CN104391529A - 一种恒功率输出控制加热的多点自动控温方法 - Google Patents

Abstract

一种恒功率输出控制加热的多点自动控温方法，其包括以下步骤：设置多个加热模块，所述每个加热模块控制多个加热瓦，所述每个加热瓦分别通过一通道进行供电；电压传感器分别检测出三相输入电源的输入电压，加热模块循环检测出每路加热瓦输出的最大电流，主机综合计算出每个加热瓦当前实际功率；根据每个通道的加热瓦实际功率，调整加热瓦脉宽输出比例，使加热瓦实时加热功率达到预设值；周期性检测出加热瓦供电电压，根据电压变化调整加热瓦脉宽输出比，使加热瓦实时加热功率达到预设值；周期性检测出设备所在的环境温度，根据环境温度调整加热瓦脉宽输出比，使加热瓦实时加热功率达到预设值。本发明通过自动检测每块加热瓦功率、供电电压、环境温度变化并对其自动进行补偿的自动控温，不需要人工不停调节加热瓦功率。

Description

一种恒功率输出控制加热的多点自动控温方法

技术领域

本发明涉及吸塑、注塑、挤塑等塑料成型类生产设备的温度控制方法，特别是一种恒功率输出控制加热的多点自动控温方法。 

背景技术

多点加热控温设备如吸塑、注塑、挤塑等塑料成型类生产设备拥有大量独立(10-2000加热控制点)加热瓦控制温度的设备系统，加热控制是这类设备最关键最核心的部分，它的稳定性直接影响产品合格率和耗能量，世界上此类(本发明适用于吸塑、注塑、挤塑等塑料成型类设备，以下简称多点加热控温设备)设备众多数量的加热控制基本上采用设定加热时间脉宽调功法的开环控制(设定温度的闭环PID控制干扰无法抑制、成本高不适用，详情见下面说明)，目前这种方式的控温稳定性差，分析其原因主要有： 

1)控温的加热瓦易老化，外围接线都会影响加热瓦实际加热输出功率，加热瓦出厂时1000W，但三个月使用后因老化可能只有700瓦，原来设定的值又要手动改变才能适应加热瓦老化； 

2)工厂供电电压随着用电负荷的变化而变化，按照1000W的阻性负载(约48欧电阻)，电压每变化2V，加热瓦功率变化220*220/48-218*218/48＝18W； 

3)环境温度变化，早上和中午环境温度可能相差20度，0度时按照1000W的负载全部加热最高能加热到500度，这样20度也相当于加热瓦10W功率； 

以上这些因素变化都会直接影响加热瓦功率变化，直接影响控温稳定性，是影响控温稳定性的主要因素，进而使得此类设备的加热工艺调整复杂，废品率大。 

传统上多点加热控温设备大都采用脉宽宽度调功法实现对每块加热瓦温度控制，目前主要有以下两种控温方式有： 

1)设定加热时间百分比控温 

目前此类设备制造商大都采用调节每块加热瓦加热时间百分比(0-100)大小实现对每块加热瓦功率控制，来实现对加热瓦温度控制，这种方式投资少，但加热系统稳定性差、控温精度低(假如0-100对应加热温度0-500度，1个加热百分比精度是5度)、能耗高，主要原因是加热瓦易老化、供电电压和环境温度变化，都会直接影响加热温度稳定性，所以目前此类设备加热参数要操作工不停调整，致使加热工艺相当复杂，对操作工素质要求高。 

2)设定温度通过PID调节器控温 

给每块加热瓦加装温度传感器，通过PID调节达到控温目的，但这种控制方案大大增加了投资成本，安装维护更复杂，另外数量众多的热电偶检测很难确保不受到强电干扰，此类设备热电偶和加热瓦强电装在一起很难将弱电和强电分开，干扰时常发生使系统变得非常不稳定，故障点大大增多，这种方法目前采用很少。 

