发酵罐温度控制系统课程设计

专业课程设计报告

题目：发酵罐温度控制

课程：MATLAB

学生姓名：任晨曦

学生学号：1714010117

年级：17级

专业：自动化

班级：1班

指导教师：贾文晶

机械与电气工程学院制

2020年5月

目录

1、概述 (3)

1.1温度对发酵的影响 (3)

1.2发酵对温度的控制要求 (3)

2、设计任务与要求 (4)

2.1设计任务 (4)

2.2设计要求 (4)

3、控制方案设计 (5)

3.1控制系统的选择 (5)

3.2控制参数的选择 (5)

3.3控制系统的方框图 (5)

3.4调节规律的选择 (6)

3.5调节器作用方式的选择 (7)

4、simulink建模及仿真实验 (7)

4.1Matlab简介 (7)

4.2控制系统simulink建模 (7)

4.2.1发酵罐温度数学模型的建立 (7)

4.2.2执行器与温度检测变送器建立 (8)

4.2.3主、副回路控制器建模 (8)

4.3系统simulink仿真结果 (9)

4.4系统优化及稳定性分析 (10)

5、总结与体会 (10)

六、参考文献 (11)

1、概述

1.1温度对发酵的影响

微生物的生长繁殖及合成代谢产物都需要在合适的温度下才能进行。温度的变化影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质。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。温度能改变菌体合成代谢产物的方向。并且发酵液的粘度、基质和氧气在发酵液中的溶解度和传递速率、某些机制的分解吸收速率等都受温度变化的影响，进而影响发酵动力学特性和产物的生物合成。而温度的变化是发酵过程热能产生和散失的综合效应。产生的因素有生物热、搅拌热，散热的因素有蒸发热、辐射热——向大气辐射的热、以及显热——水的蒸汽热和废弃因温度差异排放时所带走的热量。1.2发酵对温度的控制要求

开始可适当升高温度，以利于孢子萌发和菌体的生长繁殖，待发酵温度开始上升后，应保持在菌体的最适生长温度，到主发酵旺盛阶段，温度应控制在比最适生长温度低一些，既代谢产物合成的最适温度，到发酵后期，温度下降，此时适当升温可提高产量。而温度的选择是相对的，要考虑成分、浓度、溶氧、生长阶段和发酵条件。最适发酵温度是指既适合菌体的生长又适合代谢产物合成的温度。菌体生长的最适温度和产物合成的最适温度往往是不一致的，最适发酵温度随菌种，成分、条件、菌体生长条件而改变而且发酵温度的确定从理论上讲整个发酵过程中不应只选择一个温度。

以啤酒厂发酵工艺为例，在啤酒生产的控制过程中，温度是一个非常重要的参数。温度的高低主要影响的是酶的活性，进而影响生产效率和啤酒质量。而且啤酒发酵的全过程分成多个阶段，各个阶段都有对应的温度曲线，为了使啤酒有更好的品质，需要让发酵罐的温度根据工艺温度曲线变化。发酵罐是啤酒生产的主要设备。我国采用的是室外圆柱体锥形罐发酵法，由于锥形罐内发酵液的流体力学特性和现代啤酒发酵技术，锥形罐发酵法发酵周期短、发酵速度快。

罐法发酵的操作步骤有：①接种——选择已培养好的0代酵母或生产中发酵降糖正常，双乙酰还原快、微生物指标合格的发酵罐酵母作为种子，后者可采用罐－罐的方式进行串种。接种量以满罐后酵母数在（1.2～1.5）×10个/ml为准；②满罐时间——正常情况下，要求满罐时间不超过24h，扩培时可根据启发情况而定。满罐后每隔1天排放一次冷凝固物，共排3次；③主发酵——温度10℃，普通酒10±0.5℃,优质酒9±0.5℃，旺季可以升高0.5℃。当外观糖度降至3.8%~4.2%时可封罐升压。发酵罐压力控制在0.10~0.15MPa；④双乙酰还原——主发酵结束后，关闭冷媒升温至12℃进行

