專利名稱：基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)的制作方法
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?；瘜W(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)中用以日后査詢，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、1/0模塊、1/0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?位機(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/0通道并與1/0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)。
所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊采用Office ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作， 其功能是實(shí)現(xiàn)大量采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
所述的數(shù)據(jù)顯示模塊是整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)交換的接口，也是系統(tǒng)界面的最主要組 成部分。通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊的界面，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括化學(xué)反應(yīng)溫度、濃 度等數(shù)據(jù)的波形圖顯示，開關(guān)量的數(shù)字信號(hào)顯示、控制參數(shù)調(diào)節(jié)的交互界面等。 具有放大、縮小等功能，同時(shí)用戶可以選定一路特定的信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)的顯示。
所述的控制模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的控制過(guò)程?？刂颇K從數(shù)據(jù)采集 和數(shù)據(jù)處理和分析模塊獲得需要控制的反應(yīng)參數(shù)，通過(guò)與預(yù)先設(shè)定的期望參數(shù)值 比較，按照預(yù)先設(shè)定的控制算法，輸出相應(yīng)的控制量。例如，如果以化學(xué)反應(yīng)的 溫度作為控制對(duì)象，則以采集到的溫度值作為控制模塊的輸入，與預(yù)先設(shè)定的溫 度值進(jìn)行比較，通過(guò)控制算法的計(jì)算，得出冷卻水閥門的開度作為輸出量，并且 通過(guò)輸出模塊將此輸出量作用于微反應(yīng)器。該控制模塊中的控制算法通過(guò)軟件編 程實(shí)現(xiàn)。
所述的報(bào)警模塊對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢査和判斷。對(duì)于一些有范圍限制 的反應(yīng)參數(shù)，如果采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的范圍，系統(tǒng)界面可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，提 醒操作人員注意。
所述的電子天平通信模塊將化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的電子天平測(cè)量值實(shí)時(shí)上傳至上 位機(jī)，并且在數(shù)據(jù)顯示模塊中顯示。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首次以微反應(yīng)器為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)微反應(yīng)器 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)具有控制精度高、穩(wěn)定性好、安全性高、功能強(qiáng)大、
操作簡(jiǎn)單直觀等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明控制系統(tǒng)對(duì)溫度的控制精度可以達(dá)到o. rc，響應(yīng)
時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)。本發(fā)明系統(tǒng)預(yù)留了8路數(shù)字輸入信號(hào)，8路數(shù)字輸出信號(hào)，16
6路模擬輸入信號(hào)，20路溫度模擬輸入信號(hào)，8路模擬輸出信號(hào)，對(duì)于不同的化學(xué) 反應(yīng)具有很強(qiáng)的通用性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例LabVIEW程序模塊框圖
圖2是本發(fā)明實(shí)施例硬件框圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括數(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)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)用査看；數(shù)據(jù)顯示模塊使用波形、數(shù)字等多種方式對(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；控制模塊根據(jù)對(duì)控制目標(biāo) 數(shù)據(jù)的分析，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)警模塊負(fù) 責(zé)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果超出設(shè)定范圍則提示報(bào)警；電子天平通信模塊負(fù)責(zé) 獲取電子天平的測(cè)量值，并在數(shù)據(jù)顯示模塊中顯示。
本實(shí)施例上述模塊中涉及的軟件程序可以在LabVIEW編程平臺(tái)上完成。 所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括總線端子模塊、1/0模塊、1/0軟件接口。其中， 總線端子采用Beckhoff公司出產(chǎn)的產(chǎn)品，I/O軟件接口采用TwinCAT軟件。由 信號(hào)輸入輸出模塊從微反應(yīng)器中獲取4-20mA和0-iOV的標(biāo)準(zhǔn)化電流電壓數(shù)據(jù)， 由總線端子模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼therCAT以太網(wǎng)，最后在上位機(jī)由TwinCAT I/O 軟件接口接收數(shù)據(jù)，并傳遞給數(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、相關(guān)閥門開度等物理量。
