CN107463144B - 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统 - Google Patents

基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107463144B
CN107463144B CN201710644341.6A CN201710644341A CN107463144B CN 107463144 B CN107463144 B CN 107463144B CN 201710644341 A CN201710644341 A CN 201710644341A CN 107463144 B CN107463144 B CN 107463144B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
control
slave computer
region
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710644341.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107463144A (zh
Inventor
吴帅
屈玉丰
李冰
杨重阳
焦宗夏
李保勇
姚为
吴凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Machinery Manufacturing Co Ltd
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Beijing Aerospace Machinery Manufacturing Co Ltd
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Machinery Manufacturing Co Ltd, Beijing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Beijing Aerospace Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority to CN201710644341.6A priority Critical patent/CN107463144B/zh
Publication of CN107463144A publication Critical patent/CN107463144A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107463144B publication Critical patent/CN107463144B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/058—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
    • G05D23/32—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature with provision for adjustment of the effect of the auxiliary heating device, e.g. a function of time
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/16—Plc to applications
    • G05B2219/163—Domotique, domestic, home control, automation, smart, intelligent house

Abstract

本发明提供了一种基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，包括：上位机，通讯主站和下位机，所述通讯主站负责所述上位机和所述下位机之间的数据传输，所述下位机包括多个下位机子系统，每个所述下位机子系统均对应多个热电偶、多个变送器、多个调功器和多个加热管，每个热电偶将采集的温度信号传输给对应的变送器，变送器处理后传输给所述下位机子系统，所述上位机对所述下位机子系统接收的温度信号进行温度均匀性控制，生成温度控制指令。