双乙酰还原。双乙酰含量降至0.10mg/L以下时，开始降温；⑤降温——双乙酰还原结束后降温，24h内使温度由12℃降至5℃，停留1天进行酵母回收。亦可在12℃发酵过程中回收酵母，以保证更多的高活性酵母。旺季或酵母不够用时可在主发酵结束后直接回收酵母；⑥贮酒——回收酵母后，锥形罐继续降温，24h内使温度降至-1℃~-1.5℃，并在此温度下贮酒。贮酒时间：淡季7天以上，旺季3天以上。此次仅降到1摄氏度[5]。

图1.1发酵罐温度变化曲线图

由图可知啤酒的温度发酵过程是时变的，并且存在很大的滞后。正是这种时变性和大的时滞性造成了温度控制的难点。发酵温度直接影响着啤酒的风味、品质和产量。目前大多数对象是采用往冷却夹套内通入制冷酒精水混合物货液氨来吸收发酵过程中不断放出的热量，从而维持发酵温度[2]。

2、设计任务与要求

2.1设计任务

设计一个控制系统，根据发酵罐发酵温度要求实现发酵罐发酵过程的自动监控。控制发酵罐的温度应当保持相对稳定，避免忽高忽低，温度控制应采用自动控制为好。并且要用MATLAB进行仿真优化。体会在工程实践中的PID仿真的优点和不足，思考在工程实践中如何进行工程的仿真与建模，以及优化系统。

2.2设计要求

采用MATLAB仿真，并且进行系统优化，说明优化的方法和好处。并且仿真结果要做出以下结果：超调量；峰值时间；过渡过程时间；余差；第一个波峰值；第二个波峰值；衰减比；衰减率；振荡频率；全部P、I、D的参数和PID的模型。

3、控制方案设计

3.1控制系统的选择

啤酒发酵对象具有时变性、时滞性及其不确定性。根据啤酒发酵工艺温度控制系统各种工艺参数的要求，本次设计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、控制与显示[3]。

3.2控制参数的选择

设计被控系统时，选取的参数要能有效的反映工艺状况。根据工艺，主参数为发酵罐中麦汁的温度。而副参数的选取是串级控制系统的关键所在，副回路设计的合理与否决定了串级控制的特点能否发挥。副回路包含被控对象所受的主要干扰，当对象具有较长纯滞后时间时，应尽量将纯滞后部分包含在主对象中。因此，选取冷却套的温度作为副被控参数，主副回路的变送器采用温度变送器，执行器采用气动调节阀。

3.3控制系统的方框图

图3.2发酵罐温度控制系统方框图

3.4调节规律的选择

在串级控制系统中，根据工艺参数的要求进行调节规律的选择：主回路控制规律：由于发酵罐串级控制系统的主回路是发酵罐内麦汁的温度，具有很大的的滞后，为了克服滞后，选择PI 控制规律；副回路控制规律：副回路的被控参数是冷却套的温度，根据副回路先调、快调、粗调的控制特点，选取PID 控制规律。而主回路控制特点是后调、慢调、细调[7]。

PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。其输入e （t ）

与输出u （t ）的关系为：()()()()??

????++=?t dt t de Td dt t e Ti t e kp t U 0/*/1，式中积分的上下限分别是0和t ，因此它的传递函数为：()()()()[]s Td s Ti kp s E s U s G **/11/++==。其中kp 为比例系数;Ti 为积分时间常数;Td 为微分时间常数[6]。

比例控制的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。增大比例系数Kp 可减少余差，但随着Kp 的增大，控制系统的稳定会下降，甚至会产生振荡，但如果减小Kp ，余差会增大，所以比例系数Kp 是有一定限度的。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。积分作用具有鲁棒性。因此，比例+积分(PI )控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。但如果Ki 过大，会使系统超调量大幅增加，甚至引起积分饱和造成系统振荡不稳定。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay )组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD )控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。但Kd 不宜过大，否则可能造成提前制动，增大调节时间，和控制阀时而全开时而全关。微分作用由弱到强时，对容量滞后有明显作用，但是对纯滞后没有效果。而且微分作用对干扰有放大作用，因此过强的微分作用对系统抗干扰不利[1]。因此，在工程实践中，经常使用复杂的控制回路获得系统控制性能的提高。

