CN109392201A - 一种多段可控式加热平台装置及加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加热控制领域，并具体公开了一种多段可控式加热平台装置及加热控制方法，该装置包括加热平台控制模块和加热平台模块，加热平台控制模块用于实现加热平台模块温度的控制，加热平台模块包括加热平台及固定支撑散热箱，加热平台用于实现待加热材料的加热及定位，其上设置有测温器和加热棒，测温器用于将加热平台的温度传输至加热平台控制模块中，加热平台控制模块通过控制加热棒温度的升降以改变加热平台的温度；所述方法通过所述装置实现加热平台加热温度、加热速率、恒温时间等参数的调节。本发明可实现加热温度、加热速率、恒温时间等参数在室温至500℃范围内连续调节，温控精度不低于2℃，具有调节精度高、可靠方便等优点。

Description

一种多段可控式加热平台装置及加热控制方法

技术领域

本发明属于加热控制领域，更具体地，涉及一种多段可控式加热平台装置及加热控制方法。

背景技术

在现今高精度工业生产和实验研究中，材料的重要作用越来越凸显出来，不论是在材料制备、提取或提纯过程中，还是研究利用材料的热物性进行工业生产，其中温度参数变化往往会对其应用性能和材料组成成分产生重要影响。例如在芯片封装领域，基板(如聚酰亚胺)制造过程中的前驱体聚酰胺酸(PAA)脱水热环化就对温度参数变化有较严格的要求；其次，在电子元器件制造领域，对于元器件的预热时间和温度通常也要严格控制；再者，LED行业中铝基板灯珠的焊接和维修，LCD/液晶显示屏的维修台等也需要精密严格的温度控制；除此之外，在生化实验、成分分析实验、教学研究等场所也多有涉及。这些都需要程序升温控制的使用环境，都需要该类型高精度、可控的数字式温控设备。

目前，现有的程序控制加热装置仅仅针对加热温度、加热速率、恒温时间、多温度段等单一参数或者其中几个参数进行设置，不能根据用户的实际需求实现对温度变化真正的智能化、个性化、数字式控制；并且现有加热控制装置一般结构复杂、重量大，用户交互性体验感不佳，不易集成到相关工业制造设备中，不易实现智能化、自动化加工制造。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多段可控式加热平台装置及加热控制方法，其通过设计加热平台模块和加热平台控制模块，可实现加热平台的加热温度、加热速率、恒温时间等参数的高精度连续调节，适用于对加热温度、加热速率、恒温时间等温度参数需精确控的集成电路、微电子、航空航天、液晶显示、生化实验室等精密制造领域。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种多段可控式加热平台装置，其包括加热平台模块和加热平台控制模块，其中：

所述加热平台模块包括加热平台及设于加热平台下方的固定支撑散热箱，该加热平台用于实现待加热材料的加热及定位，其上设置有测温器和加热棒，该测温器用于将采集到的加热平台的温度传输至加热平台控制模块中，所述加热平台控制模块则通过控制加热棒温度的升降，以改变加热平台的温度，该固定支撑散热箱用于实现所述加热平台的调平及散热；

所述加热平台控制模块包括加热平台控制箱、设于加热平台控制箱内部的PLC控制器、开关电源、空气开关和固态继电器、以及设于加热平台控制箱外部面板上的温控器、触摸屏和AC电源，所述触摸屏与PLC控制器相连，用于各段加热参数的设定以及加热平台当前温度的显示，所述PLC控制器与温控器相连，该PLC控制器用于将设定的各段加热参数传输至温控器中，并用于接收温控器反馈的加热平台的当前温度，所述温控器与测温器通过信号连接构成温度反馈接收模块，并且该温控器与固态继电器通过信号连接，同时固态继电器与加热棒通过信号连接以构成升温信号控制模块，所述AC电源、空气开关和开关电源依次相连，该开关电源与PLC控制器相连。

作为进一步优选的，所述加热平台上开设有测温孔和加热孔，所述测温器紧密安装在加热平台的测温孔内，所述加热棒利用紧固件紧密贴合在加热孔内。

作为进一步优选的，所述加热平台上装有定位片，用于实现待加热材料的定位，该加热平台与固定支撑散热箱之间设有保护隔板，并且保护隔板的上下面分别设有上支撑立柱和下支撑立柱。

