一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)及其控制方法，包括采集單元、直流電解電源和監(jiān)控單元，直流電解電源為電解槽的電解反應(yīng)提供能源，采集電解反應(yīng)的溫度和直流電解電源的輸出電流和電壓；監(jiān)控單元根據(jù)采集到的溫度、電壓和電流，判斷電解反應(yīng)的進(jìn)程，確定直流電解電源的輸出正負(fù)極換向的時間并自動換向輸出，調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電壓和電流，以維持電解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明不需現(xiàn)場工作人員再時刻觀察反應(yīng)液溫度進(jìn)行人工操作，大大解放了勞動力，同時降低了電解反應(yīng)的周期，提高了反應(yīng)物產(chǎn)量。
【專利說明】
-種提取顧香酬的直流電源系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在國家藥典中，廳香酬作為中成藥的基本配藥，在治療冠屯、病屯、絞痛、血管性頭 痛、坐骨神經(jīng)痛等方面具有良好療效。由于天然廳香十分珍貴，為保護(hù)野生動物，廳香酬已 能人工合成，其藥理作用與天然廳香酬相似。
[0003] 我國能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)合成廳香酬的企業(yè)不多，人工合成廳香酬的第一步就是 配料進(jìn)行電解反應(yīng)，反應(yīng)的過程控制決定了生成物的品質(zhì)，也最終影響了廳香酬的產(chǎn)量。影 響電解反應(yīng)的主要因素有反應(yīng)過程中的溫度，電極兩端的電壓和電流。整個反應(yīng)過程中要 求電解液溫度盡量保持恒定，在不同的反應(yīng)時期還要求不同的電解電壓和電流。反應(yīng)后期， 由于電解質(zhì)的減少W及電極附著物的增加，導(dǎo)致電解反應(yīng)難W維持。運(yùn)時要求電極的極性 互換，電極附著物自動脫落，電解電流增加，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。通過反應(yīng)后期頻繁的切換電極 極性，可充分電解反應(yīng)物，提高電解生成物的產(chǎn)量。
[0004] 由于需求量不大，且功能要求復(fù)雜，與電解反應(yīng)配套的直流電解電源很少有人設(shè) 及。早期的配套直流電源設(shè)計簡單，功能單一，無溫度采樣，需要現(xiàn)場工作人員不斷地觀察 電解槽內(nèi)的溫度計溫度，再手動調(diào)節(jié)直流電源的輸出電壓和電流，才能確保電解反應(yīng)的順 利進(jìn)行。即便運(yùn)樣，由于不能實時的跟蹤調(diào)節(jié)，導(dǎo)致反應(yīng)液的溫度波動較大，反應(yīng)后期電極 換向不及時，電解生成物產(chǎn)量低，同時延長了整個反應(yīng)周期，消耗了大量的人力物力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)及其控制方 法，本發(fā)明可W實時跟蹤電解反應(yīng)所需控制參數(shù)的變化，依據(jù)電解反應(yīng)進(jìn)程要求自動調(diào)節(jié) 直流電解電源的輸出及換向，維持電解液的溫度恒定，解決現(xiàn)有配套直流電源智能化程度 低，電解反應(yīng)不充分，耗時耗力等技術(shù)問題。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)，包括采集單元、直流電解電源和監(jiān)控單元，直流 電解電源為電解槽的電解反應(yīng)提供能源，其中：
[000引所述采集單元包括溫度采集模塊和電壓、電流采集模塊，所述溫度采集模塊采集 電解槽內(nèi)電解反應(yīng)的溫度，所述電壓、電流采集模塊采集直流電解電源的輸出電流和電壓；
[0009] 所述監(jiān)控單元根據(jù)采集到的溫度、電壓和電流，判斷電解反應(yīng)的進(jìn)程，確定直流電 解電源的輸出正負(fù)極換向的時間并自動換向輸出，調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電壓和電流， W維持電解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。