3.5调节器作用方式的选择

要想一个过程控制系统能够正常工作，系统必须采用负反馈。对于一个串级控制系统来说，主副调节器的正反作用的选择原则是使整个系统构成负反馈，既其主通道的各环节放大系数极性乘积为正值。

副调节器作用方式：根据工艺要求，考虑安全因素，当发生事故时，阀门应处于全开，所以调节阀应选择气关式，其中Kv为“-”，变送器Km为“+”。当调节阀开度增加时，冷却套温温度下降，则副对象的Ko2为“+”。根据组成该系统的各个环节极性相乘必须为正的原则，所以副调节器的Kp为“-”，所以选择正作用方式。主调节器的作用方式：主调节器的作用方式只取决于主对象“Ko1”的符号。主对象的输入信号是液氨的供给流量，输出信号是发酵罐内部区域的温度。当液氨流量增大时，罐体对应区域T下降，因此主对象Ko1为“-”，则主调节器Ko1为“-”，故主调节器选择正作用方式[4]。

4、simulink建模及仿真实验

4.1Matlab简介

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国MathWorks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

4.2控制系统simulink建模

4.2.1发酵罐温度数学模型的建立

—般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法。机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律，建立的模型常有明确的物理或现实意义。测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础

运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。这种方法称为系统辨识（System Identification ）。将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数。

发酵罐本身是一个比较复杂的被控对象，它具有非线性、时变性等特点。发酵罐温度是通过向夹套中通入液氨或冷水进行调节控制的，当通入液氨或冷水后，发酵罐温度变化存在一定的滞后性；另外，用传感器测量温度时，温度信号转换为电信号具有一定的纯滞后；其余环节可视为比例环节。所以该系统应是一个一阶惯性环节附加一个滞后环节，即发酵罐的数学模型为：()()[]s e TS Ks s G τ-+=*1/。通过对某啤酒厂的发酵罐系统的物理建模和数学建模，根据发酵罐的温度变化曲线，温度控制范围在 0摄氏度到12摄氏度，通过温度和时间的函数关系可以得知Ks =4、T =190、t =500。所以啤酒发酵罐的传递函为()()[]s e s s G 500*1190/4-+=。

4.2.2执行器与温度检测变送器建立

温度的检测传输由热电阻Pt 100传感器和温度变送器两部分组成，主回路传感器安装于发酵罐侧壁，副回路热电阻安装于冷却套侧壁，输出与温度成正比的4-20mA 直流电流信号。根据厂家的要求，发酵罐的温度控制偏差为0.5摄氏度。发酵罐温度是冷却套间接冷却控制的，通过控制调节阀的开度，来改变通过调节阀液氨的流量，从而改变冷却套的温度达到控制发酵罐内麦汁温度目的。由于其检测输出的4-20mA 电流信号与0摄氏度到12摄氏度的温度信号成正比关系，因而在这里的主回路、副回路都为比例环节，比例系数Km 1=1、Km 2=5，调节阀也为比例环节比例系数Kv =0.3。主回路温度控制器传递函数为()12Km s Gm =；副回路温度变送器传递函数为()22Km s Gm =；系统调节阀传递函数为()Kv s Gv =。

4.2.3主、副回路控制器建模

主回路被控变量温度是工艺操作的主要指标，允许波动的范围很小，一般要求无余差，主控制器应选PI 控制规律。副被控变量的设置是为了保证主被控变量的控制质量，提高系统的反应速度，提高控制质量，可以允许在一定范围内变化，因此副控制器用PID 调节规律。由于是串级控制系统，故采用一步整定法。根据经验先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个环节，按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的整定步骤为：

在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据关系式，通过副过程放大系数K 02,

求取副调节器的比例放大系数。或按经验选取，并将其设置在副调节器上；按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数；改变给定值，观察被控制量的响应曲线，根据主调节器放大系数K1和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质最佳；如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度或增大积分时间常数，即可得到改善。初始状态参数设定，主回路PI调节：Kp=1、Ki=1、Kd=0副回路PID：Kp=1、Ki=1、Kd=1。

4.3系统simulink仿真结果

启动MATLAB，点击simulink仿真按钮，新建一个Model文件，选取需要的仿真模块拖到仿真界面进行建模。在仿真界面右上方将仿真终值修改为500，点击run运行仿真系统。系统simulink仿真图如图4.1所示。