恒功率输出控制加热的多点自动控温方法在这个背景下诞生 

名词解释：脉宽宽度调功法：通过对加热模块或PLC编程，把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形(如图1中T0)输出，本方法是通过改变脉冲的宽度或占空比产生矩形波输出到加热瓦，这样 可以调节加热瓦输出功率大小目的，如图1所示。 

加热时间百分比：加热时间百分比是指功率一定时(如600瓦)，由电脑将1秒(或2、3、5、10秒等)倍数时间段(如图1中T)分成100个等份进行脉宽宽度调功法，通过调节加热时间通断比0-100，设置50此时加热瓦功率是现有功率50％，设置100此时加热瓦功率是现有功率100％，一直加热。此设定值是当前此加热瓦功率输出，并随时通过电脑调节和存储。加热时间百分比也称加热功率百分比。 

加热时间千分比：加热时间千分比是指功率一定时(如600瓦)，由电脑将1秒(或2、3、5、10秒等)倍数时间段(如图1中T)分成1000个等份进行脉宽宽度调功法，通过调节加热时间通断比0-1000，设置500此时加热瓦功率是现有功率50％，设置1000此时加热瓦功率是现有功率100％，一直加热。此设定值是当前此加热瓦功率输出，并随时通过电脑调节和存储。加热时间千分比也称加热功率千分比。 

加热模块：每个模块有16路可控硅加热控制通道，每8路共一项电220V电源，最大接1.2千瓦的负载，能自动检测出每个通道的短路和断路通过主机报警。接收主机命令加热模块通过分时独立给每个通道通电方法，能在很短时间(4秒)内自动检测出每个通道输出的最大电流，通过主机自动计算出每路加热瓦功率。 

发明内容

本发明提供了一种恒功率输出的加热瓦的多点自动控温系统，其包括加热瓦、加热模块、环境温度传感器、电压传感器以及主机； 

所述每个加热模块控制多路所述加热瓦通道，并自动检测每个加 热通道的最大电流、短路、断路状态；所述加热模块接收所述主机指令通过分时独立给每个通道通电，检测出每个通道输出的最大电流； 

所述电压传感器分别检测出加热瓦通道的三相输入电源输入电压，通过所述加热模块检测出通过每路加热瓦的最大电流，所述主机根据各加热瓦通道的输入电压与最大电流计算出每个通道加热瓦的实际加热功率； 

所述主机设定所述每个加热瓦的加热功率值，并根据检测到的实际加热功率调节每块加热瓦的加热脉宽输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对所述加热瓦实际加热功率的自动补偿； 

所述电压传感器周期性的检测所述各路通道供电电压值，所述主机根据加热瓦供电电压值调节每块加热瓦的加热脉冲输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对供电电压造成所述加热瓦实际加热功率变化的自动补偿； 

所述环境温度传感器周期性检测出设备所在的环境温度，所述主机根据环境温度控制加热瓦脉宽输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对环境温度造成所述加热瓦实际加热功率变化的自动补偿。 

本发明还提供了一种恒功率加热瓦的多点自动控温方法，其包括以下步骤： 

检测出每个加热瓦通道的最大电流、短路、断路状态；通过分时独立给每个通道通电，检测出每个通道输出的最大电流； 

检测出加热瓦通道的三相输入电源输入电压，并检测出通过每路加热瓦的最大电流，得到每个通道加热瓦的实际加热功率； 

设定每个加热瓦的加热功率值，根据检测到的实际加热功率调节每块加热瓦的加热脉宽输出，对所述加热瓦实际加热功率自动补偿使 实际加热功率等于所述主机的设定值； 

周期性的检测所述各路通道供电电压值，所述主机根据每个通道的加热瓦实际加热功率调整加热瓦脉宽输出，使加热瓦实际加热功率等于所述主机的设定值； 

周期性检测出设备所在的环境温度，所述主机根据环境温度控制加热瓦脉宽输出，使加热瓦实际加热功率等于所述主机的设定值。 

本发明具有以下有益效果： 

不管加热系统的加热瓦功率、供电电压、环境温度如何变化，本发明方法自动检测每块加热瓦实际功率、供电电压、环境温度变化并对其自动进行补偿的自动控温，不需要人工不停调节加热瓦功率，使生产加热工艺大为简化； 

