一种应用于量热反应釜的智能安全控温方法技术

本发明专利技术公开了了一种应用于量热反应釜的智能安全控温方法。本发明专利技术通过双支铂电阻采集样品温度，计算目标温度下油浴前馈量，输出油浴目标温度；判断样品温度与目标温度的温差是否超出预定偏差，若超出则实时更新样品温度与目标温度的温差最大值；当该温差小于温差最大值的60%时，根据该温差占温差最大值的比例，实现油浴温度的动态调整；当该温差小于温差最大值的30%时，根据样品温度与样品目标温度的温差、油浴目标温度、样品温度，采用BP神经网络进行自学习，输出最优的控制参数。本发明专利技术充分发挥出各控制策略的优势，实现对反应釜智能、安全、精确地温度控制。精确地温度控制。精确地温度控制。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于量热反应釜的智能安全控温方法


[0001]本专利技术属于精细化工反应安全测试及自动化化学领域，涉及一种反应釜智能安全控温方法，尤其适用于反应釜大幅度剧烈升温过程中，能够提升实验的安全性和控温的准确性。

技术介绍

[0002]在化工行业中，反应釜作为被普遍使用的重要生产设备，有很多因素影响产物的质量和产率，其中反应釜内的温度控制对生产效率以及设备安全性起到决定性的作用。因此，实现对反应釜内温度的准确控制、智能控制、安全控制是精细化工反应安全测试设备研发的重要环节。
[0003]目前反应釜温度控制主要有两种方法，第一种是以传统的PID控制为主，控制对象为高低温循环油浴中导热介质的温度，通过导热介质使反应釜温度稳定在设定温度附近。第二种是通过采用三种不同温度的循环导热介质，它们的温度一种比反应釜温度高、一种在反应釜温度附近、一种比反应釜温度低，从而实现对反应釜进行升温、保温、降温。第一种方法的缺点是PID的控制参数依赖于人工经验，并且反应釜是一个大惯性、滞后性强、非线性的受控对象，难以确定合适的控制参数，很容易出现超调量大、控制精度低的情况。第二种方法的缺点是不同温度的介质直接切换时，会导致反应釜出现大幅度的温度波动，而且该方法的结构设计繁杂，能耗较大。
[0004]针对上述问题，第一种方法为了消除静态误差、提高精度引入了积分分离PID控制算法，根据实际情况加入或减去积分环节，既保持了积分作用，又减小了超调量。第二种方法为了避免出现大幅度温度波动、复杂的结构设计、较大的能耗等情况，通过高温介质、低温介质切换阀门的开闭切换以及流量调节阀的开度变化控制反应釜温度，在保证响应及时的情况下减小了反应釜的温度波动幅度。虽然这两种方法在已有基础上有部分改善效果，但在控温过程中反应釜温度依然存在有超调量、稳定时间长、控制策略单一等问题，这对反应条件有严格要求的工艺有着很大的影响。目前使用的控温方法基本只是采用单一的控制策略并在此基础上进行修改，尚不存在一种智能安全的控制策略，因此需要一种具有创造性的、智能安全的反应釜温度控制方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]综合上述问题，本专利技术提供了一种反应釜智能安全控温方法，既无需设计复杂的结构，避免不同温度的介质频繁切换；也能克服现有的反应釜控温方法中存在超调、稳定时间长、准确性不好等问题，同时提高了反应釜控温的稳定性和安全性。
[0006]本专利技术的具体步骤如下：
[0007]步骤一：根据反应工艺要求设定反应釜内样品的目标温度T
r_target
，计算此目标温度下高低温循环油浴的前馈量T
oil_forward
；
[0008]反应过程中通过双支铂电阻温度传感器采集样品的温度T
r
，计算样品温度与目标
温度的温差T
real
‑
target
、温差积分累加项T
accum
、温差变化速率dT
real
‑
target
/dt；
[0009]采用含前馈的PID控制策略，即在控制中加入前馈量T
oil_forward
，得到实时的油浴目标温度T
oil_set
，此时控制策略标志位置0。
[0010]步骤二：判断反应釜内样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
是否超出预定偏差T0，若超出此偏差，则实时更新且记录样品温度与目标温度的温差最大值T
max
，此时控制策略标志位置1。
[0011]步骤三：当控制策略标志位为1且反应釜内样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
小于温差最大值T
max
的60％时，根据样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
