CN110328826B - 一种智能加热控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能加热控制方法，包括通过温度采集模块采集周围环境的环境温度值和各个加热温区的加热温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的环境温度值和各个加热温度值进行统计及分析，工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对相应的加热温区进行加热或散热；还通过各个电流互感器探测各个温控执行机构的电流并反馈给工业PC，工业PC依据各个加热温度值、环境温度值和各个温控执行机构的电流计算单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而判断螺杆在生产中的健康状况。本发明不仅能够使对各加热温区温度的控制调节更精准，而且可及时判断螺杆在生产中的健康状况，从而提高挤出机生产的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种智能加热控制方法。
背景技术
挤出机通常包括料筒（又称料筒）和螺杆驱动装置，料筒中设有螺杆，螺杆与螺杆驱动装置传动连接，料筒前端设有进料口，料筒后端连接有模头。料筒后端与模头之间通常设有换网装置，换网装置用于对塑料熔体进行过滤。料筒后端与模头之间通常设有熔体泵（在挤出机设有换网装置的情况下，熔体泵设于换网装置与模头之间），熔体泵的主要功能是将来自料筒的塑料熔体增压、稳压后流量稳定地送入模头。挤出机通常为单螺杆挤出机（料筒中设有一根螺杆）或双螺杆挤出机（料筒中设有两根螺杆）。塑料原料从进料口加入到料筒中后，在螺杆作用下向后输送，并进行混炼、塑化，形成的塑料熔体自挤出机的模头挤出，再由压延装置制成片材或由造粒装置进行造粒。为了使混炼、塑化、挤出等过程顺利进行，并确保产品质量，需要使料筒各个部分、换网装置、熔体泵、模头等保持合适的温度。
现有的挤出机通常将料筒划分为多个加热温区，并对各个加热温区单独进行温度控制。传统对各个加热温区的加热控制方法一般是通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的各个加热温度值进行统计及分析，工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对相应的加热温区进行加热或散热，但是，由于在控制过程中没有考虑各种过程变量的影响(如被周围环境带走的热量、熔体从加热温区带走的热量等)，导致对各个加热温区温度的控制调节往往不够精准，影响片材的生产质量；而且在挤出机的生产过程中，螺杆转动时产生的剪切热量会使料筒及熔体温度上升，剪切热量如果超出工艺上允许的范围，就会直接影响到所生产的片材的质量，导致片材质量不合格，而上述加热控制方法也无法及时判断螺杆在生产中的健康状况，出现问题时需要人工进行排查、检测，因此，采用上述加热控制方法的挤出机的可靠性和稳定性均不高，无法保证片材的生产质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能加热控制方法，这种智能加热控制方法不仅能够使对各个加热温区温度的控制调节更加精准，而且能够及时判断螺杆在生产中的健康状况，从而提高挤出机生产的稳定性和可靠性，保证片材的生产质量。采用的技术方案如下：
一种智能加热控制方法，包括通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的各个加热温度值进行统计及分析，工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对相应的加热温区进行加热或散热，其特征在于：所述温度采集模块还采集周围环境的环境温度值并反馈给所述工业PC，工业PC结合环境温度值进行统计及分析；所述智能加热控制方法还通过各个电流互感器探测各个所述温控执行机构的电流并反馈给工业PC，工业PC依据各个加热温度值、环境温度值和各个温控执行机构的电流计算单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并将单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而判断螺杆在生产中的健康状况。
优选方案中，上述温度采集模块包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境的环境温度值，各个加热温区温度传感器用于采集相应加热温区的加热温度值。
优选方案中，上述温控执行机构包括电加热装置和冷却风机，电加热装置能够对相应的加热温区进行加热使其升温，冷却风机能够对相应的加热温区进行吹风使其降温；所述电流互感器用于探测电加热装置的电流。
更优选方案中，上述温度采集模块还采集料筒中熔体进入各个加热温区时的第一熔体温度值和离开各个加热温区时的第二熔体温度值并反馈给工业PC，工业PC结合熔体的各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值进行统计和分析。
更进一步优选方案中，上述温度采集模块还包括多个第一熔体温度传感器和多个第二熔体温度传感器，第一熔体温度传感器用于采集熔体进入相应加热温区时的第一熔体温度值，第二熔体温度传感器用于采集熔体离开相应加热温区时的第二熔体温度值。
更进一步优选方案中，上述工业PC依据各个加热温区的加热温度值、周围环境的环境温度值、各个电加热装置的工作电压、各个电加热装置的电流、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值，采用增量式PID运算控制算法进行统计及分析，得出单位时间内加热温区累积加热量、单位时间内冷却风机带走的热量、单位时间内加热温区温度变化所需的热量、单位时间内溶体流经加热温区的温度变化值、单位时间内熔体从加热温区带走的热量和单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量。
上述增量式PID运算控制算法基于以下公式：
其中，Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，u(t)为控制器的输出量，e(t)为控制器的输入量，即给定量与输出量的偏差。
所述单位时间内加热温区累积加热量采用如下公式计算得出：，其中P为单位时间内加热温区累积加热量，V为电加热装置的工作电压，I为电加热装置的电流（由电流互感器探测获得）。
