CN102053640A - 一种回流焊机温度控制系统及温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回流焊机温度控制系统及温度控制方法，其温度控制系统包括可编程控制器和分别对回流焊机多个温区内的温度进行实时检测的多个温度检测单元；可编程控制器与布设在多个温区内的加热机构相接，还包括与可编程控制器相接的光电探头、测速探头和串接在加热机构驱动控制回路中的电磁开关。其温度控制方法包括步骤：一、向可编程控制器输入预设值；二、通过可编程控制器对多个温区的温度进行控制调整：全功率升温过程、恒温过程和过工件功率调节过程。本发明设计合理、操作简单且使用效果好，在解决温度控制滞后的同时，解决了大扰动下温度波动大的难题，具有升温快且无过冲现象、大工件输入情况下温度波动小、节约成本等优点。

Description

一种回流焊机温度控制系统及温度控制方法

技术领域

本发明属于回流焊机温度控制系统技术领域，尤其是涉及一种回流焊机温度控制系统及温度控制方法。

背景技术

传统的温度控制方法，大多是利用电热偶线随温度变化而改变的电信号作为控制信号，对电加热元件作定点的开关控制。在温度控制期间，当被加热区域温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热，但由于能量由电热元件热传递到被加热区域需要一个过程，该过程所需的时间与电热元件和被加热器件之间的介质等有关，因此，当加热信号停止时电热元件的内部温度会高于设定温度，将继续对被加热区域进行加热，使被加热区域的温度比设定温度高；当被加热区域温度下降到设定温度时，温度控制器发出加热信号，但加热元件与被加热器件达到热平衡需一定时间，因此，被加热区域的温度会继续下降。所以，传统的开关控制温度会产生这种惯性温度误差。

目前，隧道炉和回流焊机都是采用PID温度控制方式进行温度控制调整的，该温度控制方式是根据热电偶采集的测量信号与设定值的偏差进行比例(Pvar)、积分(Ivar)和微分(Dvar)运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到设定值，达到自动控制的效果。但实际操作时，PID温度控制方式不可避免会产生滞后现象，而且难以满足大扰动下快速响应形成最小程度的过冲和下冲的需求。综上，对于隧道炉和回流焊机输入大工件情况时，上述PID温度控制方法存在温度控制滞后、难以满足大扰动下快速响应形成最小程度的过冲和下冲的需求等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计合理、安装布设方便、成本低且智能化程度高的回流焊机温度控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：包括可编程控制器和分别对回流焊机多个温区内的温度进行实时检测的多个温度检测单元，所述温度检测单元接可编程控制器；所述可编程控制器分别与布设在所述回流焊机多个温区内的加热机构相接；所述回流焊机的前后端部分别设置有用于检测判断是否有被焊接工件输入或输出的光电探头，且所述回流焊机内部的工件行走通道上设置有对其行走速度进行实时检测的测速探头，光电探头和测速探头均接可编程控制器；所述加热机构为热风循环机构且所述热风循环机构包括加热风机、电加热器和与电加热器相接的电动机，电动机与电加热器间的驱动控制回路中串接有对电加热器的加热功率进行控制调整的电磁开关，所述电磁开关的导通角由可编程控制器进行控制且所述电磁开关与可编程控制器相接。

所述温度检测单元为热电偶测温探头。

所述工件行走通道为带动被焊接工件按预定轨道运动的运输链条。

所述电磁开关为固态继电器。

还包括与可编程控制器相接的计算机。

同时，本发明还提供了一种控制调整步骤简单、实现方便且温度控制效果好的回流焊机温度控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、向可编程控制器分别输入回流焊机多个温区的新设定目标温度T_设、温度差值ΔT、全加热功率P₀、恒温加热功率P₁和过工件调整加热功率P₂；

步骤二、通过可编程控制器自动对所述多个温区的温度进行控制调整，且温度控制调整过程中，所述温度检测单元实时对各温区的实际温度进行检测并将所检测信号同步传送至可编程控制器，其控制调整过程如下：

201、全功率升温过程：通过可编程控制器对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器的加热功率调整为最大功率即全加热功率P₀，所述多个温区内的电加热器同时启动且均以全加热功率P₀对各温区进行加热；

202、恒温过程：将所述多个温区的实际温度T_实逐渐上升至与T_设相差ΔT时，通过可编程控制器对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器的加热功率调整为恒温加热功率P₁，并将电加热器的加热功率保持为P₁，此过程中整个温区内呈热平衡状态；其中P₁与T_设温度条件下各温区热平衡状态所需的加热功率相同，并且P₁、ΔT与T_设三者一一对应；

