CN110269073A - 隧道炉电气控制系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开隧道炉电气控制系统及其方法，系统包括可编程控制器和传动链，传动链由驱动电机带动转动，可编程控制器与驱动电机电连接，隧道炉具有多个加热区域，每个加热区域均配置独立的火管加热器、冷端温度补偿设备、温度采集器、强排风机和鼓风机，温度采集器采集当前区域温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器分别输出控制信号至火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机，并控制火管加热器、强排风机、冷端温度补偿设备或鼓风机工作。发明能克服大部分干扰与不确定因素，达到令人满意的准确性和温度性。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工设备领域，尤其涉及隧道炉电气控制系统及其方法。
背景技术
面包一般用五谷（一般是麦类）磨粉制作并加热而制成的食品。以小麦粉为主要原料，以酵母、鸡蛋、油脂、糖、盐等为辅料，加水调制成面团，经过分割、成形、醒发、焙烤、冷却等过程加工而成的焙烤食品，大批最面包生产中，一般采用烘烤炉或隧道炉，因一次成型操作简单的优点得以广泛的应用。
现有的面包烘烤隧道炉的加热组件一般仅仅采用单一的控制方式，但统一电加热生产并不适用千所有的面包制作环境，造成了生产出的面包不够理想，隧道炉内的传送带链条持续处千高温状态，造成传送带容易损坏，使得隧道炉使用寿命不长。前次隧道炉的残余气体不及时清理，直接开始生产的话容易造成爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供隧道炉电气控制系统及其方法。
本发明采用的技术方案是：
隧道炉电气控制系统及其方法，其包括可编程控制器和传动链，传动链由驱动电机带动转动，可编程控制器与驱动电机电连接，隧道炉具有多个加热区域，每个加热区域均配置独立的火管加热器、冷端温度补偿设备、温度采集器、强排风机和鼓风机，温度采集器采集当前区域温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器分别输出控制信号至火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机，并控制火管加热器、强排风机、冷端温度补偿设备或鼓风机工作。
进一步地，驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机各自连接有一台变频器，变频器接收可编程控制器的控制信号并控制对应连接的驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机或鼓风机工作。
进一步地，隧道炉的可编程控制器采用Modbus通信模式与所有的变频器和温度采集器建立通信连接。
进一步地，可编程控制器基于数据优先级由高到低进行控制信号发送。
进一步地，可编程控制器通过一光电耦合器分别输出控制信号至驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机。
进一步地，所述温度采集器采用热电偶采集对应加热区域的温度。
隧道炉电气控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
步骤1，开机清除燃气残渣：每天首次开机时，可编程控制器控制鼓风机和强排风机工作清理前一天未燃烧尽的天然气残渣；以避免下道工序的点火，使得隧道炉爆炸；
步骤2，通过可编程控制器设定隧道炉各个区域的加热温度，并基于加热温度生成对应的控制信号；
步骤3，可编程控制器采用Modbus通信模式基于数据优先级由高到低发送控制信号；
步骤4，火管加热器基于控制信号对目标区域进行加热，同时温度采集器采集获取目标区域实际温度并上传至可编程控制器；
步骤5，可编程控制器判断加热区实际温度是否位于处于设定区间，当加热区实际温度小于下限报警值或加热区实际温度大于上限报警值时，可编程控制器基于预设的控制算法输出控制信号控制加热区的冷端温度补偿设备或电加热设备工作并执行步骤5；当加热区实际温度处在设定区间时，可编程控制器控制传动链运转进行食品生产并执行步骤5。
进一步地，步骤1中天然气残渣包括隧道炉内和燃气管内的残留燃气。
进一步地，步骤1中开机清除燃气残渣的时长为15分钟。
进一步地，步骤3中读取设备状态的数据优先级最低，控制设备启停的数据优先级中等，控制设备急停的数据优先级最高。
进一步地，步骤3中在发送控制信号时，可编程控制器利用定时中断功能将每个扫描周期分割为多个发送周期，进而在扫描周期内发送多帧数据。
进一步地，步骤3中扫描周期为40ms，定时中断周期为10ms。