图4.1系统建模方框图

初始状态参数仿真结果如图4.2。

图4.2系统初始参数仿真图

4.4系统优化及稳定性分析

由图4.2可以看出在初始参数设定下，所得到的仿真结果调节时间过长，超调量过大，因而需要进一步调节PID参数。根据系统的传递函数，使用临界比例度法进行调节，再经过多次试凑，得到PID参数为主回路参数为Kp=10、Ki=1.2、Kd=0，副回路参数为Kp=20、Ki=1、Kd=0.6时，系统效果比较好。系统仿真结果图如图4.3。

图4.3系统参数仿真图

用编程方法计算系统性能指标，并画出系统伯德图，编程命令语言与伯德图详见附录。此时系统超调量为40.9103%；峰值时间37.2316；过渡过程时间151.2535；余差为1-1=0；第一个波峰值为1.4091；第二个波峰值为1.0492；衰减比为8.3150，位于4到10之间；衰减率为0.8797；振荡频率为0.0105。分析可得，系统的动态特性得到了明显的改善，并且调节时间变小，稳态误差也消除了，此时系统基本达到最佳状态。5、总结与体会

通过本次课程设计，我对于发酵罐温度控制的意义和方法有了一个比较清晰的掌握。并且通过对发酵罐温度控制的设计过程了解了工业控制的一般步骤，对于一般的控制系统，采用PID控制就能满足要求。在控制参数的整定过程中，我也重新复习了PID控制的特点，经过整定后的系统应该达到4：1到10：1的衰减过度，这时的PID控制效果最好。整定过程中需要用到自动控制原理的部分知识，把过程控制理论、信号与系统、

自动控制理论以及MATLAB等学科都串联在一起，也是对我所学知识的一次梳理。从中发现了我的不足之处，对我的学习起到了警醒的作用，也对知识有了更深刻的理解。实践出真知，不通过自己动手做，自己掌握的知识永远是在纸上谈兵。

本次课程设计在仿真过程也有些辛苦，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，需要不断地寻优，朝着快、准、稳努力。在用SIMULINK 做仿真时，也比较费时费力。这次课程设计也是对我在疫情期间学习的一个检测，以及对MATLAB的simulink部分的复习和巩固。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。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。

六、参考文献

[1]薛小兵.论串级PID温度控制的应用[J].科技创新与应用,2014(35):18-19.

[2]宋丹. 啤酒酿造工艺对挥发性风味物质影响的研究[D].大连工业大学,2017.

[3]张国权.啤酒锥形发酵罐温度控制中的几个问题[J].啤酒科技,2000 :8-10.

[4]牛超,徐定伟,王军,等.发酵罐温度控制系统的设计[J].自动化与仪器仪表,2008,(5):10-12. DOI:10.3969/j.issn.1001-9227.2008.05.005.

[5]王志坚.锥形罐啤酒发酵温度的调节与控制[J].酿酒科技,2002,(4):66-67.

DOI:10.3969/j.issn.1001-9286.2002.04.021.

[6]王耀辉,强天伟.PID控制原理简析[J].洁净与空调技术,2013,(3):79-82.

DOI:10.3969/j.issn.1005-3298.2013.03.022.

[7]Wen Wen.Chen,You Kuan.Liu,Xiang Yu.Tan, et al.PID Parameter Optimization Based on Fuzzy Control[J].Advanced Materials Research,2014,3247(1921):1156-1161.

DOI:10.4028/https://www.wendangku.net/doc/776448567.html,/AMR.960-961.1156.

