實驗用反應釜在化工實驗中是常用的一種反應容器．其加熱方式和溫度控制是其高效節能且保證產品質量的一個重要因素，傳統的反應釜多采用導熱介質通過反應釜的夾套來提高釜內物料的溫度．一個反應釜需配備真空泵、加壓泵、加熱器、制冷壓縮機等一系列的配套設施，設備繁多占據空間較大．在其加熱和制冷過程中，由于介質的傳輸等原因，會損失很大一部分能量，造成能源浪費．而且在進行溫度調節時．由于介質加熱制冷以及傳輸需要一定的時間．往往不能即刻的進行溫度調節，為此我們想以一種新的方式，通過反應釜外直接配備紅外加熱器來提高加熱速率和減少能熱量散失，制冷用氣體制冷．速率更快．通過攪拌機的攪拌使物料均勻、提高導熱速度，并達到溫度均勻。溫度控制部分主要采用PID控制，上下位機結合的方式。當溫度傳感器反饋回來值時，經過計算保證溫度控制的準確性和敏感性，電腦連接實現無線控制．溫度時時采集等功能、

1系統結構

以經濟創新，節能環保為目標，在原有反應釜的技術基礎上，加以改革創新．用紅外加熱套夾直接加熱取代了原有的導熱介質流入加熱套夾的油浴、水浴的方式，通過采用氣冷的方式取代原有的壓縮機制冷，解決傳統反應釜的加熱制冷速率慢，能量損失大，不環保的問題。以上下位機的方式取代原有的人工操作方式，更新了溫度時時監控、記錄、繪圖等功能，實現了人機互動，遠程操控的目標．特別對于實驗用的反應釜所要求的的反應快速，溫度操控靈敏，智能環保，數據記錄等諸多方面都體現出了優勢。整體構圖如圖1所示，

2控制器整體方案

本文采用上下位機結合的方法．上位機以VisualBasic．6.0IDE做為上位機軟件平臺開發的監控界面，可實現遠程監控。上位機是人機交互的主界面，主要負責從串口對下位機發送命令、接收數據并存儲以及對歷史數據繪圖等，同時提高人機交互的智能性：下位機以STC-89C52為核心芯片，它主要包括按鍵、LED顯示、A/D數據采集.D/A數據發送和上位機串行通訊等功能。通過Ptl00采集釜內溫度數據，由單片機運用PID算法對數據進行處理并將結果反饋到調壓模塊，通過對繼電器的驅動控制改變反應釜內的溫度，整體組成結構如圖2所示．

各控件的使用方法及功能如下．

(1)溫度控制臺：能檢測和修改溫度以及檢測設定的溫度，并算出誤差：

(2)PWM控制臺：能檢測和修改PWM的周期以及檢測占空比：

(3)PID控制臺：能檢測和修改比例系數P、積分系數I、微分系數D;

(4)串口設置：能修改串口的端口號和波特率：

(5)可以顯示實時變化的溫度曲線：

(6)用表格可以記錄采集的溫度值：

(7)點擊“保存”將所測溫度值保存在指定路徑，如圖3所示。

3加熱與制冷的實現

傳統的反應釜加熱和制冷多采用導熱介質，然后根據產品的工藝溫度要求確定導熱介質的選擇．常見的導熱介質有過熱蒸汽和導熱油．當需要制冷時，壓縮機啟動，導熱油在換熱器中與制冷劑換熱，獲得冷量，然后流過加熱器，但此時加熱器是停止工作的．當反應釜需要升溫時，制冷壓縮機停止工作，加熱器啟動。由此我們可以看出傳統的加熱與制冷方式要求多設備配合使用．過程較為繁瑣．而且在加熱和傳遞過程中勢必會造成大量的能量散失．加熱介質的揮發會造成環境的污染，從我們現在所要考慮的是．是否可以有一種可替代的加熱與制冷方式．經過調查和研究．我們把原先的夾套內注入加熱介質改為在夾套內直接放置加熱迅速．綠色環保的紅外加熱管，夾套固定在反應釜后的支架軸上，可隨反應釜上下左右移動，如圖4(a)(b)所示。

紅外夾套套在反應釜的外壁．夾套上下邊緣卡在反應釜外壁．這樣紅外管和反應釜直接會留有足夠的加熱空間．結束加熱時又會起到保溫的作用．如圖5所示。

采用遠紅外加熱，加熱速度迅速，避免了用加熱介質進行加熱的能量損失浪費，且綠色無污染，達到了高效節能，綠色環保的目的。反應釜的制冷采用氣冷的方式．氣體由小型風機壓入制冷盒，盒內的四周分別放置制冷片，在制冷盒內設置隔板，引導氣流在盒內形成渦流，讓氣體充分制冷。再在制冷片外面放置小水槽保證制冷片的工作效

制冷氣體由上部氣口通過雙層玻璃反應釜夾層，再由下部氣口排除．冷氣制冷效果迅速，且沒有任何污染可以直接排除，省略了以往制冷廢棄的收集處理工作．釜內的反應過程既可能是放熱的化學反應過程，又可能是物理變化過程，聚合反應機理復雜，如果不及時移去反應熱，將使反應劇烈很出正常范圍，易引起“爆聚”，如果加入過量的冷水制冷又將使反應激落，甚至造成“僵釜”現象，直接影響到產品的質量和產量，嚴重時會危及工作人員的安全。因此反應釜的加熱與冷卻的及時性和高效性對于保證產品質量和操作人員安全生產起著重要的作用．

4系統仿真

本設計采用的是PID位置式

(1)的方法控制，通過對溫度的誤差et(k)的求得算出輸出量u(k)；采用PID的控制方式。

(2)將運算量賦值繪PWM波，改變其占空比，已達到對繼電器的驅動控制，較終實現對設定溫度的±1℃誤差的控制實現。

經典PID控制算法結構簡單、易于實現，在工業控制中占據主導地位。但它主要應用于線性系統，很難滿足大慣性、滯后系統的控制要求．文中采用動態PID，將偏差分為三個階段，每個階段對應一組PID值．每組PID值都是根據多次測量的經驗得到的，

將參數自適應模糊PID控制應用于反應釜的溫度控制的方法．對系統的動態性能有較明顯的改善經Matlab仿真和實際運行證明：該系統對反應釜的溫度控制系統的自動化程度、智能程度、控制精度、抗干擾能力等方面都取得理想效果．提高了產品的產量和質量．降低了能耗。

5結束語

近年來由于反應釜工作環境復雜．受不確定因素影響較大．控制困難等諸多因素，人們越發傾向于反應釜智能控制器的研究。本系統采用反應釜外直接配備紅外加熱器來提高加熱速率和減少能熱量散失，用氣體制冷．從而達到提高速率目的，同時通過攪拌機的均勻攪拌使物料均勻受熱．與傳統只有下位機控制相比．采用上下位機結合的方案對整個系統進行監控，改善了工作條件、確保了安全、提高了人機交互的智能性．當溫度傳感器反饋回來值時．經過計算保證溫度控制的準確性和敏感性．電腦連接實現無線控制，溫度時時采集等功能。