Description

基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统
技术领域
本发明属于超塑成形技术领域，具体涉及的是一种基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，用于国内大型超塑成形装备的精确温度控制。
背景技术
高马赫数飞行器是现代航空航天领域飞行器发展的主流方向，其主要特点是飞行速度快、机动性高等。随着飞行速度的加快以及机动性的增强，其复杂外形结构使材料必须满足耐高温、轻质两个性能，一般选用钛合金材料Ti2AlNb。此种材料的复杂构件需要在超塑成形设备中通过超塑成形工艺(SPF)来实现。
温度控制是超塑成形装备中三大控制系统中的重要组成部分，超塑成形装备成形温度通常在1000℃左右，加热周期长。超塑成形装备加热平台的温度均匀性对钛合金等超塑成形产品的性能有着重要的影响。通过对国内外超塑成形装备重要技术的调研，发现超高温成形装备在温控过程中，精确的温度控制是产品成形的关键技术，是产品加工成形的重要前提。
加热管的工作原理可以描述为由电压控制设备——调功器——输出带有控制信息的交流电到加热管，使得加热管温度均匀升至目标温度。
加热管向平台传递热量过程中的热量损失以及加热平台与外界的热交换，必然局部温度分布不均，从而增加次品率，对设备也有一定损伤。对加热温度进行精确控制使得温度均匀分布，是保证超塑成形产品质量的重要前提，因此上述问题亟待解决。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，通过热电偶(例如K型热电偶)对温度进行采集，用调功器调节加热管功率，运用上下位机对数据进行处理。通过设计温度均匀性算法和过流保护算法实现多通道加热系统的温度均匀控制，实现平台温度均匀上升，增加系统的稳定性。
本发明通过以下技术方案实现，本发明提供一种基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，包括：上位机，通讯主站和下位机；所述通讯主站负责所述上位机和所述下位机之间的数据传输；所述下位机包括多个下位机子系统；每个所述下位机子系统均对应多个热电偶、多个变送器、多个调功器和多个加热管，每个热电偶将采集的温度信号传输给对应的变送器，变送器处理后传输给所述下位机子系统；所述上位机对所述下位机子系统接收的温度信号进行温度均匀性控制，生成温度控制指令，传输给所述下位机子系统。
其中，所述下位机子系统可采用PLC或者DSP。
进一步地，所述温度均匀性控制通过温度均匀性控制算法实现。
进一步地，所述温度均匀性控制算法包括以下步骤：1)将平台当前各区域的温度与平台当前的平均温度进行比较，若某区域的温度值比所述平台的平均温度高出Lit摄氏度(Lit为温度数值，即某区域的温度值与所述平台的平均温度的差值)，则限制该区域的温度控制指令，其他区域的温度控制指令均正常生成；2)对步骤1)生成的各个区域的温度控制指令进行判断，若某区域的温度控制指令在温度下分界点之下，则PID控制器低温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下而是在温度上分界点之下，则PID控制器中温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下也不在温度上分界点之下，则PID控制器高温段参数控制输出；3)根据步骤2)的上述判断，所述上位机生成温度控制指令。
进一步地，步骤1)中，在限制该区域的温度控制指令的同时，还减缓该区域的加热速率。
进一步地，所述下位机子系统对加热管进行过流保护控制，所述过流保护控制通过过流保护算法实现，所述过流保护算法包括以下步骤：1)PID控制器生成各个区域控制量Ci，计算所有区域控制量的均值Ca；2)判断各区域的控制量Ci是否高于所有区域控制量的均值Ca；若高于均值则对该区域的控制量进行限制，将该控制量Ci和各区域平均量Ca作差开方，生成新的控制量Ci＝(Ci-Ca)^0.5+Ca；若低于均值则保持原控制量，Ci＝Ci；3)所述下位机子系统根据步骤2)的判断生成并输出温度加热指令。
其中，上述控制量为温度均匀性算法的输出，即上述温度控制指令。
进一步地，所述下位机子系统采集变送器传输的温度信号时是模拟量采集，所述下位机子系统将所述温度加热指令传输给所述调功器时是模拟量输出。
上述PID控制器可通过程序实现。PID算法是在上位机中完成的，然后将生成的温度控制指令传给下位机子系统，然后下位机子系统对温度控制指令根据过流保护算法进行判断修正生成最终的温度加热指令，并将温度加热指令传给调功器，调功器控制加热管的加热功率。
上位机执行温度均匀性控制算法，通过PID控制器生成温度控制指令，下位机子系统根据上述过流保护算法对温度控制指令进行判断修正，并生成温度加热指令。上述温度均匀性控制算法和上述过流保护算法可通过程序实现。
本发明的优点：
1)本发明的加热控制系统可采用例如PLC或者DSP等作为下位机，通过通讯主站(例如西门子CP5613总线通信板卡)与上位机进通讯。下位机用于底层控制和过流保护，上位机实现空间温度均匀性算法的执行、数据管理，共同实现高精度空间温度均匀加热控制，同时便于对系统进行调试与管理。
2)本发明的加热控制系统采用分布式架构，温度的采集和输出控制均在下位机中完成，上位机完成温度均匀性控制、下位机完成过流保护控制，上位机同时实现温度显示、系统报警、应急操作等。这种分布式架构增强系统的灵活性和可维护性。
3)本发明的加热控制系统采用温度均匀性控制算法，减小平台的温度误差，实现平台的均匀加热，保证加工质量。
4)本发明的加热控制系统设计了加热管过流保护功能。可在加热过程中某个区域出现的加热管损坏情况下保护该区域其他加热管，提升系统的稳定性。
附图说明
图1本发明的具体实施方式的基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统的结构示意图。
图2本发明的具体实施方式的温度均匀性控制算法的流程示意图。
图3本发明的具体实施方式的过流保护算法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明的基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统、温度均匀性控制算法和过流保护算法进行说明。