附录num1=0.3*[80,2001,100];

den1=conv([1 0],[1 100]);

G1=tf(num1,den1);

sys1=feedback(G1,5);

G2=tf([10 1.2],[1 0]);

G3=tf(4,[190 1]);

G4=series(G2,G3);

G5=series(G4,sys1);

sys2=feedback(G5,1);

G=sys2;

C=dcgain(G);

[y,t]=step(G);

plot(t,y)

grid

[Y,k]=max(y);

timetopeak=t(k);

percentovershoot=100*(Y-C)/C;

i=length(t);

while(y(i)>0.98*C)&&(y(i)<1.02*C)

i=i-1;

end

settlingtime=t(i);

n=1;

while y(n)

n=n+1;

end

risetime=t(n);

findpeaks(y);

计算得到的性能指标如下：

>> beer_ferment_2

>> percentovershoot

percentovershoot =

40.9103

>> timetopeak

timetopeak =

37.2316

>> settlingtime

settlingtime =

151.2535

>> C

C =

1

>> Y

Y =

1.4091

>> findpeaks(y)%峰值查询函数

ans =

1.4091 %第一个峰值

1.0492 %第二个峰值

1.0059 %第三个峰值

>> (1.4091-1)/(1.0492-1)%计算衰减比

ans =

8.3150

>> [(1.4091-1)-(1.0492-1)]/(1.4091-1)%计算衰减率ans =

0.8797

[k,v]=findpeaks(y)

k =

1.4091

1.0492

1.0059

v =

17

58

98

>> f=1/[t(58)-t(17)] %振荡频率

f =

0.0105

margin(G5)

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

基于DS18B20的温度采集显示系统的设计

《单片机技术》课程设计任务书(三) 题目：基于DS18B20的温度采集显示系统的设计 一、课程设计任务 传统的温度传感器，如热电偶温度传感器，具有精度高，测量范围大，响应快等优点。但由于其输出的是模拟量，而现在的智能仪表需要使用数字量，有些时候还要将测量结果以数字量输入计算机，由于要将模拟量转换为数字量，其实现环节就变得非常复杂。硬件上需要模拟开关、恒流源、D/A转换器，放大器等，结构庞大，安装困难，造价昂贵。新兴的IC温度传感器如DS18B20，由于可以直接输出温度转换后的数字量，可以在保证测量精度的情况下，大大简化系统软硬件设计。这种传感器的测温范围有一定限制（大多在－50℃～120℃），多适用于环境温度的测量。DS18B20可以在一根数据线上挂接多个传感器，只需要三根线就可以实现远距离多点温度测量。 本课题要求设计一基于DS18B20的温度采集显示系统，该系统要求包含温度采集模块、温度显示模块（可用数码管或液晶显示）和键盘输入模块及报警模块。所设计的系统可以从键盘输入设定温度值，当所采集的温度高于设定温度时，进行报警，同时能实时显示温度值。 二、课程设计目的 通过本次课程设计使学生掌握：1）单总线温度传感器DS18B20与单片机的接口及DS18B20的编程；2）矩阵式键盘的设计与编程；3）经单片机为核心的系统的实际调试技巧。从而提高学生对微机实时控制系统的设计和调试能力。 三、课程设计要求 1、要求可以从键盘上接收温度设定值，当所采集的温度高于设定值时，进行报警（可以是声音报警，也可是光报警） 2、能实时显示温度值，若用Proteus做要求保留一位小数； 四、课程设计内容 1、人机“界面”设计； 2、单片机端口及外设的设计； 3、硬件电路原理图、软件清单。 五、课程设计报告要求 报告中提供如下内容：

过程控制工程课程设计

过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月

1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩

热交换器温度控制系统课程设计报告书

热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。

换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速

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

某加热炉温度控制 过程控制

学号 天津城建大学 过程控制课程设计 设计说明书 某加热炉温度控制 起止日期：2014 年6 月23 日至2014 年6 月27 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2014年6月27 日

天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级13电气11班 姓名学号 课程设计名称：过程控制 设计题目：某加热炉温度控制 完成期限：自2014 年6 月23 日至2014 年 6 月27 日共1 周设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 某温度过程在阶跃扰动1/ ?=作用下，其温度变化的数据如下： q t h 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要求如下： p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路

三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日

数字温度计课程设计报告

课程设计报告书 课程名称：电工电子课程设计 题目：数字温度计 学院：信息工程学院 系：电气工程及其自动化 专业班级：电力系统及其自动化113 学号：6100311096 学生姓名：李超红 起讫日期：6月19日——7月2日 指导教师：郑朝丹职称：讲师 学院审核（签名）： 审核日期：

