一种流化床反应器自动控制系统的制作方法

本发明适用于化工行业生产自动控制和化学工程相关实验的教学。

背景技术：

流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气、固态系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉，而现代流化反应技术的开拓则是以40年代石油催化裂化为代表。与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：a.可以实现固体物料的连续输入和输出；b.流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；c.便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，这一方面的典型例子可以参考石油馏分催化流化床裂化。

实现流化床反应器的自动控制将会给工业生产带来质的变化，因此，设计一种控制电路，实现其对流化床反应器的自动控制，完成生产的自动化，变得尤为重要。实现流化床反应器的自动控制具有以下意义：a.由复杂繁琐不易操作的手动控制转变为简单便利易操作的自动控制，使人们的双手得到解放，大大弥补了生产劳动力的不足，同时也彻底解决了由于手动操作不当，使反应器发生过热或气体泄漏，对工人造成伤害的问题。b.提高生产效率，实现资源的充分利用，进一步刺激国民的消费，促进国民经济的快速增长。c.加快企业生产链的改革，淘汰落后低效高能耗的手动控制流化床，采用高效节能的自动化式的流化床反应器，间接地减少了废渣的产生和废气的排放，有利于保护生态环境。d.为流化床反应器自动控制技术的进一步发展打下了夯实的基础，由量变产生质变，使其朝着更加便利快捷的方向发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前流化床反应器的调节控制需要人工手动完成，效率低，误差大等问题，提出了一种流化床反应器自动控制系统，提出了流化床反应器主要参数的自动控制技术，系统由MCU主控电路、温度测量电路、流量测量电路、压强测量电路、键盘及显示电路、温度调节电路、流量调节电路组成，实现对流化床反应器的自动控制，MCU主控电路是以C8051F020单片机为核心，利用温度传感器和空气流量传感器对原料气的温度、流量进行测量，利用压力传感器对流化床反应器中的压差进行测量，根据不同的反应，三个参数应该在一定的范围内，一旦出现超出范围的情况，利用温度调节和速度调节对原料气进行控制，可以使流化床反应器中的压差调整到合适的范围简易键盘及LCD显示电路能够对不同反应类型的参数进行设置和实时参数显示。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明公布了一种流化床反应器自动控制系统，提出了流化床反应器主要参数的自动控制技术，系统由MCU主控电路、温度测量电路、流量测量电路、压强测量电路、键盘及显示电路、温度调节电路、流量调节电路组成，实现对流化床反应器的自动控制，MCU主控电路是以C8051F020单片机为核心，利用温度传感器和空气流量传感器对原料气的温度、流量进行测量，利用压力传感器对流化床反应器中的压差进行测量，根据不同的反应，三个参数应该在一定的范围内，一旦出现超出范围的情况，利用温度调节和速度调节对原料气进行控制，可以使流化床反应器中的压差调整到合适的范围，简易键盘及LCD显示电路能够对不同反应类型的参数进行设置和实时参数显示。

温度测量电路和温度调节电路，采用K型热电偶与K型热电偶的专用模数转换芯片MAX6675的组合，就不需在进行冷端温度补偿。该模块采用单总线接口，能方便的与单片机通信，测量范围从0℃到+1600℃，测温精度为12位。继电器用来控制加热炉的开断。当反应器温度过高时，P1.3端口变为低电平，电路导通，继电器的触点闭合，加热炉停止工作。

气流流量测量电路和调节电路，利用卡曼涡旋式空气流量传感器，实现对流量的测量且以电子信号(频率)的形式输出，在给系统的控制电路传输信号时，可以省去AD转换器。液晶屏上可显示出流速的大小，并可根据不同的应用场合，实现原料气流速自动调节。

压强测量电路和压强的调节，PY209气体压力传感器采用全铝合金外壳结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。压力接口为M10螺纹和旋塞结构，可直接安装在测量管道上或通过引压管连接。适用于介质压力微弱的场合的测量与控制。

简易键盘及LCD显示电路，采用了三个独立按键S1、S2及S3组成简易键盘。。S1为数据选择按键，S2和S3分别控制数据的加减。按下S1时，对三个测量数据进行选择，选定之后按S2或S3进行数据范围设置。液晶屏上实时显示出系统的温度、流速和压强的大小。

软件采用模块化设计，主要由简易键盘及显示电路程序设计、温度测量电路和温度调节软件设计、气流速度测量电路和速度调节、压强测量电路和压强的调节等部分组成。

附图说明

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。

图1：流化床反应器自动控制系统的总框图；

图2：温度测量电路；

图3：温度调节电路；

具体实施方式

由图1系统框图可知，流化床反应器自动控制系统由MCU主控电路、温度测量电路、流量测量电路、压强测量电路、键盘及显示电路、温度调节电路、流量调节电路组成，实现对流化床反应器的自动控制，MCU主控电路是以C8051F020单片机为核心，利用温度传感器和空气流量传感器对原料气的温度、流量进行测量，利用压力传感器对流化床反应器中的压差进行测量，根据不同的反应，三个参数应该在一定的范围内，一旦出现超出范围，利用温度调节和速度调节对原料气进行控制，可以使流化床反应器中的压差调整到合适的范围，简易键盘及LCD显示电路能够对不同反应类型的参数进行设置和实时参数显示。

温度测量和温度调节电路：采用K型热电偶与K型热电偶的专用模数转换芯片MAX6675的组合，就不需在进行冷端温度补偿。该模块采用单总线接口，占用单片机I/O口资源少，能方便的与单片机通信，测量范围从0℃到+1600℃，测温精度为12位，具体测量电路如附图2所示。该温度调节电路主要由光电耦合器和继电器两个元件组成。光电耦合器的作用是隔离输入输出信号，并且只能单向传递信号，具有很高的抗干扰性。继电器用来控制加热炉的开断。当反应器温度过高时，P1.3端口变为低电平，电路导通，继电器的触点闭合，加热炉停止工作。具体温度调节电路如附图3所示。

气流流量测量电路和调节电路：利用卡曼涡旋式空气流量传感器，实现对流量的测量且以电子信号(频率)的形式输出，在给系统的控制电路传输信号时，可以省去AD转换器。液晶屏上可显示出流速的大小，并可根据不同的应用场合，实现原料气流速自动调节。气流速度调节电路由一个简单的电机闭环控制系统构成，即当测量得到气流速度过高时，单片机通过控制电机的转速来减低气流速度，反之提高气流的速度。

压强测量电路和压强的调节：PY209气体压力传感器采用全铝合金外壳结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。压力接口为M10螺纹和旋塞结构，可直接安装在测量管道上或通过引压管连接。适用于介质压力微弱的场合的测量与控制。当差压过高时，可以通过调节温度和速度共同来调节压力，利用两者的共同作用产生负反馈，间接地对差压进行控制，减少元器件的使用。

简易键盘及LCD显示电路，采用了三个独立按键S1、S2及S3组成简易键盘。S1为数据选择按键，S2和S3分别控制数据的加减。按下S1时，对三个测量数据进行选择，选定之后按S2或S3进行数据范围设置。液晶屏上实时显示出系统的温度、流速和压强的大小。

软件系统设计：使用C51语言进行程序设计，程序设计为模块化设计，这样的结构调试比较方便。