所述单位时间内冷却风机带走的热量采用如下公式计算得出：
Φ1=ρ×c×q×Δt，其中Φ1为单位时间内冷却风机带走的热量，ρ为空气密度，c为空气定压比热，Δt为加热温区的加热温度和周围环境温度的温差，q为空气流量。
空气流量，其中S是风机流量，T是冷却风机运行时间。
所述单位时间内加热温区温度变化所需的热量采用如下公式计算得出：
Q1=c×m×△t，其中Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，C是与这个过程相关的比热容，m是料筒的质量，△t是单位时间内加热温区的温度变化值。
所述单位时间内熔体从加热温区带走的热量采用如下公式计算得出：
Q2=c1×y×△T，其中Q2是单位时间内熔体从加热温区带走的热量，y是单位时间内流经加热温区的熔体流量，△T是单位时间内溶体流经加热温区的温度变化值。
所述单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量采用如下公式计算得出：
Q3=Φ1– P–Q1–Q2，其中Q3是单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，Φ1为单位时间内冷却风机带走的热量，P为单位时间内加热温区累积加热量，Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，Q2是单位时间内熔体从加热温区带走的热量。
本发明的智能加热控制方法通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值和周围环境的温度值并反馈给工业PC，再由工业PC进行统计及分析并通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对挤出机相应的加热温区进行加热或散热，能够使对各个加热温区温度的控制调节更加精准，使其保持在合适温度范围；并且通过各个电流互感器探测各个温控执行机构的电流，配合周围环境的温度值、各个加热温区的温度值，可计算出单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而及时判断螺杆在生产中的健康状况，这样可大大提高挤出机生产的稳定性和可靠性，从而保证生产片材的质量。
附图说明
图1是本发明优选实施例的逻辑方框图。
具体实施方式
如图1所示，这种智能加热控制方法包括通过温度采集模块4采集周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、熔体进入各个加热温区6时的第一熔体温度值和离开加热温区6时的第二熔体温度值并反馈给工业PC1，工业PC1对采集到周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值进行统计及分析，工业PC1通过驱动模块2控制各个温控执行机构3分别对相应的加热温区6进行加热或散热；所述智能加热控制方法还通过各个电流互感器5探测各个温控执行机构3的电流并反馈给工业PC1，工业PC1依据周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个第一熔体温度值、各个第二熔体温度值和各个温控执行机构3的电流计算单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量，并将单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而判断螺杆在生产中的健康状况。
在本实施例中，温度采集模块4包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境7的环境温度值，各个加热温区6温度传感器用于采集相应加热温区6的加热温度值。
在本实施例中，温控执行机构3包括电加热装置31和冷却风机32，电加热装置31能够对相应的加热温区6进行加热使其升温，冷却风机32能够对相应的加热温区6进行吹风使其降温；电流互感器5用于探测电加热装置31的电流。
在本实施例中，工业PC1依据周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个电加热装置31的工作电压、各个电加热装置31的电流、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值，采用增量式PID运算控制算法进行统计及分析，得出单位时间内加热温区6累积加热量、单位时间内冷却风机32带走的热量、单位时间内加热温区6温度变化所需的热量、熔体单位时间内从加热温区6带走的热量和单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量。
上述增量式PID运算控制算法基于以下公式：
其中，Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，u(t)为控制器的输出量，e(t)为控制器的输入量，即给定量与输出量的偏差。
所述单位时间内加热温区6累积加热量采用如下公式计算得出：，其中P为单位时间内加热温区6累积加热量，V为电加热装置31的工作电压，I为电加热装置31的电流（由电流互感器5探测获得）。
所述单位时间内冷却风机32带走的热量采用如下公式计算得出：
Φ1=ρ×c×q×Δt，其中Φ1为单位时间内冷却风机32带走的热量，ρ为空气密度，c为空气定压比热，Δt为加热温区6的加热温度和周围环境7温度的温差， q为空气流量。
空气流量，其中S是风机流量，T是冷却风机32运行时间。
所述单位时间内加热温区6温度变化所需的热量采用如下公式计算得出：
Q1=c×m×△t，其中Q1是单位时间内加热温区6温度变化所需的热量，C是与这个过程相关的比热容，m是料筒的质量，△t是单位时间内加热温区6的温度变化值。
所述单位时间内熔体从加热温区6带走的热量采用如下公式计算得出：
Q2=c1×y×△T，其中Q2是单位时间内熔体从加热温区6带走的热量，y是单位时间内流经加热温区6的熔体流量，△T是单位时间内溶体流经加热温区6的温度变化值。
所述单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量采用如下公式计算得出：