内容摘要： 目前，单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信以外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用很多领域。 单片机是一种特殊的计算机,它是在一块半导体的芯片上集成了CPU,存储器，RAM，ROM，及输入与输出接口电路，这种芯片称为:单片机。由于单片机的集成度高，功能强，通用性好，特别是它具有体积小，重量轻，能耗低，价格便宜，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便的优点，使它迅速的得到了推广应用，目前已成为测量控制系统中的优选机种和新电子产品中的关键部件。单片机已不仅仅局限于小系统的概念，现已广泛应用于家用电器，机电产品，办公自动化用品，机器人，儿童玩具，航天器等领域。 本次课程设计，就是用单片机实现温度控制，传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，但热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，而且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。本次采用DS18B20数字温度传感器来实现基于51单片机的数字温度计的设计。 本文介绍了一个基于STC89C52单片机和数字温度传感器DS18B20的测温 系统，并用LED数码管显示温度值，易于读数。系统电路简单、操作简便，能 任意设定报警温度并可查询最近的10个温度值，系统具有可靠性高、成本低、功耗小等优点。 关键词：单片机数字温度传感器数字温度计

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。

温度控制系统课程设计

前言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。 随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中.其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等. 智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE_）的结晶.目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路.有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU),并且可通过软件来实现测试功能,即智能化取决于软件的开发水平。 为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度,利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。在近端与远端通信过程中，采用串行MAX232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。

反应釜温度过程控制课程设计

过程控制系统课程课题：反应釜温度控制系统 系另I」：电气与控制工程学院 专业：自动化_____________ 姓名： ________ 彭俊峰_____________ 学号：__________________ 指导教师： _______ 李晓辉_____________ 河南城建学院 2016年6月15日

反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC 调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。

1系统工艺过程及被控对象特性选取 被控对象的工艺过程 本设计以工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）为过程系统被控对象。 反应器为标准3盆头釜，反应釜直径1000mm,釜底到上端盖法兰高度1376mm, 反应器总容积，耐压。为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过。反应器压力报警上限组态值为。反应器的工艺流程如图1-1所示。 S8Q A a珑厲娜口 图1-1釜式反应器工艺流程图 该装置主要参数如表1-1所示。各个阀门的设备参数如表1-2所示，其中，D g为阀门公称直径、K v为国际标准流通能力。 表1-1主要测控参数表

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

专业课程设计温度的采集与控制(软件)2

专业课程设计说明书课程设计名称：专业课程设计 课程设计题目：温度的采集与控制（2）学院名称：信息工程学院 专业：电子信息工程班级： 学号：姓名： 评分：教师： 20 年月日

专业课程设计任务书2012－2013学年第二学期分散1周第17 周－ 19 周集中

摘要 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 本次设计的目的在于学习基于51单片机的温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现温度信号采集与显示，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。 关键词：温度温度采集温度控制

目录 第一章系统组成及工作原理 (1) 1.1 设计要求 (1) 1.2 系统组成 (1) 1.3 工作原理 (1) 第二章硬件电路设计 (2) 2.1 温度转换电路 (2) 2.2 A/D转换电路 (2) 2.3 控制电路 (3) 2.4 单片机最小系统 (3) 第三章软件设计 (5) 3.1 主程序流程图 (5) 3.2 7279初始化程序INIT7279 (6) 3.3 发送字节程序STFS (7) 3.4 延时程序 (9) 3.5 中断程序 (10) 3.6 AD采样程序 (12) 3.7 数值转换程序 (13) 3.8 7279送显程序 (14) 第四章实验、调试和测试结果分析 (16) 4.1 主要仪器和工具 (16) 4.2 调试过程及测试结果 (16) 结论 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)

反应釜温度过程控制课程设计

过程控制系统课程设计 课题：反应釜温度控制系统 系别：电气与控制工程学院 专业：自动化 姓名：彭俊峰 学号：092413238 指导教师：李晓辉 河南城建学院 2016年6月15日