[0010] 所述電壓、電流采集模塊同步采集直流電解電源的輸出電壓和輸出電流，同步采 集信息是判斷電解反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，不同時刻的同步信息進(jìn)行對比，能夠反映出電解 反應(yīng)的速度和電解液的狀態(tài)，同時為研究提取廳香酬所需配方的電解反應(yīng)提供了實時、準(zhǔn) 確的實驗數(shù)據(jù)。
[0011] 所述直流電解電源，包括整流模塊、逆變整流模塊和輸出換向組件，其中，所述整 流模塊將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，所述逆變整流模塊，將直流電轉(zhuǎn)換為電解反應(yīng)所需的可變 直流電壓和電流，同時提供輸出電壓和輸出電流的采集點，所述輸出換向組件連接逆變整 流模塊，實現(xiàn)輸出直流換向。
[0012] 所述監(jiān)控單元包括顯示模塊，顯示電解液反應(yīng)溫度，電源輸出電壓、電流W及電源 輸出極性方向、電源運(yùn)行狀態(tài)和電源控制方式。
[0013] 所述監(jiān)控單元包括控制模塊，具有電源自動和手動控制兩種切換模式。自動模式 下自動控制直流電源輸出，維持電解液的反應(yīng)溫度，并判斷換向時刻自動換向輸出；手動模 式下需人為調(diào)節(jié)直流電源輸出W及輸出換向，主要用于電解室內(nèi)現(xiàn)場實驗人員主動干預(yù)電 解反應(yīng)進(jìn)程，進(jìn)行配方更換等研究實驗，同時緊急狀況下可手動停機(jī)。所述控制模塊，在手 動控制狀態(tài)下可調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電壓和電流，W及控制直流電源的啟停和輸出換 向。
[0014] 所述控制模塊對直流電解電源進(jìn)行遙信、遙調(diào)和遙控。
[0015] -種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)的控制方法，包括W下步驟：
[0016] (1)獲取電解液溫度和直流電解電源的輸出電壓、電流；
[0017] (2)根據(jù)電解液的溫度、變化率和直流電解電源的輸出電壓、電流的有效值，判斷 電解反應(yīng)進(jìn)程狀況；
[001引（3)采用模糊控制加PID的控制策略調(diào)節(jié)逆變整流模塊的Pmi脈寬占空比，調(diào)節(jié)電 解電源輸出電壓或電流，將反應(yīng)液溫度維持在設(shè)定值，反應(yīng)后期，當(dāng)直流電解電源滿額輸出 仍不能滿足電解液溫度恒定的要求時，判斷是否滿足換向時間要求，若滿足則進(jìn)行電源輸 出換向操作。
[0019] 所述步驟(2)中，反應(yīng)初期，電解液溫度較低，但電解反應(yīng)劇烈，由于反應(yīng)為放熱反 應(yīng)，溫度上升率很高，輸出電壓和電流值接近額定值，約10分鐘當(dāng)電解液溫度接近設(shè)定值 時，控制直流電源的輸出，使其穩(wěn)定在設(shè)定值;反應(yīng)中期，電解液溫度保持恒定，輸出電壓為 額定值的50 %左右，輸出電流為額定值的70 %左右，持續(xù)時間接近8小時;反應(yīng)后期，輸出電 壓接近額定值，但輸出電流僅為額定值的10 %，即電壓滿額輸出仍難W控制溫度在設(shè)定值， 當(dāng)滿足換向條件后直流電源換向輸出，電極附著物自動脫落，電解電流增加，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn) 行，溫度回升，通過頻繁切換輸出電極極性維持反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，約2小時后經(jīng)P訊式紙測定，判 定電解反應(yīng)結(jié)束。
[0020] 所述步驟(3)中，將電解液的實際溫度值和溫度設(shè)定值做差，得到偏差，若偏差在 設(shè)定闊值范圍內(nèi)，采用PID控制逆變整流模塊的PWM脈寬占空比，否則采用模糊控制PWM脈寬 占空比，形成電解液溫度的閉環(huán)控制。