Q3=Φ1– P–Q1–Q2，其中Q3是单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量，Φ1为单位时间内冷却风机32带走的热量，P为单位时间内加热温区6累积加热量，Q1是单位时间内加热温区6温度变化所需的热量，Q2是单位时间内熔体从加热温区6带走的热量。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种智能加热控制方法，包括通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的各个加热温度值进行统计及分析，工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对相应的加热温区进行加热或散热，温控执行机构包括电加热装置和冷却风机，电加热装置能够对相应的加热温区进行加热使其升温，冷却风机能够对相应的加热温区进行吹风使其降温；其特征在于：所述温度采集模块还采集周围环境的环境温度值、料筒中熔体进入各个加热温区时的第一熔体温度值和离开各个加热温区时的第二熔体温度值并反馈给所述工业PC，工业PC结合环境温度值、熔体的各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值进行统计及分析；所述智能加热控制方法还通过各个电流互感器探测各个所述电加热装置的电流并反馈给工业PC，工业PC依据各个加热温区的加热温度值、周围环境的环境温度值、各个电加热装置的工作电压及电流、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值，采用增量式PID运算控制算法进行统计及分析，得出单位时间内加热温区累积加热量、单位时间内冷却风机带走的热量、单位时间内加热温区温度变化所需的热量、单位时间内熔体流经加热温区的温度变化值、单位时间内熔体从加热温区带走的热量和单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并将单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而判断螺杆在生产中的健康状况；
所述增量式PID运算控制算法基于以下公式：，其中，Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，u(t)为控制器的输出量，e(t)为控制器的输入量，即给定量与输出量的偏差；
所述单位时间内加热温区累积加热量采用如下公式计算得出：，其中，P为单位时间内加热温区累积加热量，V为电加热装置的工作电压，I为电加热装置的电流；
所述单位时间内冷却风机带走的热量采用如下公式计算得出：Φ1=ρ×c×q×Δt，其中Φ1为单位时间内冷却风机带走的热量，ρ为空气密度，c为空气定压比热，Δt为加热温区的加热温度和周围环境温度的温差，q为空气流量；
所述空气流量，其中，S是风机流量，T是冷却风机运行时间；
所述单位时间内加热温区温度变化所需的热量采用如下公式计算得出：Q1=c×m×△t，其中，Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，C是与这个过程相关的比热容，m是料筒的质量，△t是单位时间内加热温区的温度变化值；
所述单位时间内熔体从加热温区带走的热量采用如下公式计算得出：Q2=c1×y×△T，其中，Q2是单位时间内熔体从加热温区带走的热量，y是单位时间内流经加热温区的熔体流量，△T是单位时间内溶体流经加热温区的温度变化值；
所述单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量采用如下公式计算得出：Q3=Φ1– P–Q1–Q2，其中，Q3是单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，Φ1为单位时间内冷却风机带走的热量，P为单位时间内加热温区累积加热量，Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，Q2是单位时间内熔体从加热温区带走的热量。
2.根据权利要求1所述的智能加热控制方法，其特征在于：所述温度采集模块包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境的环境温度值，各个加热温区温度传感器用于采集相应加热温区的加热温度值。
3.根据权利要求2所述的智能加热控制方法，其特征在于：所述温度采集模块还包括多个第一熔体温度传感器和多个第二熔体温度传感器，第一熔体温度传感器用于采集熔体进入相应加热温区时的第一熔体温度值，第二熔体温度传感器用于采集熔体离开相应加热温区时的第二熔体温度值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 7 / F, management committee building, Jinping private science and Technology Park, middle section of Da Xue Road, Shantou City, Guangdong Province Applicant after: Guangdong Dacheng Technology Co.,Ltd. Applicant after: SHANTOU DACHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION PRECISION MACHINERY TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 7 / F, management committee building, Jinping private science and Technology Park, middle section of Da Xue Road, Shantou City, Guangdong Province Applicant before: GUANGDONG DESIGNER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: SHANTOU DACHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION PRECISION MACHINERY TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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