引言 (1) 1系统工艺过程及被控对象特性选取 (2) 1.1 被控对象的工艺过程 (2) 1.2 被控对象特性描述 (4) 2 仪表的选取 (5) 2.1过程检测与变送器的选取 (5) 2.2执行器的选取 (6) 2.2.1执行器的选型 (7) 2.2.2调节阀尺寸的选取 (7) 2.2.3调节阀流量特性选取 (7) 2.3控制器仪表的选择 (8) 3.控制方案的整体设定 (10) 3.1控制方式的选择 (10) 3.2阀门特性及控制器选择 (10) 3.3 控制系统仿真 (12) 3.4 控制参数整定 (13) 4 报警和紧急停车设计 (14) 5 结论 (15) 6 体会 (16) 参考文献 (17)

反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等。对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。 由于非线性和温度滞后因素很多，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。本文以带搅拌釜式反应器的温度作为工业生产被控对象，结合PID 控制方式，选用FX2N-PLC温度调节模块，同时为了提高系统安全性，设计了报警和紧急停车系统，最终设计了一套反应釜氏的温度过程控制系统。

过程控制课程设计报告

北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 设计课题：前馈反馈控制系统的 设计与整定 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年12月06日

北华航天工业学院电子工程系 过程控制课程设计任务书 指导教师：教研室主任： 2013年12月06日 注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。 课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。

内容摘要 液位控制是工业中常见的过程控制，例如在饮料食品加工、化工生产、锅炉汽泡液位等多种行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制，它对生产的影响不容忽视。对于液位控制系统的方法，目前有常规的PID控制，但是PID 控制采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件变化，得不到理想效果。而且，对于一些控制精度要求较高的场合，例如核电厂的蒸汽生成器中的液位控制，某些化工原料厂的化学溶液液位等问题，不允许在有扰动的情况下出现太大的超调量和过程的调节时间。 目前为了达到精度较高要求的先进控制策略的发展有：预测控制、自适应控制、智能控制、模糊控制等。具体采用的方法如将模糊控制和传统的PID控制两者结合，用模糊控制理论来整定PID控制器的比例，积分，微分系统；以负荷为前馈扰动量构成一个串级加前馈的三冲量闭环控制系统等。目前各种锅炉汽包水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。 本文针对液位控制系统中较为基础的单容水箱作为控制对象，单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。而对于控制系统的选择为前馈——反馈系统。一般的控制系统都属于反馈控制, 这种控制作用总是落后于扰动作用。对于时滞较大、扰动幅度大而频繁的过程控制往往不能满足生产要求。引入前馈控制可以获得显著的控制效果。前馈控制是按照扰动作用的大小进行控制, 所以控制是及时的。如果补偿作用完善可以使被控变量不产生偏差。 索引关键词：前馈—反馈控制PID 自动控制液位控制

单片机课程设计报告——温度报警器

单片机原理与应用 课程设计报告 { 课程设计名称：温度报警器设计 专业班级： 13计转本 | 学生姓名：张朝柱肖娜 学号： 140 113 指导教师：高玉芹 设计时间： 2016-11—2017-12 成绩： 信电工程学院

摘要 2009年6月14日随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研、各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。 本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的测温系统，详细描述了利用液晶显示器件传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，特别是数字温度传感DS18B20的数据采集过程。对各部分的电路也一一进行了介绍,该系统可以方便的实现实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度检测系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 关键词：单片机AT89C51；DS18B20温度传感器；液晶显示LCD1602。

目录 1绪论 (1) 温度报警器简介 (1) 温度报警器的背景与研究意义 (1) 温度报警器的现状及发展趋势 (1) 2 系统整体方案设计 (2) 设计目标 (2) 系统的基本方案 (2) 系统方案选择 (2) 各模块方案选择 (3) 主要元器件介绍 (3) STC89C52的简介 (3) DS18B20的简介 (4) 3 系统的硬件设计与实现 (5) 系统硬件概述 (5) 主要单元电路的设计 (5) 键盘扫描模块电路的设计 (5) 单片机控制模块电路的设计 (5) 报警模块电路的设计 (6) LCD1602显示模块电路的设计 (7) 4 系统的软件设计与实现 (8) KEIL软件介绍 (8) 系统程序设计流程图 (8) 主程序软件设计 (8) 按键软件设计 (9) 密码设置软件设计 (9) 开锁软件设计 (10) 5 系统仿真设计 (12) Proteus 软件介绍 (12) Proteus 仿真图 (12) 硬件调试 (13) 调试结果 (13) 6 结论 (14)

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。