[0021] 運(yùn)種做法既可在升溫階段獲得快速、超調(diào)小的模糊控制的優(yōu)點，又可在恒溫階段 獲得PID控制消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點。在抑制和消除干擾方面，模糊控制和PID控制在各自的 控制區(qū)域內(nèi)都能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
[0022] 所述步驟(3)中，構(gòu)建模糊控制表，根據(jù)溫度的偏差和溫度偏差變化量，結(jié)合模糊 控制表查詢出PWM脈寬占空比的控制量。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：
[0024] (I)本發(fā)明可W實時跟蹤電解反應(yīng)所需控制參數(shù)的變化，通過采用模糊控制加 PID 的控制策略，自動維持反應(yīng)液的溫度恒定，并在電解反應(yīng)后期自動判斷換向的時間進(jìn)行換 向；
[0025] (2)反應(yīng)后期，由于電解質(zhì)的減少W及電極附著物的增加，導(dǎo)致電解反應(yīng)難W維 持。運(yùn)時要求電極的極性互換，電極附著物自動脫落，電解電流增加，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，通過反 應(yīng)后期頻繁地切換電極極性，可充分電解反應(yīng)物，提高電解生成物的產(chǎn)量。
[0026] (3)智能化程度高，不需現(xiàn)場工作人員再時刻觀察反應(yīng)液溫度進(jìn)行人工操作，大大 解放了勞動力，同時降低了電解反應(yīng)的周期，提高了反應(yīng)物產(chǎn)量；
[0027] (4)本發(fā)明具有良好的人機(jī)界面和上位機(jī)通信，增強(qiáng)了現(xiàn)場和監(jiān)控室人員進(jìn)行數(shù) 據(jù)統(tǒng)計與監(jiān)控的能力，為改良廳香酬生產(chǎn)工藝提供了充分的原始數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明實施例的一種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)的示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例的直流電解電源的示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例的直流電解電源的人機(jī)界面圖；
[0031 ]圖4是本發(fā)明實施例的監(jiān)控裝置的人機(jī)界面圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明實施例的一種提取廳香酬的直流電源控制方法的流程圖。
[0033] 圖6是本發(fā)明實施例的電解液溫度自動控制方法的流程圖。
【具體實施方式】：
[0034] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035] 如圖1所示，本實施例提供一種提取廳香酬的直流電源系統(tǒng)，可W包括：
[0036] 采集裝置，用于采集電解槽內(nèi)電解反應(yīng)的溫度，直流電解電源的輸出電壓和電流。
[0037] 作為一種具體實現(xiàn)方式，采集裝置可W具體包括:溫度采集單元，用于采集電解槽 內(nèi)電解反應(yīng)的溫度t;直流電解電源輸出采集單元，用于采集電解電源的輸出電壓Udc和輸 出電流Idc,電壓信號和電流信號均同步采集。
[0038] 直流電解電源，安裝在配電室，用于根據(jù)采集到的溫度、電壓和電流，自動判斷電 解槽內(nèi)電解反應(yīng)的進(jìn)程，確定電源輸出電壓和電流值，必要時為維持電解反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，判 定電源輸出正負(fù)極換向的時間并自動換向輸出。
[0039] 如圖2所示，作為一種具體實現(xiàn)方式，直流電解電源可W具體包括:整流單元、高頻 逆變加整流單元、輸出換向單元=部分組成。
[0040] 所述整流單元，包括輸入斷路器、輸入電抗器、=相整流橋、緩沖裝置組成，采用現(xiàn) 有的=相全橋不控整流，為高頻逆變單元提供所需的直流支撐。