所述的數(shù)據(jù)處理和分析模塊實(shí)現(xiàn)程序初始化過(guò)程、TwinCAT I/O軟件接口通 信、信號(hào)量的量程轉(zhuǎn)換等過(guò)程。整個(gè)系統(tǒng)所有的輸入輸出數(shù)據(jù)均通過(guò)本數(shù)據(jù)處理
7和分析模塊進(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 化過(guò)程包括對(duì)所有變量的初始化，讀取配置文件，讀取輸入輸出通道名，打開 1/0通道并與TwinCAT 1/0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TwinCATI/0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)1/0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。在LabVIEW中，可以使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) (DLL)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與TwinCAT軟件的通信。在TwinCAT軟件中，Beckhoff公司提 供了名為TcAdsDll的dll文件，在LabVIEW程序中調(diào)用這個(gè)dll文件即可實(shí)現(xiàn) LabVIEW與TwinCAT之間的通信。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)。在程序初始化時(shí)，從配置文件讀取 之前設(shè)定的量程轉(zhuǎn)換的最大和最小設(shè)定值，再通過(guò)如下公式進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換 讀取值x量程最大值-量程最小值+難最小值
模擬量實(shí)際值= 32767 溫度量實(shí)際值=讀取值+10 +量程最小值
所述的控制模塊從數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和分析模塊獲得需要控制的反應(yīng) 參數(shù)，通過(guò)與預(yù)先設(shè)定的期望參數(shù)值比較，按照預(yù)先設(shè)定的控制算法，輸出相應(yīng) 的控制量。(例如，如果以化學(xué)反應(yīng)的溫度作為控制對(duì)象，則以采集到的溫度值 作為控制模塊的輸入，與預(yù)先設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，通過(guò)控制算法的計(jì)算，得 出冷卻水閥門的開度作為輸出量，并且通過(guò)輸出模塊將此輸出量作用于微反應(yīng) 器。)控制算法采用傳統(tǒng)的PID控制，對(duì)于不同的反應(yīng)對(duì)象過(guò)程采取不同的PID 參數(shù)，這需要事先離線計(jì)算。
所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊采用Office ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)LabSQL工具包在 LabVIEW中編寫數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句，對(duì)ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫等操作，從而實(shí)現(xiàn) 大量采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
所述的數(shù)據(jù)顯示模塊是整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)交換的接口，也是系統(tǒng)界面的最主要組 成部分。通過(guò)LabVIEW程序界面，實(shí)時(shí)顯示相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括化學(xué)反應(yīng)溫度、 濃度等數(shù)據(jù)的波形圖顯示，開關(guān)量的數(shù)字信號(hào)顯示、控制參數(shù)調(diào)節(jié)的交互界面等。 具有放大、縮小等功能，用戶可以選定一路特定的信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)的顯示。同時(shí)也 是用戶對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行手動(dòng)控制的交互界面。所述的報(bào)警模塊對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢査和判斷。對(duì)于一些有范圍限制 的反應(yīng)參數(shù)，如果采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的范圍，系統(tǒng)界面可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，提 醒操作人員注意。
所述的電子天平通信模塊采用RS-232C即串口協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，將化 學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的電子天平測(cè)量值實(shí)時(shí)上傳至上位機(jī)，并且通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊在程序 主界面中顯示。
如圖2所示，本實(shí)施例應(yīng)用時(shí)涉及的硬件包含微反應(yīng)器、現(xiàn)場(chǎng)總線端子和I/O 模塊、以及上位機(jī)。1/0模塊將采集到的微反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng) 總線端子模塊傳輸?shù)紼therCAT以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)被工作站上的TwinCAT I/O軟件接 口接收，隨后上傳到UbVIEW程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析和存儲(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)總線端子 采用Beckhoff公司提供的EkllOO總線耦合器，用于將EtherCAT以太網(wǎng)與 EtherCAT端子(ELxxxx)相連。考慮到未來(lái)可能會(huì)連接一些PROFIBUS總線協(xié)議 的從站，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)中加入了 PROFIBUS主站端子EL6731，在之后連接的是 PROFIBUS-DP 〃緊湊型〃 總線耦合器BK3150,這樣，從PROFIBUS到EtherCAT協(xié) 議的轉(zhuǎn)換工作已經(jīng)在PROFIBUS主站端子中完成了。
選用的信號(hào)輸入輸出模塊包括:KL1418 8通道數(shù)字量輸入端子1個(gè)，KL2404 4通道數(shù)字量輸出端子2個(gè)，KL3204 4通道模擬量(溫度)輸入端子5個(gè)，KL3458 8通道模擬量輸入端子2個(gè)，KL4428 8通道模擬量輸出端子1個(gè)。
