一種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法
2023-04-26 17:30:06 4
一種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法
【專利摘要】一種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法，其包括以下步驟：設置多個加熱模塊，所述每個加熱模塊控制多個加熱瓦，所述每個加熱瓦分別通過一通道進行供電；電壓傳感器分別檢測出三相輸入電源的輸入電壓，加熱模塊循環檢測出每路加熱瓦輸出的最大電流，主機綜合計算出每個加熱瓦當前實際功率；根據每個通道的加熱瓦實際功率，調整加熱瓦脈寬輸出比例，使加熱瓦實時加熱功率達到預設值；周期性檢測出加熱瓦供電電壓，根據電壓變化調整加熱瓦脈寬輸出比，使加熱瓦實時加熱功率達到預設值；周期性檢測出設備所在的環境溫度，根據環境溫度調整加熱瓦脈寬輸出比，使加熱瓦實時加熱功率達到預設值。本發明通過自動檢測每塊加熱瓦功率、供電電壓、環境溫度變化並對其自動進行補償的自動控溫，不需要人工不停調節加熱瓦功率。
【專利說明】—種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及吸塑、注塑、擠塑等塑料成型類生產設備的溫度控制方法，特別是一種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法。
【背景技術】
[0002]多點加熱控溫設備如吸塑、注塑、擠塑等塑料成型類生產設備擁有大量獨立(10-2000加熱控制點)加熱瓦控制溫度的設備系統，加熱控制是這類設備最關鍵最核心的部分，它的穩定性直接影響產品合格率和耗能量，世界上此類(本發明適用於吸塑、注塑、擠塑等塑料成型類設備，以下簡稱多點加熱控溫設備)設備眾多數量的加熱控制基本上採用設定加熱時間脈寬調功法的開環控制(設定溫度的閉環PID控制幹擾無法抑制、成本高不適用，詳情見下面說明)，目前這種方式的控溫穩定性差，分析其原因主要有:
[0003]1)控溫的加熱瓦易老化，外圍接線都會影響加熱瓦實際加熱輸出功率，加熱瓦出廠時1000W，但三個月使用後因老化可能只有700瓦，原來設定的值又要手動改變才能適應加熱瓦老化；
[0004]2)工廠供電電壓隨著用電負荷的變化而變化，按照1000W的阻性負載(約48歐電阻)，電壓每變化2V，加熱瓦功率變化220*220/48-218*218/48 = 18W ；
[0005]3)環境溫度變化，早上和中午環境溫度可能相差20度，0度時按照1000W的負載全部加熱最高能加熱到500度，這樣20度也相當於加熱瓦10W功率；
[0006]以上這些因素變化都會直接影響加熱瓦功率變化，直接影響控溫穩定性，是影響控溫穩定性的主要因素，進而使得此類設備的加熱工藝調整複雜，廢品率大。
[0007]傳統上多點加熱控溫設備大都採用脈寬寬度調功法實現對每塊加熱瓦溫度控制，目前主要有以下兩種控溫方式有:
[0008]1)設定加熱時間百分比控溫
[0009]目前此類設備製造商大都採用調節每塊加熱瓦加熱時間百分比(0-100)大小實現對每塊加熱瓦功率控制，來實現對加熱瓦溫度控制，這種方式投資少，但加熱系統穩定性差、控溫精度低(假如0-100對應加熱溫度0-500度，1個加熱百分比精度是5度)、能耗高，主要原因是加熱瓦易老化、供電電壓和環境溫度變化，都會直接影響加熱溫度穩定性，所以目前此類設備加熱參數要操作工不停調整，致使加熱工藝相當複雜，對操作工素質要求高。
[0010]2)設定溫度通過PID調節器控溫
[0011]給每塊加熱瓦加裝溫度傳感器，通過PID調節達到控溫目的，但這種控制方案大大增加了投資成本，安裝維護更複雜，另外數量眾多的熱電偶檢測很難確保不受到強電幹擾，此類設備熱電偶和加熱瓦強電裝在一起很難將弱電和強電分開，幹擾時常發生使系統變得非常不穩定，故障點大大增多，這種方法目前採用很少。
[0012]恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法在這個背景下誕生
[0013]名詞解釋:脈寬寬度調功法:通過對加熱模塊或PLC編程，把每一脈衝寬度均相等的脈衝列作為PWM波形(如圖1中T0)輸出，本方法是通過改變脈衝的寬度或佔空比產生矩形波輸出到加熱瓦，這樣可以調節加熱瓦輸出功率大小目的，如圖1所示。