如图1所示，本发明的加热控制系统本系统主要由上位机、通讯主站(例如CP5613)、下位机组成。下位机包括多个下位机子系统。通讯主站(可采用西门子CP5613总线通信板卡)负责上位机和下位机的数据传输，实现温度的实时监控。上位机主要功能有监控界面，显示采集的温度，同时具有系统报警和应急操作功能，当系统发生紧急状况时可以实现应急操作，所述上位机对所述下位机子系统接收的温度信号进行温度均匀性控制，生成的温度控制指令经下位机子系统进行过流保护算法判断修正，生成温度加热指令传给调功器，调功器控制对应的加热管的加热功率。上下位机系统是多通道闭环加热系统的控制器，热电偶温度信号经过变送器处理后由下位机子系统采集，经上位机完成的温度均匀性控制算法和下位机完成的过流保护控制算法计算后生成温度加热指令，并将其输出给调功器，通过调功器控制加热管的加热功率。本发明的加热控制系统可实现多通道精确温度控制，实现对平台的均匀加热。下位机子系统可采用PLC或DSP。
如图2所示，温度均匀性控制算法包括以下步骤：1)将平台当前各区域的温度与平台当前的平均温度进行比较，若某区域的温度值比所述平台的平均温度高出Lit摄氏度(Lit为温度数值，即某区域的温度值与所述平台的平均温度的差值)，则限制该区域的温度控制指令，其他区域的温度控制指令均正常生成；2)对步骤1)生成的各个区域的温度控制指令进行判断，若某区域的温度控制指令在温度下分界点之下，则PID控制器低温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下而是在温度上分界点之下，则PID控制器中温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下也不在温度上分界点之下，则PID控制器高温段参数控制输出；3)根据步骤2)的上述判断，所述上位机生成温度控制指令。
低温段、中温段、高温段使用不同的PID控制器参数，以保证温度的精确控制，使系统的加热温度在误差的范围内，保证工件的加工质量。
上述温度均匀性控制算法在对生成的各个区域的温度控制指令进行判断时，选择高温段、中温段、低温段对应的PID控制器参数，这样有利于实现加热温度的精确控制，可控制各区域之间的温度误差实现平台的均匀加热，保证加工质量。图2中，Ts为指令步长，即每次上升的温度值。
如图3所示，由于加热过程中若某个区域出现温度上升速率变小，为使平台温度均匀升温，必然导致该区域温度控制指令增大，加热管的加热功率变大，易导致加热管损坏，故设计加热管过流保护功能。
所述过流保护算法包括以下步骤：1)PID控制器生成各个区域控制量Ci，计算所有区域控制量的均值Ca；2)判断各区域的控制量Ci是否高于所有区域控制量的均值Ca；若高于均值则对该区域的控制量进行限制，将该控制量Ci和各区域平均量Ca作差开方，生成新的控制量Ci＝(Ci-Ca)^0.5+Ca；若低于均值则保持原控制量，Ci＝Ci；3)所述下位机子系统根据步骤2)的判断生成并输出温度加热指令。其中，上述控制量为温度均匀性算法的输出，即上述温度控制指令。
通过加热管过流保护算法限制加热管的加热功率，保证加热管功率在安全范围内正常加热，保证加热系统的安全性，增强加热系统的稳定性。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，其特征在于：
包括：上位机，通讯主站和下位机；
所述通讯主站负责所述上位机和所述下位机之间的数据传输；
所述下位机包括多个下位机子系统；
每个所述下位机子系统均对应多个热电偶、多个变送器、多个调功器和多个加热管，每个热电偶将采集的温度信号传输给对应的变送器，变送器处理后传输给所述下位机子系统；
所述上位机对所述下位机子系统接收的温度信号进行温度均匀性控制，生成温度控制指令；
所述温度均匀性控制通过温度均匀性控制算法实现，所述温度均匀性控制算法包括以下步骤：
1)将平台当前各区域的温度与平台当前的平均温度进行比较，若某区域的温度值比所述平台的平均温度高出Lit摄氏度，则限制该区域的温度控制指令，其他区域的温度控制指令均正常生成；
2)对步骤1)生成的各个区域的温度控制指令进行判断，若某区域的温度控制指令在温度下分界点之下，则PID控制器低温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下而是在温度上分界点之下，则PID控制器中温段参数控制输出；若某区域的温度控制指令不在温度下分界点之下也不在温度上分界点之下，则PID控制器高温段参数控制输出；
3)根据步骤2)的上述判断，所述上位机生成温度控制指令。
2.根据权利要求1所述的基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，其特征在于，步骤1)中，在限制该区域的温度控制指令的同时，还减缓该区域的加热速率。
3.根据权利要求1或2所述的基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，其特征在于：所述下位机子系统还对加热管进行过流保护控制，所述过流保护控制通过过流保护算法实现，所述过流保护算法包括以下步骤：
1)PID控制器生成各个区域控制量Ci，计算所有区域控制量的均值Ca；
2)判断各区域的控制量Ci是否高于所有区域控制量的均值Ca；若高于均值则对该区域的控制量进行限制，将该控制量Ci和各区域平均量Ca作差开方，生成新的控制量Ci＝(Ci-Ca)^0.5+Ca；若低于均值则保持原控制量，Ci＝Ci：
3)所述下位机子系统根据步骤2)的判断生成并输出温度加热指令。
4.根据权利要求3所述的基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统，其特征在于：所述下位机子系统采集变送器传输的温度信号时是模拟量采集，所述下位机子系统将所述温度加热指令传输给所述调功器时是模拟量输出。
CN201710644341.6A 2017-07-31 2017-07-31 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统 Active CN107463144B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710644341.6A CN107463144B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710644341.6A CN107463144B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107463144A CN107463144A (zh) 2017-12-12
CN107463144B true CN107463144B (zh) 2019-10-29