进一步地，步骤4中温度采集器采用热电偶采集目标加热区温度，温度采集器的热电偶采集的加热区温度进行依照热电偶线性特征进行线性化处理得到加热区实际温度。
进一步地，步骤5中预设的控制算法为双模控制或模糊PID控制。
本发明采用以上技术方案，将隧道炉采用风区域电气控制，每一节的加热控制和排气控制由可编程控制器分别进行控制。藉由设于各个区域的温度采集器实时采集每一节区域的实际加热温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器根据生产实际需求利用预设的控制算法输出控制信号调节各个区域的实际，并使得加热温度在安全区间。此外，控制信号采用Modbus通信模式基于数据优先级由高到低发送，且利用定时中断功能将每个扫描周期分割为多个发送周期，进而在扫描周期内发送多帧数据，大大提高了通信效率。本发明能克服大部分干扰与不确定因素，达到令人满意的准确性和温度性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明隧道炉电气控制系统及其方法的结构示意图；
图2为本发明隧道炉电气控制系统的控制方法的流程示意图；
图3为模糊PID控制算法的原理示意图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明公开了隧道炉电气控制系统，其包括可编程控制器和传动链，传动链由驱动电机带动转动，可编程控制器与驱动电机电连接，隧道炉具有多个加热区域，每个加热区域均配置独立的火管加热器、冷端温度补偿设备、温度采集器、强排风机和鼓风机，温度采集器采集当前区域温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器分别输出控制信号至火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机，并控制火管加热器、强排风机、冷端温度补偿设备或鼓风机工作。
具体地，该隧道炉分为5个加热区域的温度和生产流水线的速度，其中温度采集器采用热电偶测量，具有超限和热电偶断偶声光报警功能。温度采集器的热电偶采集的加热区温度进行依照热电偶线性特征进行线性化处理得到加热区实际温度，并经数字滤波后输出至可编程控制器。系统采用德国西门子可编程控制器、输出通道采用光电耦合器进行隔离。
驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机各自连接有一台变频器，变频器接收可编程控制器的控制信号并控制对应连接的驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机或鼓风机工作。
隧道炉的可编程控制器采用Modbus通信模式与所有的变频器和温度采集器建立通信连接。
可编程控制器基于数据优先级由高到低进行控制信号发送。Modbus通信可能包含多帧数据，根据实际需求，每个帧用途各不相同，有读取设备信息的，有控制设备启停的，有控制设备急停的，用户可以根据用途的不同，区分各个数据帧的发送优先级。
可编程控制器通过一光电耦合器分别输出控制信号至驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机。
如图2所示，隧道炉电气控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
步骤1，开机清除燃气残渣：每天首次开机时，可编程控制器控制鼓风机和强排风机工作清理前一天未燃烧尽的天然气残渣；
步骤2，通过可编程控制器设定隧道炉各个区域的加热温度，并基于加热温度生成对应的控制信号；
步骤3，可编程控制器采用Modbus通信模式基于数据优先级由高到低发送控制信号；
步骤4，控制信号通过控制火管加热器的周波数对目标区域进行加热，同时温度采集器采集获取目标区域实际温度并上传至可编程控制器；采用控制火管加热器的周波数的办法，产生谐波干扰很小，使系统具有很强的抗干扰能力；
步骤5，可编程控制器判断加热区实际温度是否位于处于设定区间，当加热区实际温度小于下限报警值或加热区实际温度大于上限报警值时，可编程控制器基于预设的控制算法输出控制信号控制加热区的冷端温度补偿设备或电加热设备工作并执行步骤5；当加热区实际温度处在设定区间时，可编程控制器控制传动链运转进行食品生产并执行步骤5。
进一步地，步骤1中天然气残渣包括隧道炉内和燃气管内的残留燃气。
进一步地，步骤1中开机清除燃气残渣的时长为15分钟。
进一步地，步骤3中读取设备状态的数据优先级最低，控制设备启停的数据优先级中等，控制设备急停的数据优先级最高。
进一步地，步骤3中在发送控制信号时，可编程控制器利用定时中断功能将每个扫描周期分割为多个发送周期，进而在扫描周期内发送多帧数据。
进一步地，步骤3中扫描周期为40ms，定时中断周期为10ms。