[0041 ]所述高頻逆變加整流單元，包括直流支撐電容、IGBT逆變組件、高頻變壓器、單相 整流橋組件、直流電抗組成，采用現(xiàn)有的電壓型高頻逆變器加單相不控整流組合，提供電解 反應(yīng)所需的可變直流電壓和電流，同時提供輸出電壓Udc和輸出電流Idc的采集點。
[0042]所述輸出換向單元包括兩組輸出接觸器、輸出互鎖單元、輸出母排組成，通過邏輯 控制接觸器線圈實現(xiàn)接觸器分別吸合，KM2吸合時輸出上正下負(fù)，KM3吸合時輸出上負(fù)下正， 完成輸出直流換向功能，換向前暫停PWM開關(guān)信號，確保接觸器零電流切換;通過兩組接觸 器機(jī)械互鎖和軟件控制互鎖，確保直流換向安全進(jìn)行。
[0043] 如圖3所示，為直流電解電源的人機(jī)界面圖，顯示當(dāng)前輸入側(cè)、輸出側(cè)的狀態(tài)參量， 電源運(yùn)行的狀態(tài)參量，可進(jìn)行啟動、停止、換向、復(fù)位、消音等操作，可查詢電源的狀態(tài)信息、 歷史記錄、參數(shù)設(shè)置等。
[0044] 監(jiān)控裝置，安裝在電解室，用于根據(jù)采集到的溫度、電壓和電流監(jiān)控電解反應(yīng)，可 進(jìn)行自動/手動控制切換，手動控制狀態(tài)下可在電解室內(nèi)手動調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電 壓和電流，W及控制直流電源的啟停和輸出換向。
[0045] 作為一種具體實現(xiàn)方式，監(jiān)控裝置可W具體包括：顯示單元、操控單元二部分組 成。
[0046] 如圖4所示，所述顯示單元可顯示電解液反應(yīng)溫度，電源輸出電壓、電流，電源輸出 極性方向，電源運(yùn)行狀態(tài)，電源運(yùn)行方式等。
[0047] 所述操控單元可進(jìn)行電源自動/手動控制切換，在手動控制狀態(tài)下可調(diào)節(jié)直流電 解電源的輸出電壓和電流，W及控制直流電源的啟停和輸出換向。
[0048] 如圖5所示，本實施例提供一種提取廳香酬的直流電源控制算法，可W包括如下步 驟：
[0049] 獲取電解液溫度和直流電解電源的輸出電壓、電流；
[0050] 根據(jù)反應(yīng)液溫度的實測值和變化率，W及輸出電壓、電流的有效值，判斷電解反應(yīng) 進(jìn)程狀況，采用模糊控制加PID的控制策略自動控制電解電源輸出電壓或電流，將反應(yīng)液溫 度維持在設(shè)定值;在電解反應(yīng)后期，當(dāng)電解電源滿額輸出仍不能滿足電解液溫度恒定的要 求時，判斷是否滿足換向時間要求，若滿足則進(jìn)行電源輸出換向操作。
[0051] 如圖6所示，電解液溫度自動控制采用模糊控制加PID的控制策略，將電解液實測 溫度P(t)與溫度設(shè)定值r(t)相減，得到偏差e(t)，eo為偏差的闊值。當(dāng)偏差e在|e|>eo時，采 用模糊控制P麗脈寬占空比；當(dāng)偏差e在I e I《60時，采用PID控制P歷脈寬占空比。經(jīng)過逆變 器和整流器得到控溫所需的輸出電壓或電流，經(jīng)輸出接觸器輸送到電解槽，再經(jīng)溫度采集 單元將實時溫度送與比較器，形成閉環(huán)控制。電解液溫度自動控制采用模糊控制加PID的控 制策略，既可在升溫階段獲得快速、超調(diào)小的模糊控制的優(yōu)點，又可在恒溫階段獲得PID控 制消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點。在抑制和消除干擾方面，模糊控制和PID控制在各自的控制區(qū)域內(nèi) 都能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
[0052] 模糊控制中，將實測的溫度值p(t)與溫度設(shè)定值r(t)相減得到溫度的偏差e(t)， 將本次實測的溫度值p(t)與前次實測的溫度值p(t V相減得到溫度的偏差變化量A e(t)。 根據(jù)溫度的偏差e(t)和溫度的偏差變化量A e(t)，由模糊控制表查出PWM脈寬占空比控制 量U(t)。
[0053] 模糊控制表見表1，I e I和I A e I數(shù)值越大，表明差值越大；I U I數(shù)值越大，表明輸出 力度越大，具體的數(shù)值由模糊控制程序?qū)崿F(xiàn)。
[0化4] 表1:
[0化5]
