测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值,并能够回调选定时刻的温度值,能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差,且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件,更有效的增加了温度控制功能。 关键词: NTC TL431 温度线性转换 Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion

发酵罐温度控制系统讲解

题目:发酵罐温度控制系统设计

课程设计(论文)任务及评语院(系):教研室:Array 注:成绩:平时40% 论文质量40% 答辩20% 以百分制计算

摘要 本题要设计的是温度控制系统,发酵是放热反应的过程。随着反应的进行,罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此,对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。 本课题设计了发酵罐温度控制系统,选择的传感器为Cu100,由于信号很小,所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波,然后将处理后的电压信号经过V/I转换,输出4~20mA的电流信号,最后进行仿真分析以及参数的计算,以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。 本系统应用温度控制系统,有助于提高发酵效率,有助于提高工厂产值,并且可以使资源得到更充分的作用。 关键词:温度控制;PID控制器;V/I转换;比较机构

目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1 概述 (2) 2.2 系统组成总体结构 (2) 2.3 传感器选择 (2) 第3章电路设计 (4) 3.1 传感器电路 (4) 3.2 比较机构电路 (7) 3.3 PID调节器并联实现电路 (7) 3.4 V/I转换电路 (8) 3.5 直流稳压电源电路 (9) 第4章仿真与分析 (10) 4.1 传感器电路仿真 (10) 4.2 PID控制器电路 (11) 4.3 V/I转换电路 (12) 第5章课程设计总结 (14) 参考文献 (15) 附录Ⅰ (16) 附录Ⅱ (18) 附录Ⅲ (20)

第1章绪论 在工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中,温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉、发酵罐和锅炉中的温度进行检测和控制。 本次课设要求设计发酵罐的温度控制系统。发酵是放热反应的过程。随着反应的进行,罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响:它会影响各种酶反应的速率,改变菌体代谢产物的合成方向,影响微生物的代谢调控机制,除这些直接影响外;温度还对发酵液的理化性质产生影响,如发酵液的粘度;基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。某些基质的分解和吸收速率等,进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。 并且现代发酵工程不但应用于生产酒精类饮料、醋酸和面包,而且还可以生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子等。而发酵过程是酵母在一定的条件下,利用可发酵性物质而进行的正常生命活动。 发酵工程是应用生物(主要是微生物)为工业大规模生产服务的一门工程技术,也称微生物工程。发酵工程是包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 在发酵罐温度控制系统中应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器是工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型,控制理论的其他技术也难以采用,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定时,应用PID控制技术最为方便。采用PID算法进行温度控制,它具有控制精度高,能够克服容量滞后的特点,特别适用于负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又很高的控制系统。 本次课设要求自行设计模拟式PID控制器,通过与前面传感器测定的发酵罐温度产生的电压信号进行比较,转换为输出时的4~20mA电流信号来对冷水阀门开度进行控制,采用冷水法对发酵罐进行降温,以达到对发酵罐温度进行控制的目的。参数要求测定范围是30℃~50℃,测量精度为±0.5℃,以此作为对温度传感器的选择依据。

温度测量控制系统的设计与制作实验报告(汇编)

北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称:模拟电子技术课程设计 题目:温度测量控制系统的设计与制作 学号: 学生姓名: 指导教师: 成绩: 日期:2010年11月17日

目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计(原理、芯片、参数计算等) (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I:元器件清单 (11) 附录II:multisim仿真图 (11) 附录III:参考文献 (11)

一、电子技术课程设计的目的与要求 (一)电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分,目的是使学生进一步理解课程内容,基本掌握电子系统设计和调试的方法,增加集成电路应用知识,培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求,在学完专业基础课模拟电子技术课程后,应进行课程设计,其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计小型电子系统的方法,独立完成系统设计及调试,增强学生理论联系实际的能力,提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 (二)电子技术课程设计的要求 1.教学基本要求 要求学生独立完成选题设计,掌握数字系统设计方法;完成系统的组装及调试工作;在课程设计中要注重培养工程质量意识,按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料,安排适当的时间进行答疑,帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2.能力培养要求 (1)通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 (2)通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节,掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 (3)掌握常用仪器设备的使用方法,学会简单的实验调试,提高动手能力。 (4)综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 (5)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 (一)课程设计名称 设计题目:温度测量控制系统的设计与制作 (二)课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统,测量温度范围:室温0~50℃,测量精度±1℃。 2、技术指标及要求: (1)当温度在室温0℃~50℃之间变化时,系统输出端1相应在0~5V之间变化。 (2)当输出端1电压大于3V时,输出端2为低电平;当输出端1小于2V时,输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时,输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求,该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此,我们可以利用它的这些特性,实现从温度到电流的转化;但是,又考虑到温度传感器应用在电路中后,相当于电流源的作用,产生的是电流信号,所以,应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整,这里要用到电压跟随器、加减运算电路,这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节,所以选用了集成运放LM324和电位器;最后为实现技术指标(当输出端1电压大于3V时,输出端2为低电平;当输出端1小于2V时,输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时,输出端2保持不变。)中的要求,选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析,电路的总体设计思想就明确了,即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号,然后通过一系列的集成运放电路,使表示温度的电压放大,从而线性地落在0~5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。