具体地，总共需要发送的数据帧可能会有几十个甚至更多，每个数据帧都要分配一个优先级，在一个扫描周期中，即便是最高优先级的数据发送成功了，但次高优先级的数据就可能出现延迟发送的情况，同样会影响系统的实时性。因此，控制数据发送周期是必要的。采用PLC中的定时中断功能，定时按照优先级的高低发送数据，定时中断不受扫描周期的影响。例如，在40ms的扫描周期下，采用10ms的定时中断，每个扫描周期可以发送4帧数据，相比较优化之前，大大提高了通信效率。
进一步地，步骤4中温度采集器采用热电偶采集目标加热区温度，温度采集器的热电偶采集的加热区温度进行依照热电偶线性特征进行线性化处理得到加热区实际温度。
进一步地，如图3所示，步骤5中预设的控制算法为现有成熟的双模控制或模糊PID控制算法。
本发明采用以上技术方案，将隧道炉采用风区域电气控制，每一节的加热控制和排气控制由可编程控制器分别进行控制。藉由设于各个区域的温度采集器实时采集每一节区域的实际加热温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器根据生产实际需求利用预设的控制算法输出控制信号调节各个区域的实际，并使得加热温度在安全区间。此外，控制信号采用Modbus通信模式基于数据优先级由高到低发送，且利用定时中断功能将每个扫描周期分割为多个发送周期，进而在扫描周期内发送多帧数据，大大提高了通信效率。本发明能克服大部分干扰与不确定因素，达到令人满意的准确性和温度性。
Claims (10)
1.隧道炉电气控制系统，其特征在于：其包括可编程控制器和传动链，传动链由驱动电机带动转动，可编程控制器与驱动电机电连接，隧道炉具有多个加热区域，每个加热区域均配置独立的火管加热器、冷端温度补偿设备、温度采集器、强排风机和鼓风机，温度采集器采集当前区域温度并反馈至可编程控制器，可编程控制器分别输出控制信号至火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机，并控制火管加热器、强排风机、冷端温度补偿设备或鼓风机工作。
2.根据权利要求1所述的隧道炉电气控制系统，其特征在于：驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机各自连接有一台变频器，变频器接收可编程控制器的控制信号并控制对应连接的驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机或鼓风机工作。
3.根据权利要求2所述的隧道炉电气控制系统，其特征在于：所述隧道炉的可编程控制器采用Modbus通信模式与所有的变频器和温度采集器建立通信连接。
4.根据权利要求1所述的隧道炉电气控制系统，其特征在于：所述可编程控制器基于数据优先级由高到低进行控制信号发送。
5.根据权利要求1所述的隧道炉电气控制系统，其特征在于：所述可编程控制器通过一光电耦合器分别输出控制信号至驱动电机、火管加热器、冷端温度补偿设备、强排风机和鼓风机。
6.隧道炉电气控制系统的控制方法，应用于权利要求1-5任一所述的隧道炉电气控制系统，其特征在于：控制方法包括以下步骤：
步骤1，开机清除燃气残渣：每天首次开机时，可编程控制器控制鼓风机和强排风机工作清理前一天未燃烧尽的天然气残渣；
步骤2，通过可编程控制器设定隧道炉各个区域的加热温度，并基于加热温度生成对应的控制信号；
步骤3，可编程控制器采用Modbus通信模式基于数据优先级由高到低发送控制信号；
步骤4，火管加热器基于控制信号对目标区域进行加热，同时温度采集器采集获取目标区域实际温度并上传至可编程控制器；
步骤5，可编程控制器判断加热区实际温度是否位于处于设定区间，当加热区实际温度小于下限报警值或加热区实际温度大于上限报警值时，可编程控制器基于预设的控制算法输出控制信号控制加热区的冷端温度补偿设备或电加热设备工作并执行步骤5；当加热区实际温度处在设定区间时，可编程控制器控制传动链运转进行食品生产并执行步骤5。
7.根据权利要求6所述的隧道炉电气控制系统的控制方法，其特征在于：步骤1中天然气残渣包括隧道炉内和燃气管内的残留燃气；开机清除燃气残渣的时长为15分钟。
8.根据权利要求6所述的隧道炉电气控制系统的控制方法，其特征在于：步骤3中读取设备状态的数据优先级最低，控制设备启停的数据优先级中等，控制设备急停的数据优先级最高。
9.根据权利要求6所述的隧道炉电气控制系统的控制方法，其特征在于：步骤3中在发送控制信号时，可编程控制器利用定时中断功能将每个扫描周期分割为多个发送周期，进而在扫描周期内发送多帧数据。
10.根据权利要求6所述的隧道炉电气控制系统的控制方法，其特征在于：步骤5中预设的控制算法为双模控制或模糊PID控制。
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