作为进一步优选的，所述上支撑立柱、下支撑立柱及保护隔板优选为陶瓷隔热材料。

作为进一步优选的，所述温控器优选为高精度数显温控器，所述加热棒优选为不锈钢管包覆的耐热耐蚀镍铬铁合金材质的电阻丝制棒材，所述测温器优选为高精度热电偶。

作为进一步优选的，所述加热平台的材质优选为不易变形及氧化变黑的铝合金，加热面积不作限定，优选为200-300mm长×200-300mm宽。

作为进一步优选的，所述固定支撑散热箱的四周及底面设有通风散热孔，其底部还设有螺纹副连接的调平机构，用于加热平台的调平。

按照本发明的另一方面，提供了一种多段可控式加热控制方法，其由所述的多段可控式加热平台装置实现，其包括以下步骤：

1)首先将待加热材料置于加热平台上固定并调平；

2)在触摸屏上设定各温度段对应的加热温度、加热速率和恒温时间；

3)加热棒通电以设定的加热速率进行加热，测温器测量加热平台的实时温度，并将实时温度信号传递给温控器，温控器显示加热平台的实时温度以及触摸屏中设定的相应温度段的设定温度；

4)当加热平台的实时温度达到设定温度后温控器控制加热棒断电，并通过控制加热棒的通断电，使加热平台的实时温度维持在设定温度±1℃范围内；

5)保持设定的恒温时间后，进行下一温度段的加热；

6)重复步骤4)-5)直至完成所有温度段的加热。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的多段可控式加热平台装置为多段加热、温度可控的数字式加热平台装置，可实现对加热平台的加热温度、加热速率、恒温时间等参数在室温至500℃范围内连续调节，温控精度不低于2℃。

2.本发明的多段可控式加热平台装置小巧灵活，可以将其方便地集成到相关设备中，从而有效保证相关热敏感材料对温度控制的精密工艺制造要求。

3.本发明通过触摸屏设置所需加热温度曲线相关数据值，再通过PLC控制器与温控器的整合控制，可实现加热平台温度按照触摸屏温度设置参数进行变化，具有调节精度高、可靠方便等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多段可控式加热平台装置的结构示意图；

图2为加热平台模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的多段可控式加热平台装置的控制原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种多段可控式加热平台装置，其包括加热平台模块Ⅱ和加热平台控制模块Ⅰ，其中，加热平台模块Ⅱ用于实现待加热材料的加热、定位及调平，加热平台控制模块Ⅰ用于实现待加热材料温度的测量与控制。通过上述两个模块的相互配合，可对加热平台的加热温度、加热速率、恒温时间等参数进行连续调节，温控精度不低于2℃(即误差在设定温度的-1°～1°范围内)，温控范围从室温到500℃进行连续控制。

如图2所示，加热平台模块包括加热平台4以及设于加热平台4下方的固定支撑散热箱1，该加热平台4用于实现待加热材料的加热及定位，其上设置有测温器6和加热棒8，其中，测温器6用于测量加热平台的温度，并将测量得到的加热平台的温度传输至加热平台控制模块中，具体的传输至加热平台控制模块的温控器中，而加热平台控制模块(具体指加热平台控制模块中的温控器)则反过来通过加热棒8控制加热平台的温升，使得加热平台加热至所需温度。

具体的，加热平台4上开设有测温孔和加热孔，测温器6紧密贴合在加热平台4的测温孔内，以保证能反馈更加精确的信号，加热棒8利用紧固件5紧密贴合在加热孔内，优选的，设置有两根加热棒，并且两根加热棒均布在加热平台上，以使加热响应速度更快，加热更均匀。加热平台4上装有定位片7，用于实现待加热材料的定位。加热平台的材质优选为铝合金，以保证升温后加热平板4不易变形及氧化变黑，加热面积可根据每两根400W加热棒优选为200-300mm长×200-300mm宽的尺寸范围，加热棒优选为不锈钢管包覆的耐热耐蚀镍铬铁合金材质的电阻丝制棒材，测温器优选为高精度热电偶。

进一步的，固定支撑散热箱1用于实现加热平台4的调平及散热，如图2所示，固定支撑散热箱1的四周及底面设有通风散热孔，其底部还设有螺纹副连接的调平机构10，用于加热平台4的调平，优选设置有三套调平机构。再进一步的，固定支撑散热箱1与加热平台4之间设有保护隔板3，该保护隔板3的上下面分别设有上支撑立柱9和下支撑立柱2，即保护隔板3与加热平台4之间设置有上支撑立柱9，保护隔板3与固定支撑散热箱1之间设置有下支撑立柱2，以保证固定支撑散热箱1通风散热的同时还可以有效地保护保护隔板3下面的以及测温器6及加热棒8的线路。具体的，上支撑立柱9、下支撑立柱2及保护隔板3优选为陶瓷隔热材料。

