【正文】 底溫度為被控參數(shù)。恒溫階段的控制精度要 求較高，要求絕對誤差 不超過177。同時，系統(tǒng)具有定時功能。達到反應溫度后，要保持釜溫在 80℃ 約 90 分鐘。 反應釜控制系統(tǒng)設計指標的確定 根據(jù)要求，本課題設計的反應釜控制系統(tǒng)要求對某化學反應實現(xiàn)過程控制。事實上，只有一維導熱可以看作是線性的，輻射熱量是絕對問題的四次方函數(shù)，對流傳熱受多種因素 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） 5 的 影響，一般也是非線性的。但由于反應釜內(nèi)與外界熱交換主要依靠反應釜的間壁進行熱傳導，內(nèi)壁對整個 釜內(nèi)加熱也需要一定的時間，所以導致系統(tǒng)表現(xiàn)出很大的時滯效應。 反應釜釜底溫度特點分析 根據(jù)反應釜的工作特性分析結(jié)果可知，反應釜內(nèi)的工作溫度 對化學反應有極大的影響。通過調(diào)節(jié)流入反應釜夾套中冷卻介質(zhì)的流量，來控制反應釜內(nèi)物料的溫度使之符合工藝要求。化學反應過程中一般伴有強烈的放熱效應，并且反應的放熱速率與反應溫度之間是一種正反饋自激的關系。 圖 21 反應釜結(jié)構(gòu)示意圖 在進行化學反應之前，先將反應物按照一定的比例進行混合，然后與催化劑一同投入反應釜內(nèi)，在反應釜的夾套內(nèi)導入蒸汽加熱使釜內(nèi)物料的溫度升高，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導熱速度，使其溫度均勻。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內(nèi)構(gòu)件。 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） 3 第 2 章 控制方案的確定 反應釜的結(jié)構(gòu)及工作原理 反應釜有間歇式和連續(xù)式之分。早期的反應釜自動控制系統(tǒng)較為簡單，大多 是使用一些單元組合儀表組成位式控制裝置，由于化學過程中存在較嚴重的非線性和時滯性，這種簡單的控制方式難以達到預期的控制精度，且往往因出現(xiàn)超調(diào)而導致失誤。在十幾年前，反應釜的控制幾乎完全是靠手工操作。 在反應釜、培養(yǎng)皿等化工容器內(nèi)完成的化學工業(yè)過程的特征參量一般為溫度、壓力、濃度等，這些參量是化工過程本身的屬性的表現(xiàn)。在我國由于大中城市科學技術和工業(yè)自動化的發(fā)展步伐較快，近年來一些生產(chǎn)規(guī)模不大，而具有一定危險性的化工生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)移到農(nóng)村和小城市，并常有爆炸、起火等安全事故發(fā)生。其生產(chǎn)過程往往伴隨有物化反應、生化反 應、相變過程等，過程機理十分復雜。 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） I 摘 要 反應釜是一種常用的化學反應容器，其內(nèi)部反應機理較為復雜。 關鍵詞 ： 反應釜 ； 串級 控制 ； MATLAB 仿真 ； 溫度 控制 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） II Abstract The reaction kettle is a kind of mon chemical reaction containers, its internal reaction mechanism is more plicated. Research through the control of its process parameters and the control of chemical reaction process, to improve the yield and quality products with the method of chemical production and biological pharmaceutical industry, etc have practical value. This paper analyzed the characteristics of the reaction kettle temperature change and control the difficulty, in the reaction kettle clip set of heating system of the heat transfer theory system on the basis of analysis, according to the quantity of heat balance principle and the reaction kettle of heat transfer of the relationship, using mechanism modeling and step response curve method to establish the mathematical model of temperature in the kettle, and the utilization of the data and the theoretical analysis verify the effectiveness of the model. Keywords: the reaction kettle； cascade control； MATLAB； the temperature control 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） III 目 錄 摘 要 .......................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................... II 第 1章 緒論 ............................................................................................................... 1 課題背景 ...................................................................................................... 1 課題的目的與意義 ...................................................................................... 1 第 2章 控制方案的確定 .......................................................................................... 3 反應釜的結(jié)構(gòu)及工作原理 ......................................................................... 3 反應釜釜底溫度特點分析 ......................................................................... 4 反應釜控制系統(tǒng)設計指標的確定 ............................................................. 5 方案比較 ...................................................................................................... 6 單回路控制系統(tǒng)設計 ..................................................................... 6 串級控制系統(tǒng)設計 .......................................................................... 7 方案確定 ...................................................................................................... 8 本章小結(jié) ............................................................................................................. 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 ............................................................................................ 10 主、副調(diào)節(jié)器的選擇 ............................................................................... 10 主、副調(diào)節(jié)器的作用方式 ....................................................................... 11 溫度變送器 ................................................................................................ 12 調(diào)節(jié)閥的作用方式 .................................................................................... 12 本章小結(jié) ........................................................................................................... 13 第 4章 MATLAB 仿真設計及結(jié)果 ...................................................................... 14 模擬 PID 算法及規(guī)律 ............................................................................... 14 單回路控制系統(tǒng)仿真 ............................................................................... 16 串級控制仿真 ............................................................................................ 19 本章小結(jié) ........................................................................................................... 23 結(jié) 論 ....................................................................................................................... 24 致 謝 ....................................................................................................................... 25 參考文獻 ................................................................................................................... 26 附錄 1 譯文 .............................................................................................................. 27 附錄 2 英文參考資料 ............................................................................................. 36 哈爾濱工業(yè)大學 華德應用技術學院 畢業(yè)設計（ 論文） 1 第 1 章 緒論 課題背景 化工生產(chǎn)在我國的國民經(jīng)濟建設中占有很重要的地位。 研究化工生產(chǎn)過程自動檢測和控制技術，是適應當代信息技術革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要，也是提高生產(chǎn)效率、改善勞動條件、保證安全生產(chǎn)的必然措施。因此，針對這種化工生產(chǎn)特點所進行的智能檢測 和控制方面的 研究及產(chǎn)品開發(fā)將長期進行下去，并不斷深化。 課題的目的與意義 反應釜是化工生產(chǎn)中的一種十分常見的反應容器。 在我國，目前也出現(xiàn)了一些反應