選用的上位機(jī)是一般的PC機(jī)，安裝TwinCAT和LabVIEW軟件。
本實(shí)施例完成了對(duì)微反應(yīng)器的控制。相對(duì)于其他同類別控制系統(tǒng)，本實(shí)施例 通過(guò)擴(kuò)展I/0端子，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的靈活性和通用性，即對(duì)于不同的化學(xué)反應(yīng) 過(guò)程都可以使用本實(shí)例系統(tǒng)進(jìn)行控制，只需要在具體實(shí)施時(shí)連接和配置不同的輸 入輸出端子即可。除此之外，本實(shí)施例綜合考慮了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程所需要監(jiān)測(cè)的各 種物理量的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程全方位的監(jiān)測(cè)，控制算法簡(jiǎn)單易用， 但卻具有很高的精確度和穩(wěn)定性，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的溫度控制，控制精度可以達(dá)到 o. rc，對(duì)于保溫過(guò)程的脈沖擾動(dòng)，控制系統(tǒng)也表現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征在于包括數(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，以調(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)字指示控件方式對(duì)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行界面顯示；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)，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)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，或者提示報(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，通過(guò)串口通信將測(cè)量值上傳到PC機(jī)，并在程序界面上顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括總線端子模塊、1/0模塊、1/0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?位機(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。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的數(shù)據(jù)處理和分析模塊實(shí)現(xiàn)程序初始化、建立1/0軟件接口與主程序通 信、信號(hào)量的量程轉(zhuǎn)換，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1/0通道并與I/O軟件接口建立連接，以順利地運(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，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；信號(hào)量的量程轉(zhuǎn)換實(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)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊采用Office ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作， 實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的數(shù)據(jù)顯示模塊是整個(gè)系統(tǒng)人機(jī)交換的接口 ，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示模塊的界面， 實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括化學(xué)反應(yīng)溫度、濃度數(shù)據(jù)的波形圖顯示，開關(guān)量的數(shù)字 信號(hào)顯示、控制參數(shù)調(diào)節(jié)的交互界面，具有放大、縮小功能，同時(shí)用戶能選定一 路信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)的顯示。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的控制過(guò)程，控制模塊從數(shù)據(jù)采集和數(shù) 據(jù)處理和分析模塊獲得需要控制的反應(yīng)參數(shù)，通過(guò)與預(yù)先設(shè)定的期望參數(shù)值比 較，按照預(yù)先設(shè)定的控制算法，輸出相應(yīng)的控制量，該控制模塊中的控制算法通 過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，其特征 是，所述的報(bào)警模塊對(duì)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢査和判斷，對(duì)于有范圍限制的反 應(yīng)參數(shù)，如果采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的范圍，系統(tǒng)界面可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微化工技術(shù)的基于虛擬儀器技術(shù)的微反應(yīng)器控制系統(tǒng)，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)處理和分析模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和量程轉(zhuǎn)換處理，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判斷；數(shù)據(jù)顯示模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行界面顯示；控制模塊自動(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)警模塊負(fù)責(zé)提示報(bào)警。本發(fā)明控制系統(tǒng)具有控制精度高、穩(wěn)定性好、安全性高、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單直觀等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101477343SQ20091004503
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者何黎明, 山 華, 田作華 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)