发酵罐温度控制系统的设计

洛阳理工学院 计算机控制技术与应用课程设计 题目:发酵培养基温度控制系统设计 学生姓名: 学号: 班级: 专业:

摘要 本题要设计的是发酵培养基温度控制系统,发酵是放热反应的过程。随着反应的进行,罐内的温度会逐渐升高。而温度对发酵过程具有多方面的影响。因此,对发酵过程中的温度进行检测和控制就显得十分重要。 本课题设计了发酵罐温度控制系统,选择的传感器为Cu100,由于信号很小,所以就需要通过差动放大电路进行放大并且经过了滤波电路滤波,然后将处理后的电压信号经过V/I转换,输出4~20mA的电流信号,最后进行仿真分析以及参数的计算,以达到通过对冷水阀开度的控制对发酵罐温度控制的目的。 本系统应用温度控制系统,有助于提高发酵效率,有助于提高工厂产值,并且可以使资源得到更充分的作用。 关键词:温度控制,PID控制器,V/I转换,比较机构

目录 前言........................................................................................ 错误!未定义书签。 1.1.1 发酵培养基简介 3 1.1.2工艺背景:................................................................ 错误!未定义书签。 1.2温度对发酵的影响...................................................... 错误!未定义书签。 1.2.1温度影响微生物细胞生长................................. 错误!未定义书签。 1.2.2温度影响产物的生成量..................................... 错误!未定义书签。 1.2.3温度影响生物合成的方向................................. 错误!未定义书签。 1.2.4温度影响发酵液的物理性质............................. 错误!未定义书签。 1.3、影响发酵温度变化的因素:..................................... 错误!未定义书签。 1.4发酵热的测定................................................................ 错误!未定义书签。 1.5最适温度的选择与发酵温度的控制............................ 错误!未定义书签。 1.5.1温度的选择....................................................................................... VII 2 培养基温度控制系统的设计.................................................. 错误!未定义书签。 2.1总体设计方案.............................................................................................. VII 2.1.1 系统总框图...................................................................................... VII 2.2硬件设计................................................................................................... V III 2.2.1温度采集电路.................................................................................. V III 2.2.2 PLC与计算机的通信......................................................................... I X 2.3软件部分......................................................................................................... X 3总结........................................................................................................................ X III 参考文献:............................................................................................................... X III

精馏塔温度控制系统设计

精馏塔温度控制系统设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

辽宁工业大学过程控制系统课程设计(论文)题目:精馏塔温度控制系统设计 院(系):电气工程学院 专业班级:自动化093 学号: 0 学生姓名:杨昌宝 指导教师:(签字) 起止时间:

课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院教研室:自动化

注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 随着石油化工的迅速发展,精馏操作的应用越来越广,分流物料的组分越来越多,分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标,它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后,就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以,在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时,常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约,鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求,设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。 精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时,除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外,还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。 前馈控制是一种预测控制,通过对系统当前工作状态的了解,预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差,那么就提前给出控制信号,使干扰获得补偿,稳定输出,消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解,只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中,并不是所有的干扰都是可测的,并不是所有的对象都是可得到精确模型的,而