203、过工件功率调节过程：将被焊接工件放置于工件行走通道上，且被焊接工件通过所述工件行走通道输入回流焊机内部时，可编程控制器通过光电探头所检测的被焊接工件是否进入回流焊机、各温区宽度和测速探头所检测被焊接工件的运动速率即可分析得出被焊接工件输入及输出各温区的时间，当被焊接工件回流焊机中的一温区时，通过可编程控制器对电磁开关的导通角进行控制调整，将本温区内电加热器的加热功率调整为过工件调整加热功率P₂；当被焊接工件从本温区内输出时，通过可编程控制器对电磁开关的导通角进行控制调整，返回步骤二，将本温区内电加热器的加热功率调整为P₁；如此不断重复，直至被焊接工件连续通过所述回流焊机中的多个温区；其中 $P_2=P_1+\frac{\mathrm{cmv}(T_b-T_a)}{l},$ 式中l、m、c和v分别为被焊接工件的长度、质量、比热容和流经温区的运行速率，T_a和T_b分别为被焊接工件在进入温区前和输出温区后的温度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所用温度控制系统结构简单、设计合理，各组件布设安装方便且电路部分接线简单，成本低。

2、升温快，且无过冲现象：由于本发明在升温过程中加热器件以全部功率加热，仅在接近设定温度时降低加热功率，所以升温迅速，可节约时间成本。同时，由于接近设定温度时加热功率的值与该设定温度热平衡状态所需的加热功率相等，从而避免了过冲现象。

3、大工件输入情况下，温度波动小：由于本发明采用预测热能损失并进行补偿的办法，工件吸收的能量与温区补偿的能量相同，从而保证温区温度波动小。

4、节约成本：由于温度过冲程度小，所以热能损失降低。

5、适用范围广，可广泛应用于隧道炉和回流焊机。

综上所述，本发明设计合理、安装布设及接线方便、操作简单且使用效果好，在解决温度控制滞后的同时，解决了大工件输入等大扰动下温度波动大的难题，具有升温快且无过冲现象，大工件输入情况下温度波动小、节约成本等优点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所述温度控制系统的布设位置结构示意图。

图2为本发明所述温度控制系统的电路原路框图。

图3为本发明对回流焊机进行温度控制的方法流程图。

附图标记说明：

1-热电偶测温探头；  2-固态继电器； 3-光电探头；

4-测速探头；        7-电加热器；   8-加热风机；

9-可编程控制器；    10-电动机；    11-PCB板；

12-运输链条；       13-计算机。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明所述的回流焊机温度控制系统，包括可编程控制器9和分别对回流焊机多个温区内的温度进行实时检测的多个温度检测单元，所述温度检测单元接可编程控制器9。所述可编程控制器9分别与布设在所述回流焊机多个温区内的加热机构相接。所述回流焊机的前后端部分别设置有用于检测判断是否有被焊接工件输入或输出的光电探头3，且所述回流焊机内部的工件行走通道上设置有对其行走速度进行实时检测的测速探头4，光电探头3和测速探头4均接可编程控制器9。所述加热机构为热风循环机构且所述热风循环机构包括加热风机8、电加热器7和与电加热器7相接的电动机10。所述电动机10与电加热器7间的驱动控制回路中串接有对电加热器7的加热功率进行控制调整的电磁开关，所述电磁开关的导通角由可编程控制器9进行控制且所述电磁开关与可编程控制器9相接。

本实施例中，所述温度检测单元为热电偶测温探头1，所述工件行走通道为带动被焊接工件按预定轨道运动的运输链条12。所述电磁开关为固态继电器2。同时，本发明还包括与可编程控制器9相接的计算机13。所述被焊接工件为PCB板11。

如图3所示，本发明所述的回流焊机温度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、向可编程控制器9分别输入回流焊机多个温区的新设定目标温度T_设、温度差值ΔT、全加热功率P₀、恒温加热功率P₁和过工件调整加热功率P₂。

步骤二、通过可编程控制器9自动对所述多个温区的温度进行控制调整，且温度控制调整过程中，所述温度检测单元实时对各温区的实际温度进行检测并将所检测信号同步传送至可编程控制器9，其控制调整过程如下：

201、全功率升温过程：通过可编程控制器9对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器7的加热功率调整为最大功率即全加热功率P₀，所述多个温区内的电加热器7同时启动且均以全加热功率P₀对各温区进行加热；

202、恒温过程：将所述多个温区的实际温度T_实逐渐上升至与T_设相差ΔT时，通过可编程控制器9对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器7的加热功率调整为恒温加热功率P₁，并将电加热器7的加热功率保持为P₁，此过程中整个温区内呈热平衡状态；其中P₁与T_设温度条件下各温区热平衡状态所需的加热功率相同，并且P₁、ΔT与T_设三者一一对应；

203、过工件功率调节过程：将被焊接工件放置于工件行走通道上，且被焊接工件通过所述工件行走通道输入回流焊机内部时，可编程控制器9通过光电探头3所检测的被焊接工件是否进入回流焊机、各温区宽度和测速探头4所检测被焊接工件的运动速率即可分析得出被焊接工件输入及输出各温区的时间，当被焊接工件回流焊机中的一温区时，通过可编程控制器9对电磁开关的导通角进行控制调整，将本温区内电加热器7的加热功率调整为过工件调整加热功率P₂；当被焊接工件从本温区内输出时，通过可编程控制器9对电磁开关的导通角进行控制调整，返回步骤二，将本温区内电加热器7的加热功率调整为P₁；如此不断重复，直至被焊接工件连续通过所述回流焊机中的多个温区；其中 $P_2=P_1+\frac{\mathrm{cmv}(T_b-T_a)}{l},$ 式中l、m、c和v分别为被焊接工件的长度、质量、比热容和流经温区的运行速率，T_a和T_b分别为被焊接工件在进入温区前和输出温区后的温度。