[0014]加熱時間百分比:加熱時間百分比是指功率一定時(如600瓦)，由電腦將1秒(或2、3、5、10秒等)倍數時間段(如圖1中T)分成100個等份進行脈寬寬度調功法，通過調節加熱時間通斷比0-100，設置50此時加熱瓦功率是現有功率50%，設置100此時加熱瓦功率是現有功率100%，一直加熱。此設定值是當前此加熱瓦功率輸出，並隨時通過電腦調節和存儲。加熱時間百分比也稱加熱功率百分比。
[0015]加熱時間千分比:加熱時間千分比是指功率一定時(如600瓦)，由電腦將1秒(或2、3、5、10秒等)倍數時間段(如圖1中T)分成1000個等份進行脈寬寬度調功法，通過調節加熱時間通斷比0-1000，設置500此時加熱瓦功率是現有功率50%，設置1000此時加熱瓦功率是現有功率100%，一直加熱。此設定值是當前此加熱瓦功率輸出，並隨時通過電腦調節和存儲。加熱時間千分比也稱加熱功率千分比。
[0016]加熱模塊:每個模塊有16路可控矽加熱控制通道，每8路共一項電220V電源，最大接1.2千瓦的負載，能自動檢測出每個通道的短路和斷路通過主機報警。接收主機命令加熱模塊通過分時獨立給每個通道通電方法，能在很短時間(4秒)內自動檢測出每個通道輸出的最大電流，通過主機自動計算出每路加熱瓦功率。
【發明內容】
[0017]本發明提供了一種恆功率輸出的加熱瓦的多點自動控溫系統，其包括加熱瓦、力口熱模塊、環境溫度傳感器、電壓傳感器以及主機；
[0018]所述每個加熱模塊控制多路所述加熱瓦通道，並自動檢測每個加熱通道的最大電流、短路、斷路狀態；所述加熱模塊接收所述主機指令通過分時獨立給每個通道通電，檢測出每個通道輸出的最大電流；
[0019]所述電壓傳感器分別檢測出加熱瓦通道的三相輸入電源輸入電壓，通過所述加熱模塊檢測出通過每路加熱瓦的最大電流，所述主機根據各加熱瓦通道的輸入電壓與最大電流計算出每個通道加熱瓦的實際加熱功率；
[0020]所述主機設定所述每個加熱瓦的加熱功率值，並根據檢測到的實際加熱功率調節每塊加熱瓦的加熱脈寬輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對所述加熱瓦實際加熱功率的自動補償；
[0021]所述電壓傳感器周期性的檢測所述各路通道供電電壓值，所述主機根據加熱瓦供電電壓值調節每塊加熱瓦的加熱脈衝輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對供電電壓造成所述加熱瓦實際加熱功率變化的自動補償；
[0022]所述環境溫度傳感器周期性檢測出設備所在的環境溫度，所述主機根據環境溫度控制加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對環境溫度造成所述加熱瓦實際加熱功率變化的自動補償。
[0023]本發明還提供了一種恆功率加熱瓦的多點自動控溫方法，其包括以下步驟:
[0024]檢測出每個加熱瓦通道的最大電流、短路、斷路狀態；通過分時獨立給每個通道通電，檢測出每個通道輸出的最大電流；
[0025]檢測出加熱瓦通道的三相輸入電源輸入電壓，並檢測出通過每路加熱瓦的最大電流，得到每個通道加熱瓦的實際加熱功率；
[0026]設定每個加熱瓦的加熱功率值，根據檢測到的實際加熱功率調節每塊加熱瓦的加熱脈寬輸出，對所述加熱瓦實際加熱功率自動補償使實際加熱功率等於所述主機的設定值；
[0027]周期性的檢測所述各路通道供電電壓值，所述主機根據每個通道的加熱瓦實際加熱功率調整加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦實際加熱功率等於所述主機的設定值；
[0028]周期性檢測出設備所在的環境溫度，所述主機根據環境溫度控制加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦實際加熱功率等於所述主機的設定值。
[0029]本發明具有以下有益效果:
[0030]不管加熱系統的加熱瓦功率、供電電壓、環境溫度如何變化，本發明方法自動檢測每塊加熱瓦實際功率、供電電壓、環境溫度變化並對其自動進行補償的自動控溫，不需要人工不停調節加熱瓦功率，使生產加熱工藝大為簡化；