发酵温度控制系统的数学模型及仿真

2 发酵罐温度控制系统的数学模型 发酵罐温度控制系统实验平台是以一个7L 发酵罐为主体,罐壁设置有冷却套,相应的设立测温点和调节阀,通过阀门调节冷却套内冷却液的流量来实现对发酵罐内温度的控制,发酵罐示意图如图1所示。 图1 发酵罐示意图 在白酒发酵的过程中,发酵罐内由于酵母的作用,在发酵过程中会产生生化反应热,热量的逐渐释放导致发酵温度逐渐上升。在整个发酵过程中,发酵温度必须根据具体的生产工艺进行严格控制,罐内温度通过控制冷却夹套内的冷却水的流量进行降温,整套系统没有外部加热措施。罐内发酵反应热有一部分使罐内温度升高,一部分热量散失到罐壁和冷媒中,在此不考虑发酵体与罐壁之间的热量传递,罐内的热平衡方程为: ? =-Tdt mC Q Q 21 (2-1) 式中 1Q :发酵过程产生的热量;2Q :发酵过程散失的热量;m :反应物质量 C :发酵罐内反应物的比热容;T 发酵罐温度。 公式1-1可以写成: ? =?Tdt MC Q (2-2) 式中 21Q Q Q -=? 对公式1-2求拉普拉斯变换得: s m C T Q S S )()(=? (2-3) 即可由罐内的热平衡方程式可以得到发酵罐内的传递函数为: m C s Q T G S S S 1 ) ()()(= ?= (2-4) 考虑到在实际的过程中的干扰因素,所以被控对象的数学模型中添加一个滞后环节。因此,用一阶惯性加纯滞后环节来表示,其传递函数为 mCs e Q T G s S S S τ-= ?= ) ()()( (2-5)

3 模糊预测控制器的设计及仿真结果 针对发酵罐中发酵对象大时滞、大时变、严格的非线性、多变量耦合等特点。采用了将模糊控制与预测控制结合的方法,利用模糊建模方法建立对象预测模型。将设定值与预测输入值之间的预测误差值及预测误差值的变化率作为模糊控制器的输入,模糊控制器再根据模糊规则来推理得到控制量,通过执行机构控制被控对象。其结构图如图2所示。 图2模糊控制系统结构图 3.1预测控制部分 预测控制算法与动态矩阵控制算法类似, 主要通过预测模型,利用系统的输入输出数据预测未来时刻系统输出,作为糊控制器的输入。 3.1.1预测模型 假设被控对象基于阶跃响应的预测模型向量为T N a a a a ],...,,[21=,N 为建模时域。则在k 时刻对系统施加一个控制增量Δu(k)时,即可算出在其作用下未来时刻N 个输出值的向量形式: )()()(k u a k y k y po m ??+= (3-1) 式中)(k y po 为k 时刻未加Δu(k)时的初始预测值,)(k y m 为k 时刻在Δu(k)作用下的模型预测值。 3.1.2在线校正 当k 时刻对系统施加控制u(k)时,利用预测模型即可得出未来时刻的输出预测值 )(k y m 。但是,由于实际存在的模型时变、非线性、环境干扰等因素的影响,预测值会偏离 实际值,故在k+l 时刻要利用系统的实际输出y (k+1)进行在线校正: )]|1()1([)()(k k y k y h k y k y m m p +-++= (3-2) 式中h 为N 维误差校正向量,这里取0.11=h ,9.0=i h ,i=2,3...,N 。)(k y p 为校正后的预测值,经过移位后即可作为k+1时刻的初始预测值,用向量形式可表示为: )()1(k y S k y p po ?=+ (3-3) 式中S 为位移阵。

温度控制系统

目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)

第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中,用于金属热处理的加热炉,需要消耗大量的电能,而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制,随着科技进步和生产的发展,这类设备对温度的控制要求越来越高,除控温精度外,对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求,显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展,采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用,温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如:在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制,计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ,

基于单片机的温度测量控制系统设计

基于单片机的温度测量控制系统设计

目录 1引言 (2) 1.1问题的提出…………………………………………………………… (2) 1.1.1什么是温度控制…………………………………………………………… (2) 1.2设计目的…………………………………………………………… (2) 2设计方案 (3) 2.1硬件设计方案…………………………………………………………… (3) 2.2软件设计方案…………………………………………………………… (3) 3硬件设计 (5) 3.1主控制部分AT89S51的设计方案 (5) 3.2温度采集模块…………………………………………………………… (7) 3.3显示模块…………………………………………………………… (7) 4软件设计 (9) 4.1温度采集…………………………………………………………… (9) 4.2键盘输入…………………………………………………………… (10) 4.3 LCD显

示…………………………………………………………… (11) 5总结 (12) 6参考文献 (15) 附录1设计原理图 (14) 附录2设计程序 (15)

