[發(fā)明專利]基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910045034.1
• 申請(qǐng)日: 2009-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN101477343A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華山;田作華;何黎明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/048
• 分類號(hào): G05B19/048
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種化工技術(shù)領(lǐng)域微反應(yīng)器的控制系統(tǒng)，具體地說(shuō)，涉及的是一種基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

微反應(yīng)器，就是一種單元反應(yīng)界面寬度為微米量級(jí)的微型化的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，微反應(yīng)技術(shù)是當(dāng)今精細(xì)化工，制藥等行業(yè)一個(gè)最具創(chuàng)新的技術(shù)之一，它為開發(fā)新的生產(chǎn)工藝、建立極具經(jīng)濟(jì)效益的新型化工廠開辟了嶄新的道路，提供了工藝研發(fā)和建造工廠的新概念，新方法。特別是模塊化的微反應(yīng)器技術(shù)，它使必要的基礎(chǔ)化學(xué)工程操作得以實(shí)施，例如混合、反應(yīng)、換熱及更多通過(guò)微結(jié)構(gòu)方式實(shí)施的操作。通過(guò)這些微型模塊可以適應(yīng)裝置可變、可控的要求，使各種化學(xué)合成反應(yīng)實(shí)施起來(lái)簡(jiǎn)潔、快速、節(jié)約成本。而微反應(yīng)器的精細(xì)特點(diǎn)，也決定了對(duì)其控制有精度高、穩(wěn)定性好等要求，這就需要對(duì)微反應(yīng)器設(shè)計(jì)特殊的控制器，來(lái)對(duì)其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行精確的控制。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610154338.8，公開號(hào)CN1935352，公開日2007.03.28，該專利申請(qǐng)公開了一種化學(xué)微反應(yīng)器裝置的設(shè)計(jì)方法以及實(shí)施方式。化學(xué)微反應(yīng)器用于使液體源例如氨、甲醇和丁烷與適宜量的水混合并且通過(guò)蒸汽重整過(guò)程而產(chǎn)生氫燃料。微反應(yīng)器包含毛細(xì)微通道，后者集成有電阻加熱器，以便于發(fā)生催化蒸汽重整反應(yīng)。一種實(shí)施方式采用了一個(gè)填裝了催化劑的毛細(xì)微通道和至少一個(gè)多孔膜，另一種實(shí)施方式采用了一個(gè)具有大表面積的多孔膜或一個(gè)包含具有大的總表面積的多個(gè)多孔膜的多孔膜承載結(jié)。該技術(shù)只提出了對(duì)于微反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，但并未提出對(duì)微反應(yīng)器控制的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合微反應(yīng)器的精細(xì)特性，實(shí)時(shí)采集微反應(yīng)器中的反應(yīng)參數(shù)，在上位機(jī)的程序界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并將采集數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中用以日后查詢，同時(shí)通過(guò)PID控制算法對(duì)反應(yīng)過(guò)程實(shí)行反饋控制，以達(dá)到對(duì)反應(yīng)過(guò)程的精確控制。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和分析模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、控制模塊、報(bào)警模塊以及電子天平通信模塊。其中：

數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集微反應(yīng)器中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理和分析模塊進(jìn)行分析，同時(shí)在數(shù)據(jù)顯示模塊中顯示數(shù)據(jù)波形；

數(shù)據(jù)處理和分析模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和量程轉(zhuǎn)換等處理，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判斷；

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)保存在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，方便日后調(diào)用查看；

數(shù)據(jù)顯示模塊從數(shù)據(jù)處理和分析模塊接收經(jīng)過(guò)處理之后的數(shù)據(jù)，然后使用波形圖、數(shù)字指示控件等多種方式對(duì)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行界面顯示，幫助操作人員更加直觀地了解化學(xué)反應(yīng)的情況；

控制模塊從數(shù)據(jù)處理和分析模塊接收控制量的數(shù)據(jù)，如反應(yīng)溫度等，并與預(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)自動(dòng)調(diào)整控制量，使得化學(xué)反應(yīng)按照設(shè)定的方式進(jìn)行；

報(bào)警模塊從數(shù)據(jù)處理和分析模塊接收需要納入報(bào)警范圍的數(shù)據(jù)，如閥門開度等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果超出預(yù)先設(shè)定范圍則提示報(bào)警；

電子天平通信模塊負(fù)責(zé)從電子天平獲取測(cè)量值，并且通過(guò)串口通信將測(cè)量值上傳到PC機(jī)，并在數(shù)據(jù)顯示模塊中顯示。

所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括：總線端子模塊、I/O模塊、I/O軟件接口。其中，I/O模塊從微反應(yīng)器中獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總線端子模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的I/O軟件接口，并由I/O軟件接口將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理和分析模塊進(jìn)行處理。所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)包括反應(yīng)物濃度、溫度、反應(yīng)器壓力、閥門開度等物理量。

所述的數(shù)據(jù)處理和分析模塊主要實(shí)現(xiàn)程序初始化、建立I/O軟件接口與主程序通信、信號(hào)量的量程轉(zhuǎn)換等。這是本系統(tǒng)的核心模塊，所有的輸入輸出數(shù)據(jù)均通過(guò)本模塊進(jìn)行處理，最終才能反映化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的真實(shí)情況。其中：

程序初始化包括對(duì)主程序中變量的初始化，讀取配置文件，讀取輸入輸出通道名，打開I/O通道并與I/O軟件接口建立連接，其目的是為了能順利地運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的程序；

建立I/O軟件接口與數(shù)據(jù)處理和分析模塊的通信，是為了實(shí)現(xiàn)I/O模塊所采集的信號(hào)能快速準(zhǔn)確地傳遞到數(shù)據(jù)處理和分析模塊中，為之后的數(shù)據(jù)處理、顯示和控制等模塊做好準(zhǔn)備；

信號(hào)量的量程轉(zhuǎn)換是實(shí)現(xiàn)將I/O模塊采集到的信號(hào)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有相應(yīng)物理意義的數(shù)據(jù)。由于I/O軟件接口將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存成布爾量或者16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，因此讀上來(lái)的數(shù)值需要經(jīng)過(guò)量程轉(zhuǎn)換才能得到相應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)。