本发明方法采用设定功率千分比与现有技术百分比，温度控制精度提高数倍，投资不变情况下，温度控制精度大大提高。 

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。 

附图说明

图1：加热瓦的脉冲波形图。 

其中，T0是脉冲宽度或占空比，T是相邻脉冲的时间段。 

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 

一种恒功率输出控制加热的多点自动控温方法，其包括以下步骤： 

所述加热模块接收主机命令通过分时独立给每个通道通电方法，能在很短时间(4秒)内自动检测出每个通道输出的最大电流； 

电压传感器分别检测出三相输入电源输入电压(A、B、C三项)，通过所述加热模块检测出每路加热输出的最大电流，由所述主机快速计算出每个通道加热瓦的当前实际功率； 

所述主机设定每个所述加热瓦的加热功率，由于所述加热瓦易老化等因素额定功率会减少，为了保证加热瓦的实际功率不影响设定功率，系统根据检测的实际功率，所述主机自动计算调节每块加热瓦的加热脉宽输出，对所述加热瓦实际功率自动补偿使加热功率保持稳定。 

所述电压传感器周期性的检测所述各路通道供电电压值，所述主机根据每个通道的加热瓦实际最高功率及时调整加热瓦脉宽输出比，使加热瓦实时加热功率达到预设值，使电压变化得到补偿； 

所述环境温度传感器周期性检测出设备所在的环境温度，所述主机根据环境温度控制所述加热模块调整其各个加热瓦脉宽输出比例，使加热瓦实时加热功率变化值等于环境温度造成的实时加热功率的变化值、使温度变化得到补偿。 

下面详细介绍实施方式 

快速检测加热瓦实际最高功率的方式：本发明实施例通过安装的三个电压传感器分别检测出各个加热通道的三相输入电源输入电压(A、B、C三项)，通过加热模块给每个通道分时循环通电(每个时间段只有一路不同通道通电)，检测出每路加热输出的最大电流，并通过计算控制模块快速(一般小于5秒)计算出每个通道加热瓦的当 前实际功率和电阻。如加热瓦的额定功率是1000W，但经过老化或接触不良后可能实际功率只有800W。 

对加热瓦实际功率补偿方式：由于加热瓦老化或接触不良等因素额定功率会减少，为了保证加热瓦的实际功率不影响设定功率，根据检测的实际功率，程序自动计算调节每块加热瓦的加热瓦脉宽输出比例，使加热功率保持稳定。举例说明：假设某个控制点加热瓦额定功率1000瓦，设定功率千分比为700，此时此点实际加热输出功率为700W，经过一段时间后加热瓦老化通过功率检测额定功率由1000瓦变为800W，此时如果原先设定功率千分比为700不变，此时此点实际加热输出功率为0.7*800＝560W，温度失控，如果通过本发明发明，将检测后的实测功率自动计算(700/800)*1000＝875，系统自动调整该点加热千分比脉宽输出为875，这样就保持原来加热输出功率为0.875*800＝700W不变，温度保持不变。 

供电电压补偿方式：根据电压传感器的定时检测出供电电压变化，电压超出一定范围(如1V)时，根据每个通道实测功率和电阻，自动调整加热瓦脉宽输出比例，使加热瓦功率与设定值一样，使加热瓦温度稳定可控。举例说明，假如通过本实施例的功率检测某个控制点加热瓦额定功率为1000W，此时供电电压为220V，计算出该加热瓦电阻为48.4欧，工作一段时间，电压检测为218V，供电电压下降2V，加热瓦功率减少220*220/48.4-218*218/48.4＝1000-981.9＝18.1W，加热设定功率千分比为700，此时要保证此点实际加热输出功率为700W，如何补偿由于电压下降带来的功率损失，通过本发明系统计算 (700/981.9)*1000＝713，系统自动调整该点加热千分比脉宽输出为713，这样就保持原来加热输出功率为700W不变，温度保持不变。 