1引言 1.1问题的提出 温度是工业生产中主要的被控参数之一,与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 1.1.1什么是温度控制 温度控制系统由温控器和热电偶组成,热电偶检测温度并转换成电信号传给温控器,温控器根据所设定的温度发出控制信号,温度高于设定温度上限停止加热系统或开启降温系统,低于设定温度下线停止降温系统或开启加热系统。 1.2设计目的 本设计以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集,并以数字信号的方式传送给单片机。由键盘输入预设温度,比较实际环境温度与预设温度再由单片机做出相应的处理已以达到温度控制的目的。

过程控制课程设计——啤酒发酵罐温度控制系统

内蒙古科技大学信息工程学院过程控制课程设计报告 题目:啤酒发酵罐的温度控制系统设计 学生姓名:赵晓红 学号:0967112235 专业:测控技术及仪器 班级:09测控2班 指导教师:左鸿飞

前言 啤酒生产是一个利用生物加工进行生产的过程,生产周期长,过程参数分散性大,传统操作方式难以保证产品的质量。近年来,国外的各大啤酒生产厂家纷纷进军中国市场,凭借技术优势与国内的啤酒生产厂家争夺市场份额。国内的啤酒行业迫切要求进行技术改造,提高生产率,保证产品质量,以确保在激烈的市场竞争中立于不败之地。 啤酒的发酵过程是一个微生物代谢过程。它通过多种酵母的多种酶解作用,将可发酵的糖类转化为酒精和CO2,以及其他一些影响质量和口味的代谢物。在发酵期间,工艺上主要控制的变量是温度、糖度和时间。 啤酒发酵对象的时变性、时滞性及其不确定性,决定了发酵罐控制必须采用特殊的控制算法。由于每个发酵罐都存在个体的差异,而且在不同的工艺条件下,不同的发酵菌种下,对象特性也不尽相同。因此很难找到或建立某一确切的数学模型来进行模拟和预测控制我国大部分啤酒生产厂家目前仍然采用常规仪表进行控制,人工监控各种参数,人为因素较多。这种人工控制方式很难保证生产工艺的正确执行,导致啤酒质量不稳定,波动性大且不利于扩大再生产规模。 在啤酒生产过程中,糖度的控制是由控制发酵的温度来完成的,而在一定麦芽汁浓度、酵母数量和活性的条件下时间的控制也取决于发酵的温度。因此控制好啤酒发酵过程的温度及其升降速率是解决啤酒质量和生产效率的关键。 在本次啤酒发酵温度控制系统设计过程中各种工艺参数的控制采用串级控制系统实现,主要控制锥形发酵罐的中部温度,采用常规自动化仪表及装置来实现温度及其他参数的检测与控制、显示。

发酵罐的设计

目录 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3) 一、概述 (3) 二、啤酒发酵罐的特点 (3) 三、露天圆锥发酵罐的结构 (4) 3.1罐体部分 (4) 3.2温度控制部分 (5) 3.3操作附件部分 (5) 3.4仪器与仪表部分 (5) 四、发酵罐发酵的动力学特征 (6) 第二章发酵罐的化工设计计算 (7) 一、发酵罐的容积确定 (7) 二、基础参数选择 (7) 三、D、H的确定 (7) 四、发酵罐的强度计算 (9) 4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9) 五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11) 六、锥形罐的强度校核 (13) 6.1内压校核 (13) 6.2外压实验 (14) 6.3刚度校核 (14)

第三章发酵罐热工设计计算 (14) 一、计算依据 (14) 二、总发酵热计算 (15) 第四章发酵罐附件的设计及选型 (19) 一、人孔 (19) 二、接管 (19) 三、支座 (20) 第五章发酵罐的技术特性和规范 (21) 一、技术特性 (21) 二、发酵罐规范表 (22) 参考文献 (24)

发酵罐设计实例 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料,大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一,但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来,我国啤酒工业得到了很大的发展,生产大幅度增长,发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展,陈旧的技术,设备将受到严重的挑战。为了扩大生产,减少投资保证质量,满足消费等各方面的需要,国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器,不依靠室温调节温度,而是通过自身冷却来控制温度,具有较完善的自控设施,可以做到产品的均一性,从而降低劳动强度,提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分,主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。 二、啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大;而且可以节约土建费用; 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物(相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言);

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