[0031]本發明方法採用設定功率千分比與現有技術百分比，溫度控制精度提高數倍，投資不變情況下，溫度控制精度大大提高。
[0032]當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1:加熱瓦的脈衝波形圖。
[0034]其中，T0是脈衝寬度或佔空比，T是相鄰脈衝的時間段。
【具體實施方式】
[0035]下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0036]一種恆功率輸出控制加熱的多點自動控溫方法，其包括以下步驟:
[0037]所述加熱模塊接收主機命令通過分時獨立給每個通道通電方法，能在很短時間(4秒)內自動檢測出每個通道輸出的最大電流；
[0038]電壓傳感器分別檢測出三相輸入電源輸入電壓(A、B、C三項)，通過所述加熱模塊檢測出每路加熱輸出的最大電流，由所述主機快速計算出每個通道加熱瓦的當前實際功率；
[0039]所述主機設定每個所述加熱瓦的加熱功率，由於所述加熱瓦易老化等因素額定功率會減少，為了保證加熱瓦的實際功率不影響設定功率，系統根據檢測的實際功率，所述主機自動計算調節每塊加熱瓦的加熱脈寬輸出，對所述加熱瓦實際功率自動補償使加熱功率保持穩定。
[0040]所述電壓傳感器周期性的檢測所述各路通道供電電壓值，所述主機根據每個通道的加熱瓦實際最高功率及時調整加熱瓦脈寬輸出比,使加熱瓦實時加熱功率達到預設值，使電壓變化得到補償；
[0041]所述環境溫度傳感器周期性檢測出設備所在的環境溫度，所述主機根據環境溫度控制所述加熱模塊調整其各個加熱瓦脈寬輸出比例，使加熱瓦實時加熱功率變化值等於環境溫度造成的實時加熱功率的變化值、使溫度變化得到補償。
[0042]下面詳細介紹實施方式
[0043]快速檢測加熱瓦實際最高功率的方式:本發明實施例通過安裝的三個電壓傳感器分別檢測出各個加熱通道的三相輸入電源輸入電壓(A、B、C三項)，通過加熱模塊給每個通道分時循環通電(每個時間段只有一路不同通道通電)，檢測出每路加熱輸出的最大電流，並通過計算控制模塊快速(一般小於5秒)計算出每個通道加熱瓦的當前實際功率和電阻。如加熱瓦的額定功率是1000W，但經過老化或接觸不良後可能實際功率只有800W。
[0044]對加熱瓦實際功率補償方式:由於加熱瓦老化或接觸不良等因素額定功率會減少，為了保證加熱瓦的實際功率不影響設定功率，根據檢測的實際功率，程序自動計算調節每塊加熱瓦的加熱瓦脈寬輸出比例，使加熱功率保持穩定。舉例說明:假設某個控制點加熱瓦額定功率1000瓦，設定功率千分比為700，此時此點實際加熱輸出功率為700W，經過一段時間後加熱瓦老化通過功率檢測額定功率由1000瓦變為800W，此時如果原先設定功率千分比為700不變，此時此點實際加熱輸出功率為0.7*800 = 560W，溫度失控，如果通過本發明發明，將檢測後的實測功率自動計算(700/800)*1000 = 875，系統自動調整該點加熱千分比脈寬輸出為875，這樣就保持原來加熱輸出功率為0.875*800 = 700W不變，溫度保持不變。
[0045]供電電壓補償方式:根據電壓傳感器的定時檢測出供電電壓變化，電壓超出一定範圍(如IV)時，根據每個通道實測功率和電阻，自動調整加熱瓦脈寬輸出比例，使加熱瓦功率與設定值一樣，使加熱瓦溫度穩定可控。舉例說明，假如通過本實施例的功率檢測某個控制點加熱瓦額定功率為1000W，此時供電電壓為220V，計算出該加熱瓦電阻為48.4歐，工作一段時間，電壓檢測為218V，供電電壓下降2V，加熱瓦功率減少220*220/48.4-218*218/48.4 = 1000-981.9 = 18.1W，加熱設定功率千分比為 700，此時要保證此點實際加熱輸出功率為700W，如何補償由於電壓下降帶來的功率損失，通過本發明系統計算(700/981.9) *1000 = 713，系統自動調整該點加熱千分比脈寬輸出為713，這樣就保持原來加熱輸出功率為700W不變，溫度保持不變。