所占温差最大值T
max
的比例，进行油浴目标温度T
oil_set
的动态调整，控制策略标志位置2。
[0012]步骤四：当控制策略标志位为2且反应釜内样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
小于温差最大值T
max
的30％时，采用基于BP神经网络的PID控制策略，根据样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
、油浴目标温度T
oil_set
、反应釜内样品温度T
r
进行自学习，输出最优的PID控制参数，控制策略标志位置3。
[0013]本专利技术的有益效果：从智能控制的角度上，本专利技术避免了繁杂的结构设计，在反应釜控温过程根据实时反馈的温度信息灵活地调整控温策略，采用到的控温策略有含前馈的PID控制策略、动态调整策略、基于BP神经网络的PID控制策略，充分发挥出每一种控制策略优点的同时也避免了单一控制策略的弊端。具体的，首先采用含前馈的PID控制策略是利用PID控制使样品温度快速升温，由于反应系统的大迟滞性，现有的PID控制对于大迟滞过程的控制性能较差，而使用含前馈量的PID控制策略能够提高系统响应速度，减小反馈控制压力，改善反馈系统的控制效果，因此计算过程中加入了前馈量。采用动态调整策略的主要作用是为了解决PID控制过程中由于超调导致的大幅度振荡问题，同时也发挥了PID控制使样品温度快速升温的优势，当样品温度接近目标温度时，即满足动态调整策略条件时，从前馈PID控制策略切换到动态调整策略，可以避免反应釜内样品的温度大幅度振荡；最后采用基于BP神经网络的PID控制策略是因为其适用于反应釜这种复杂的非线性系统，同时具有很强的自学习和适应能力，能够克服控温过程中存在振荡和精度低、以及动态调整策略速度慢的缺点，其自身的缺点是学习过程依赖训练样本，而通过之前的控制策略能够使训练样本具备合理性，避免出现局部极小化、收敛速度慢等问题。
[0014]另外从安全的角度，本专利技术在反应釜温度测量上制定了双保险测量机制，设计的双支铂电阻是一根含有两个温度测量通道的铠装铂电阻，如果其中一个测量通道异常，则使用另一个测量通道的测量值，有效地避免了实验过程中由于反应釜温度测量失效而导致实验失败甚至出现安全事故，同时结构上双支铂电阻只需占用反应釜盖上的一个通孔，避免采用多根铂电阻而过多占用反应釜盖上有限的通孔，使节省出来的通孔用于进样等其他特殊用途。制定了反应釜温度超温处理机制，针对粘度大的反应体系，在控温过程当中，由于传热效果很差，导致双支铂电阻的两个温度测量值相差较大，当两者温差超过设定的温差界限或者反应釜温度超过设定的安全温度时，监控界面出现超温提示并且报警装置发出警报，同时油浴自动以最大的制冷功率将反应釜降低至25℃；反应釜温度与油浴目标温度之间设置有安全温差，会将油浴目标温度限制在反应釜与油浴的安全温差范围内。
[0015]综上，本专利技术和现有的控温技术相比，无需设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于量热反应釜的智能安全控温方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据反应工艺要求设定反应釜内样品的目标温度T
r_target
，计算此目标温度下高低温循环油浴的前馈量T
oil_forward
；反应过程中通过双支铂电阻温度传感器采集样品的温度T
r
，计算样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
、温差积分累加项T
accum
、温差变化速率dT
real
‑
target
/dt；采用含前馈的PID控制策略，即在控制中加入前馈量T
oil_forward
，得到实时的油浴目标温度T
oil_set
，此时控制策略标志位置0；步骤二：判断反应釜内样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
是否超出预定偏差T0，若超出此偏差，则实时更新且记录样品温度与目标温度的温差最大值T
max
，此时控制策略标志位置1；步骤三：当控制策略标志位为1且反应釜内样品温度与目标温度的温差T
real
‑
target
小于温差最大值T
max
的60％时，根据样品温度与目标温度的温差T
real
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶树亮，胡杰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：