如图1和3所示，加热平台控制模块包括加热平台控制箱、设于加热平台控制箱内部的PLC控制器、开关电源、空气开关和固态继电器、以及设于加热平台控制箱外部面板上的温控器、触摸屏和电源开关，该加热平台控制模块通过将接收到的测温器6的温度信号反馈给预先已经设定好加热温度值的温控器中，以控制加热棒8进行加热处理，保证加热平台4的实时加热温度在设定温度±1℃范围内。其中，触摸屏与PLC控制器相连，用于本装置各段对应的加热温度、恒温时间、加热速率等加热参数的设定以及本装置当前状态温度、时间等参数值显示的人机交互，PLC控制器与温控器相连，PLC控制器用于传输各段设定的加热温度、恒温时间、加热速率等加热参数，并接收温控器反馈的加热平台的加热温度、加热时间等参数，温控器与测温器6通过信号连接构成温度反馈接收模块，即测温器将测量得到的温度值反馈至温控器中，温控器与固态继电器通过信号连接，同时固态继电器与加热棒通过信号连接以构成升温信号控制模块，该温控器通过固态继电器的通断来控制加热棒对加热平台进行加热，以使加热平台达到所需的温度。其中，AC电源、空气开关和开关电源依次相连，开关电源与PLC控制器相连，整个加热控制过程中，通过AC电源的开闭控制整个装置240V交流电的断通，PLC控制器、温控器、固态继电器等元器件通过可将220V交流电转化为24V直流电的开关电源供电，空气开关作为保险器来保护整个电路。具体的，温控器优选为高精度数显温控器。

具体的，触摸屏与PLC控制器通过相关传输协议连接，PLC控制器与温控器通过相关传输协议连接，即PLC控制器作为控制模块中枢，其通过RS232传输协议与触摸屏连接，以便于实现通过对触摸屏的温度参数设置来设定PLC控制器里面的程序参数；同样PLC控制器通过RS485传输协议与温控器连接，可将PLC控制器里面的温度设定值、装置实时温度值、加热启动、加热终止等命令在二者间进行传输从而实现宏观上对多段加热温度、加热速率和恒温时间的设置。

下面对本发明的多段可控式加热平台装置的工作过程进行说明。

首先将待加热材料放置于加热平台4上，并用定位片7将材料定位好，然后通过调整调平机构10的螺纹副将固定支撑散热箱1及加热平台4调水平；在加热平台控制箱前面板的触摸屏上进行包括加热温度、加热速率、恒温时间等各温度段的数值设定，设定好后加热棒8通电按设定的加热速率进行加热，并通过测温器6将加热平台4的实时温度信号传递给控制模块中的温控器，温控器带有数显功能会显示加热平台4实时温度以及触摸屏相应温度段的设定温度，当加热平台4温度达到设定温度后，温控器控制加热棒8的通断电，控制加热平台4的加热温度在温控器设定温度上下不超过±1℃的波动整定，当第一次当前温度值达到温控器设置的温度值时，PLC控制器里面的计时器开始恒温时间的计时，计时时间达到PLC控制器设定时长后(即达到设定的恒温时间时)，继续按照PLC控制器设定的下一段加热温度值进行加热。

以下为本发明的具体实施例：

实施例1

本实施例以聚酰亚胺前驱体材料为例对本发明的多段可控式加热控制方法进行说明，该材料的尺寸为长260mm、宽180mm、厚20mm，共进行4段加热，其中第一段的加热温度为55℃，加热速率为20℃/h，恒温时间为3h；第二段的加热温度为170℃，加热速率为40℃/h，恒温时间为2h；第三段的加热温度为220℃，加热速率为30℃/h，恒温时间为1h；第四段的加热温度为280℃，加热速率为30℃/h，恒温时间为0.5h，具体包括以下步骤：

1)将聚酰亚胺前驱体材料置于加热平台上，并用定位片将材料定位好，然后调整调平机构的螺纹副将固定支撑散热箱及加热平台调水平；

2)在触摸屏上根据具体加热要求设定各温度段对应的加热温度、加热速率和恒温时间；

3)进行第一温度段的加热

加热棒以20℃/h加热速率进行加热，测温器测量加热平台的实时温度，并将实时温度信号传递给温控器，温控器显示加热平台的实时温度以及触摸屏中设定的温度55℃；当加热平台的实时温度达到设定温度55℃后温控器控制加热棒断电，并通过控制加热棒的通断电，使加热平台的实时温度维持在设定温度55℃的±1℃范围内，保持设定的恒温时间3h后，进行下一温度段的加热；