[0046]環境溫度補償方式為:根據溫度傳感器的定時檢測出環境溫度變化，自動調整加熱千分比脈寬輸出，使加熱瓦功率與以前的一樣，使加熱瓦溫度穩定可控。例如可通過實驗得知，0度時按照實際功率1000W的加熱瓦負載全部工作最高能加熱到500度，同樣加熱瓦一半負載500W工作時最高近似能加熱到250度，如果早上和中午環境溫度可能相差20度，這樣20度也近似相當於近似增加10W加熱瓦加熱功率；假如加熱設定功率千分比為700，此時要保證此點實際加熱輸出功率為700W，如何補償由於環境溫度下降20度帶來的加熱功率增加，通過本發明系統計算(700/990)*1000 = 707，系統自動調整該點加熱千分比脈寬輸出為707，這樣就保持原來加熱輸出功率為700W不變，溫度保持不變，由此可見一般情況環境溫度變化影響加熱溫度變化不是很明顯。
[0047]本實施例提供了本發明方法和現在此類設備製造商採用加熱百分比設定功率控制加熱瓦溫度方法相比，溫度控制精度比原來提高數倍，能有效對實際功率、供電電壓等變化自動進行補償，不需要人工不停調節加熱瓦功率，使生產工藝大為簡化，生產工藝更複雜的產品變得輕鬆，這種控溫是對此類設備不能採用設定溫度的閉環PID控制的一個有效補充，這種控溫方式投資少、簡單、可靠、穩定，安裝調試方便。由於加熱瓦在一天或半天內老化的功率幾乎可忽略不計，所以功率檢測不需要實時監測，系統開機時自動檢測一次就正常工作，加熱瓦功率在自動調節時如達不到設定需求的功率會自動提示報警。
[0048]以上公開的本發明優選實施例只是用於幫助闡述本發明。優選實施例並沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬【技術領域】技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部範圍和等效物的限制。
【權利要求】
1.一種恆功率輸出的加熱瓦的多點自動控溫系統，其特徵在於，包括加熱瓦、加熱模塊、環境溫度傳感器、電壓傳感器以及主機； 所述每個加熱模塊控制多路所述加熱瓦通道，並自動檢測每個加熱通道的最大電流、短路、斷路狀態；所述加熱模塊接收所述主機指令通過分時獨立給每個通道通電，檢測出每個通道輸出的最大電流； 所述電壓傳感器分別檢測出加熱瓦通道的三相輸入電源輸入電壓，通過所述加熱模塊檢測出通過每路加熱瓦的最大電流，所述主機根據各加熱瓦通道的輸入電壓與最大電流計算出每個通道加熱瓦的實際加熱功率； 所述主機設定所述每個加熱瓦的加熱功率值，並根據檢測到的實際加熱功率調節每塊加熱瓦的加熱脈寬輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對所述加熱瓦實際加熱功率的自動補償； 所述電壓傳感器周期性的檢測所述各路通道供電電壓值，所述主機根據加熱瓦供電電壓值調節每塊加熱瓦的加熱脈衝輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對供電電壓造成所述加熱瓦實際加熱功率變化的自動補償； 所述環境溫度傳感器周期性檢測出設備所在的環境溫度，所述主機根據環境溫度控制加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦的實際加熱功率等於所述主機的設定值以完成對環境溫度造成所述加熱瓦實際加熱功率變化的自動補償。
2.一種恆功率加熱瓦的多點自動控溫方法，其特徵在於，包括以下步驟: 檢測出每個加熱瓦通道的最大電流、短路、斷路狀態；通過分時獨立給每個通道通電，檢測出每個通道輸出的最大電流； 檢測出加熱瓦通道的三相輸入電源輸入電壓，並檢測出通過每路加熱瓦的最大電流，得到每個通道加熱瓦的實際加熱功率； 設定每個加熱瓦的加熱功率值，根據檢測到的實際加熱功率調節每塊加熱瓦的加熱脈寬輸出，對所述加熱瓦實際加熱功率自動補償使實際加熱功率等於所述主機的設定值；周期性的檢測所述各路通道供電電壓值，所述主機根據每個通道的加熱瓦實際加熱功率調整加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦實際加熱功率等於所述主機的設定值； 周期性檢測出設備所在的環境溫度，所述主機根據環境溫度控制加熱瓦脈寬輸出，使加熱瓦實際加熱功率等於所述主機的設定值。
【文檔編號】G05D23/30GK104391529SQ201410482794
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】孔德奎, 史先桂 申請人:合肥維博自動化科技有限公司