环境温度补偿方式为：根据温度传感器的定时检测出环境温度变化，自动调整加热千分比脉宽输出，使加热瓦功率与以前的一样，使加热瓦温度稳定可控。例如可通过实验得知，0度时按照实际功率1000W的加热瓦负载全部工作最高能加热到500度，同样加热瓦一半负载500W工作时最高近似能加热到250度，如果早上和中午环境温度可能相差20度，这样20度也近似相当于近似增加10W加热瓦加热功率；假如加热设定功率千分比为700，此时要保证此点实际加热输出功率为700W，如何补偿由于环境温度下降20度带来的加热功率增加，通过本发明系统计算(700/990)*1000＝707，系统自动调整该点加热千分比脉宽输出为707，这样就保持原来加热输出功率为700W不变，温度保持不变，由此可见一般情况环境温度变化影响加热温度变化不是很明显。 

本实施例提供了本发明方法和现在此类设备制造商采用加热百分比设定功率控制加热瓦温度方法相比，温度控制精度比原来提高数倍，能有效对实际功率、供电电压等变化自动进行补偿，不需要人工不停调节加热瓦功率，使生产工艺大为简化，生产工艺更复杂的产品变得轻松，这种控温是对此类设备不能采用设定温度的闭环PID控制的一个有效补充，这种控温方式投资少、简单、可靠、稳定，安装调试方便。由于加热瓦在一天或半天内老化的功率几乎可忽略不计，所以功率检测不需要实时监测，系统开机时自动检测一次就正常工作， 加热瓦功率在自动调节时如达不到设定需求的功率会自动提示报警。 

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (2)

1.一种恒功率输出的加热瓦的多点自动控温系统，其特征在于，包括加热瓦、加热模块、环境温度传感器、电压传感器以及主机；

所述每个加热模块控制多路所述加热瓦通道，并自动检测每个加热通道的最大电流、短路、断路状态；所述加热模块接收所述主机指令通过分时独立给每个通道通电，检测出每个通道输出的最大电流；

所述电压传感器分别检测出加热瓦通道的三相输入电源输入电压，通过所述加热模块检测出通过每路加热瓦的最大电流，所述主机根据各加热瓦通道的输入电压与最大电流计算出每个通道加热瓦的实际加热功率；

所述主机设定所述每个加热瓦的加热功率值，并根据检测到的实际加热功率调节每块加热瓦的加热脉宽输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对所述加热瓦实际加热功率的自动补偿；

所述电压传感器周期性的检测所述各路通道供电电压值，所述主机根据加热瓦供电电压值调节每块加热瓦的加热脉冲输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对供电电压造成所述加热瓦实际加热功率变化的自动补偿；

所述环境温度传感器周期性检测出设备所在的环境温度，所述主机根据环境温度控制加热瓦脉宽输出，使加热瓦的实际加热功率等于所述主机的设定值以完成对环境温度造成所述加热瓦实际加热功率变化的自动补偿。

2.一种恒功率加热瓦的多点自动控温方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测出每个加热瓦通道的最大电流、短路、断路状态；通过分时独立给每个通道通电，检测出每个通道输出的最大电流；

检测出加热瓦通道的三相输入电源输入电压，并检测出通过每路加热瓦的最大电流，得到每个通道加热瓦的实际加热功率；

设定每个加热瓦的加热功率值，根据检测到的实际加热功率调节每块加热瓦的加热脉宽输出，对所述加热瓦实际加热功率自动补偿使实际加热功率等于所述主机的设定值；

周期性的检测所述各路通道供电电压值，所述主机根据每个通道的加热瓦实际加热功率调整加热瓦脉宽输出，使加热瓦实际加热功率等于所述主机的设定值；

周期性检测出设备所在的环境温度，所述主机根据环境温度控制加热瓦脉宽输出，使加热瓦实际加热功率等于所述主机的设定值。