4)重复步骤3)完成所有温度段的加热

进行第二温度段的加热：加热棒以40℃/h加热速率进行加热，测温器测量加热平台的实时温度，并将实时温度信号传递给温控器，温控器显示加热平台的实时温度以及触摸屏中设定的温度170℃；当加热平台的实时温度达到设定温度170℃时温控器控制加热棒断电，并通过控制加热棒的通断电，使加热平台的实时温度维持在设定温度170℃的±1℃范围内，保持设定的恒温时间2h后，进行第三温度段的加热；依次类推完成所有温度段的加热。

本发明的加热平台装置还设有温度设置错误保护功能，即如果下一段的温度值比上一段的温度值要低，加热会异常中断；另外温度段设定需从第一段开始设置，后面进行连续设置，中间不能出现间隔和跳跃，否则系统也会激发保护功能。

本发明实现了对加热平台的加热温度值、加热速率及恒温时间的多段精确控制，保证了加热平台上待加热材料的精确温度控制，从而达到观察温度变化对某些热敏感材料具体影响的目的。本发明的多段可控式加热平台装置可应用在工业生产或实验研究中，生产加工工艺或实验研究技术路线对温度变化有高精度、高响应、多段连续可控、支持用户自定义温度曲线等高要求的设备中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多段可控式加热平台装置，其特征在于，包括加热平台模块和加热平台控制模块，其中：

所述加热平台模块包括加热平台(4)及设于加热平台(4)下方的固定支撑散热箱(1)，该加热平台(4)用于实现待加热材料的加热及定位，其上设置有测温器(6)和加热棒(8)，该测温器(6)用于将采集到的加热平台的温度传输至加热平台控制模块中，所述加热平台控制模块则通过控制加热棒(8)温度的升降，以改变加热平台的温度，该固定支撑散热箱(1)用于实现所述加热平台(4)的调平及散热；

所述加热平台控制模块包括加热平台控制箱、设于加热平台控制箱内部的PLC控制器、开关电源、空气开关和固态继电器、以及设于加热平台控制箱外部面板上的温控器、触摸屏和AC电源，所述触摸屏与PLC控制器相连，用于各段加热参数的设定以及加热平台当前温度的显示，所述PLC控制器与温控器相连，该PLC控制器用于将设定的各段加热参数传输至温控器中，并用于接收温控器反馈的加热平台的当前温度，所述温控器与测温器通过信号连接构成温度反馈接收模块，并且该温控器与固态继电器通过信号连接，同时固态继电器与加热棒通过信号连接以构成升温信号控制模块，所述AC电源、空气开关和开关电源依次相连，该开关电源与PLC控制器相连。

2.如权利要求1所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述加热平台(4)上开设有测温孔和加热孔，所述测温器(6)紧密安装在加热平台(4)的测温孔内，所述加热棒(8)利用紧固件(5)紧密贴合在加热孔内。

3.如权利要求1所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述加热平台(4)上装有定位片(7)，用于实现待加热材料的定位，该加热平台(4)与固定支撑散热箱(1)之间设有保护隔板(3)，并且保护隔板(3)的上下面分别设有上支撑立柱(9)和下支撑立柱(2)。

4.如权利要求3所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述上支撑立柱(9)、下支撑立柱(2)及保护隔板(3)优选为陶瓷隔热材料。

5.如权利要求1所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述温控器优选为高精度数显温控器，所述加热棒优选为不锈钢管包覆的耐热耐蚀镍铬铁合金材质的电阻丝制棒材，所述测温器优选为高精度热电偶。

6.如权利要求1-5任一项所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述加热平台的材质优选为不易变形及氧化变黑的铝合金。

7.如权利要求1-6任一项所述的多段可控式加热平台装置，其特征在于，所述固定支撑散热箱(1)的四周及底面设有通风散热孔，其底部还设有螺纹副连接的调平机构(10)，用于加热平台(4)的调平。

8.一种多段可控式加热控制方法，其由权利要求1-7任一项所述的多段可控式加热平台装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先将待加热材料置于加热平台上固定并调平；

2)在触摸屏上设定各温度段对应的加热温度、加热速率和恒温时间；

3)加热棒以设定的加热速率进行加热，测温器测量加热平台的实时温度，并将实时温度信号传递给温控器，温控器显示加热平台的实时温度以及触摸屏中设定的相应温度段的设定温度；

4)当加热平台的实时温度达到设定温度后温控器控制加热棒断电，并通过控制加热棒的通断电，使加热平台的实时温度维持在设定温度±1℃范围内；

5)保持设定的恒温时间后，进行下一温度段的加热；

6)重复步骤4)-5)直至完成所有温度段的加热。