[0056]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:包括采集單元、直流電解電源和監(jiān)控單 元，直流電解電源為電解槽的電解反應(yīng)提供能源，其中： 所述采集單元包括溫度采集模塊和電壓、電流采集模塊，所述溫度采集模塊采集電解 槽內(nèi)電解反應(yīng)的溫度，所述電壓、電流采集模塊采集直流電解電源的輸出電流和電壓； 所述監(jiān)控單元根據(jù)采集到的溫度、電壓和電流，判斷電解反應(yīng)的進(jìn)程，確定直流電解電 源的輸出正負(fù)極換向的時間并自動換向輸出，調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電壓和電流，以維 持電解反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。2. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:所述電壓、電流采 集模塊同步采集直流電解電源的輸出電壓和輸出電流。3. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是：所述直流電解電 源，包括整流模塊、逆變整流模塊和輸出換向組件，其中，所述整流模塊將交流電轉(zhuǎn)換為直 流電，所述逆變整流模塊，將直流電轉(zhuǎn)換為電解反應(yīng)所需的可變直流電壓和電流，同時提供 輸出電壓和輸出電流的采集點，所述輸出換向組件連接逆變整流模塊，實現(xiàn)輸出直流換向。4. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:所述監(jiān)控單元包括 顯示模塊，顯示電解液反應(yīng)溫度，電源輸出電壓、電流以及電源輸出極性方向、電源運(yùn)行狀 態(tài)和電源控制方式。5. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:所述監(jiān)控單元包括 控制模塊，具有電源自動和手動控制兩種切換模式。6. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:所述控制模塊，在 手動控制狀態(tài)下可調(diào)節(jié)直流電解電源的輸出電壓和電流，以及控制直流電源的啟停和輸出 換向。7. 如權(quán)利要求1所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)，其特征是:所述控制模塊對直 流電解電源進(jìn)行遙信、遙調(diào)和遙控。8. -種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)的控制方法，其特征是:包括以下步驟： (1) 獲取電解液溫度和直流電解電源的輸出電壓、電流； (2) 根據(jù)電解液的溫度、變化率和直流電解電源的輸出電壓、電流的有效值，判斷電解 反應(yīng)進(jìn)程狀況； (3) 采用模糊控制加 PID的控制策略調(diào)節(jié)逆變整流模塊的PWM脈寬占空比，調(diào)節(jié)電解電 源輸出電壓或電流，將反應(yīng)液溫度維持在設(shè)定值，當(dāng)直流電解電源滿額輸出仍不能滿足電 解液溫度恒定的要求時，判斷是否滿足換向時間要求，若滿足則進(jìn)行電源輸出換向操作。9. 如權(quán)利要求8所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)的控制方法，其特征是:一種提 取麝香酮的直流電源系統(tǒng)的控制方法，其特征是:所述步驟(3)中，將電解液的實際溫度值 和溫度設(shè)定值做差，得到偏差，若偏差在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，采用PID控制逆變整流模塊的PWM 脈寬占空比，否則采用模糊控制PWM脈寬占空比，形成電解液溫度的閉環(huán)控制。10. 如權(quán)利要求8所述的一種提取麝香酮的直流電源系統(tǒng)的控制方法，其特征是:所述 步驟(3)中，構(gòu)建模糊控制表，根據(jù)溫度的偏差和溫度偏差變化量，結(jié)合模糊控制表查詢出 PWM脈寬占空比的控制量。
【文檔編號】H02M3/335GK105926005SQ201610429633
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】遲曉莉, 遲恩先
【申請人】遲曉莉, 遲恩先