综上，实际使用过程中，可编程控制器9通过输出移相控制信号有效地对固态继电器2的导通角进行控制，进而对电加热器7的加热功率进行控制调整，使回流焊机的各温区均保持设定温度T_设。具体而言，首先，进行全功率升温过程：通过电加热器7以P₀的加热功率对回流焊机内的多个温区进行加热；当各温区的T_实与T_设相差ΔT时，通过可编程控制器9将电加热器7的加热功率调整为P₁(即进行继电器控制降低加热功率)，之后便保持加热功率P₁不变，整个温区呈热平衡状态，即恒温过程；当被焊接工件进入回流焊机的温区时，进入继电器控制升高加热功率过程，将该温区内电加热器7的加热功率调整为P₂，进入过工件功率调节过程；当被焊接工件从本温区输出后，将该温区内电加热器7的加热功率调整为P₁，即返回进入恒温过程；当工作时间结束时，关机。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：包括可编程控制器(9)和分别对回流焊机多个温区内的温度进行实时检测的多个温度检测单元，所述温度检测单元接可编程控制器(9)；所述可编程控制器(9)分别与布设在所述回流焊机多个温区内的加热机构相接；所述回流焊机的前后端部分别设置有用于检测判断是否有被焊接工件输入或输出的光电探头(3)，且所述回流焊机内部的工件行走通道上设置有对其行走速度进行实时检测的测速探头(4)，光电探头(3)和测速探头(4)均接可编程控制器(9)；所述加热机构为热风循环机构且所述热风循环机构包括加热风机(8)、电加热器(7)和与电加热器(7)相接的电动机(10)，电动机(10)与电加热器(7)间的驱动控制回路中串接有对电加热器(7)的加热功率进行控制调整的电磁开关，所述电磁开关的导通角由可编程控制器(9)进行控制且所述电磁开关与可编程控制器(9)相接。

2.按照权利要求1所述的一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：所述温度检测单元为热电偶测温探头(1)。

3.按照权利要求1或2所述的一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：所述工件行走通道为带动被焊接工件按预定轨道运动的运输链条(12)。

4.按照权利要求1或2所述的一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：所述电磁开关为固态继电器(2)。

5.按照权利要求1或2所述的一种回流焊机温度控制系统，其特征在于：还包括与可编程控制器(9)相接的计算机(13)。

6.一种利用权利要求1所述的一种回流焊机温度控制系统进行温度控制的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、向可编程控制器(9)分别输入回流焊机多个温区的新设定目标温度T_设、温度差值ΔT、全加热功率P₀、恒温加热功率P₁和过工件调整加热功率P₂；

步骤二、通过可编程控制器(9)自动对所述多个温区的温度进行控制调整，且温度控制调整过程中，所述温度检测单元实时对各温区的实际温度进行检测并将所检测信号同步传送至可编程控制器(9)，其控制调整过程如下：

201、全功率升温过程：通过可编程控制器(9)对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器(7)的加热功率调整为最大功率即全加热功率P₀，所述多个温区内的电加热器(7)同时启动且均以全加热功率P₀对各温区进行加热；

202、恒温过程：将所述多个温区的实际温度T_实逐渐上升至与T_设相差ΔT时，通过可编程控制器(9)对所述电磁开关的导通角进行控制调整且将电加热器(7)的加热功率调整为恒温加热功率P₁，并将电加热器(7)的加热功率保持为P₁，此过程中整个温区内呈热平衡状态；其中P₁与T_设温度条件下各温区热平衡状态所需的加热功率相同，并且P₁、ΔT与T_设三者一一对应；

203、过工件功率调节过程：将被焊接工件放置于工件行走通道上，且被焊接工件通过所述工件行走通道输入回流焊机内部时，可编程控制器(9)通过光电探头(3)所检测的被焊接工件是否进入回流焊机、各温区宽度和测速探头(4)所检测被焊接工件的运动速率即可分析得出被焊接工件输入及输出各温区的时间，当被焊接工件回流焊机中的一温区时，通过可编程控制器(9)对电磁开关的导通角进行控制调整，将本温区内电加热器(7)的加热功率调整为过工件调整加热功率P₂；当被焊接工件从本温区内输出时，通过可编程控制器(9)对电磁开关的导通角进行控制调整，返回步骤二，将本温区内电加热器(7)的加热功率调整为P₁；如此不断重复，直至被焊接工件连续通过所述回流焊机中的多个温区；其中 $P_2=P_1+\frac{\mathrm{cmv}(T_b-T_a)}{l},$ 式中l、m、c和v分别为被焊接工件的长度、质量、比热容和流经温区的运行速率，T_a和T_b分别为被焊接工件在进入温区前和输出温区后的温度。

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