Family

ID=60546979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710644341.6A Active CN107463144B (zh) 2017-07-31 2017-07-31 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107463144B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110955287A (zh) * 2019-11-04 2020-04-03 武汉天富海科技发展有限公司 一种全自动隔离式多通道智能化加热装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102692937A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 辽宁省电力有限公司本溪供电公司 一种设备温度均匀控制系统
JP5428193B2 (ja) * 2007-04-27 2014-02-26 Ｊｆｅスチール株式会社 焼結鉱の製造方法および焼結機
CN104391525A (zh) * 2014-10-30 2015-03-04 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种用于间歇式烧结炉的温度控制系统
CN105172171A (zh) * 2015-10-22 2015-12-23 南通银湖通讯设备科技有限公司 一种用于热固化模具的矩阵式加热温控平台装置
CN106052392A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5428193B2 (ja) * 2007-04-27 2014-02-26 Ｊｆｅスチール株式会社 焼結鉱の製造方法および焼結機
CN102692937A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 辽宁省电力有限公司本溪供电公司 一种设备温度均匀控制系统
CN104391525A (zh) * 2014-10-30 2015-03-04 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种用于间歇式烧结炉的温度控制系统
CN105172171A (zh) * 2015-10-22 2015-12-23 南通银湖通讯设备科技有限公司 一种用于热固化模具的矩阵式加热温控平台装置
CN106052392A (zh) * 2016-05-31 2016-10-26 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种热压烧结机及其温度均匀性控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107463144A (zh) 2017-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108151253B (zh) 一种变风量空调送风温度自动补偿方法
US8652276B2 (en) System and method for forming contoured new and near-net shape titanium parts
US7020540B2 (en) Temperature control
CN103809244B (zh) 一种光纤热剥装置的加热控制系统及方法
CN104238592A (zh) 一种快速恒温箱自适应控制方法和控制系统
CN107463144B (zh) 基于双层控制的多通道空间均匀加热控制系统
CN105823098A (zh) 一种利用微波进行低温烹饪的方法、系统和微波烹饪装置
CN110789744A (zh) 一种姿控动力系统热环境模拟试验热流控制系统及方法
CN111156817B (zh) 辊道窑烧结温度控制方法及其系统
CN104281179A (zh) 控制系统和数据收集显示方法
Ziółkowski et al. Comparison of energy consumption in the classical (PID) and fuzzy control of foundry resistance furnace
CN106384723B (zh) 具有多级主工艺步骤的热处理设备工艺控制装置及方法
CN206696629U (zh) 一种压水堆堆芯功率控制装置
CN109871049B (zh) 一种热成形设备多区域温度控制系统
CN104632416A (zh) 一种燃气轮机转速控制方法
CN107765730A (zh) 一种流化床温度控制方法和控制装置
CN106406388A (zh) 一种基于实时系统的热处理设备温度控制装置及方法
CN105467837B (zh) 控制装置以及控制方法
Xakimovich et al. Designs neuro-fuzzy models in control problems of a steam heater
Malas et al. An innovative strategy for open loop control of hot deformation processes
US20220219411A1 (en) Heating operation process control
CN105302197A (zh) 一种温度智能调控的移动加热控制系统及方法
CN109085867A (zh) 量化因子可调式模糊算法的水温控制系统
CN206946337U (zh) 用于光学玻璃精密退火炉的区域间温度差控制系统
CN108334132A (zh) 一种多单元的自动控温装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant