CN112064455A - 一种摊铺机、摊铺机加热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了摊铺机技术领域，具体涉及一种摊铺机、摊铺机加热系统及其控制方法，具有加热快速均匀、系统稳定，能实现变频恒压运行的特点。包括发电机，所述发电机的输出端通过电缆依次与断路器、接触器和加热装置电连接；所述发电机的控制端与AVR（automatic voltage regulator，自动电压调节器）的控制端电连接，所述AVR的输入端与I/O模块的输出端电连接；所述I/O模块的控制端与控制器的通讯端电连接；所述加热装置包括多个加热模块，每个所述加热模块至少包括一个温度传感器，多个所述温度传感器分别与所述控制器的温度采集端电连接；所述接触器有多个，每个所述加热模块与一个所述接触器电连接；多个所述接触器的控制端分别与所述控制器的指令端电连接。

Description

一种摊铺机、摊铺机加热系统及其控制方法

技术领域

本发明属于摊铺机技术领域，具体涉及一种摊铺机、摊铺机加热系统及其控制方法。

背景技术

随着市场及用户对电加热性能的需求和期望的日益增长，但国内摊铺机行业电加热技术发展相对缓慢，熨平板电加热技术的发展一般围绕着三个方面进行：一是发电机技术，主要用来解决灵活高效供电问题；二是加热体技术，主要用来提升热量的积聚与导热性能；三是加热控制技术（含数据管理），主要用来实现加热过程的智能化、高效性和安全性。电加热功能的缺陷主要有以下几个方面：1、加热慢，一般超过30分钟也不一定能达到需求温度；2、只能高油门加热，噪音大、能耗高；3、加热不均匀；4、发电机及加热棒易损坏。针对目前的竞争态势和用户期望，电加热技术的提升已经刻不容缓。本发明主要解决如下问题：（1）不能变频加热，能耗高、噪音大，使用不方便；（2）加热效果差，加热所需时间长，并且不均匀；（3）可靠性差，发电机故障率高，温度闭环等系统稳定性差，没有对应的数据管理系统。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供摊铺机、摊铺机加热系统及其控制方法，具有加热快速均匀、系统稳定，能实现变频恒压运行的特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种摊铺机加热系统，包括发电机，所述发电机的输出端通过电缆依次与断路器、接触器和加热装置电连接；所述发电机的控制端与AVR的控制端电连接，其中，AVR表示自动电压调节器，所述AVR的输入端与I/O模块的输出端电连接；所述I/O模块的控制端与控制器的通讯端电连接；所述加热装置包括多个加热模块，每个所述加热模块至少包括一个温度传感器，多个所述温度传感器分别与所述控制器的温度采集端电连接；所述接触器有多个，每个所述加热模块与一个所述接触器电连接；多个所述接触器的控制端分别与所述控制器的指令端电连接；所述I/O模块的电流采集端与电流采集装置电连接，所述电流采集装置用于采集所述发电机的输出端的电流信号；所述I/O模块的电压采集端与电压采集装置电连接，所述电压采集装置用于采集所述发电机的输出端的电压信号。

进一步地，所述控制器与人机交互显示器电连接。

进一步地，所述控制器与发动机控制器电连接，所述发动机控制器用于调整发动机的转速；所述发动机的输出轴与所述发电机的转子机械连接。

一种摊铺机加热系统的控制方法，包括：开始加热时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次开启加热；加热过程中，若某个加热区中的加热模块的实时温度值大于等于设定值，则按照设定的顺序及延时时间，关闭该加热区中的加热模块；加热结束时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次停止加热。

进一步地，开始加热时，发动机先上调至设定的转速，在经过设定的时间间隔后，各个加热模块再开始按照设定程序启动；加热过程中，发动机的转速依据发电机的输出功率自适应调整。

进一步地，设置边界回差控制死区，即当发电机输出功率大于P₂时，发动机转速上调到设定转速a，而当发电机输出功率小于P₁时，发动机转速才下调至设定转速b，而在[P₁，P₂]的边界内，发动机转速不调整。

进一步地，工作时，发电机输出电压为额定电压，当发电机输出功率受限时，降低输出电压。

进一步地，控制器将发电机、发动机和各加热模块的运行参数及警示信息输出至人机交互显示屏。

进一步地，各加热模块在加热过程中，控制器按照设定的降压运行条件执行降压运行策略。

一种摊铺机，所述摊铺机配置有前述的摊铺机加热系统。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明结合发电机电压调节的时序特点，分段设计加热负载，开始加载时，使用时序控制，确保各段依次间隔相同的时间接通电源；反之去载时，各段间隔相同的时间断开电源；过程中，兼顾外侧段会受风吹的影响，多给予一段时间的通电延长，整体功能实现了柔性加载与去载，加热快速均匀，系统的运行更加稳定和高效；

（2）本发明根据所需加热功率，自动调整发动机转速，避免发电机过早的因超温而降低输出，保证发电机散热良好，并最大可能的长时间处于连续稳定的运转状态；

（3）本发明通合理规划加热系统的控制，降低了摊铺机的平均能耗、减少了噪音污染，降低了摊铺机的故障率，提升了综合效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种摊铺机加热系统的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，一种摊铺机加热系统，包括发电机，发电机的输出端通过电缆依次与断路器、接触器和加热装置电连接；发电机的控制端与AVR（automatic voltage regulator，自动电压调节器）的控制端电连接，AVR的输入端与I/O模块的输出端电连接；I/O模块的控制端与控制器的通讯端电连接；加热装置包括多个加热模块，每个加热模块至少包括一个温度传感器，多个温度传感器分别与控制器的温度采集端电连接；接触器有多个，每个加热模块与一个接触器电连接；多个接触器的控制端分别与所述控制器的指令端电连接；I/O模块的电流采集端与电流采集装置电连接，所述电流采集装置用于采集所述发电机的输出端的电流信号；I/O模块的电压采集端与电压采集装置电连接，所述电压采集装置用于采集所述发电机的输出端的电压信号。

控制器与人机交互显示器电连接。控制器与发动机控制器电连接，发动机控制器用于调整发动机的转速；发动机的输出轴与发电机的转子机械连接。

摊铺机加热系统所要实现的功能包含以下三点：一是发电机控制，主要指三相电压的调节，包括反馈输入和励磁输出；二是信息采集、总线通讯与功能执行，用来采集三相电压和电流等信息，和主机控制器通讯传输信息并接收执行主机的控制逻辑和数据；三是加热负载控制，用来对加热负载进行分段通断控制，包括过流保护、漏电保护功能。

本实施例中，各元件作用如下：

发电机--提供三相交流电；

AVR--提供励磁、电压检测、电压调节（支持远程调压）；本实施例中，AVR的型号为：SR7-XCMGTPJ；

电流采集装置--检测三相电流并转换为标准4-20mA信号，精度0.1A；电流采集装置包括电流变送器和电流互感器，电流变送器的输出端与I/O模块的电流采集端电连接，电流变送器输入端与电流互感器电连接，电流互感器与连接于断路器和发电机之间的电缆电磁耦合连接；

电压采集装置--检测三相电压并转换为标准4-20mA信号，精度1V；电压采集装置包括电压变送器和电压互感器，电压变送器的输出端与I/O模块的电压采集端电连接，电压变送器的输入端与电压互感器电连接，电压互感器与连接于断路器和发电机之间的电缆电磁耦合连接。

I/O模块--配电系统模块化的核心部件，用来与控制器通讯，向控制器提供三相电流电压数据、报警信息，接收来自控制器的电压参数指令，转给AVR模块执行电压调节命令；本实施例中，I/O模块的型号为：RP-DSE4520；

控制器--直接采集发电机内部温度和转速、与I/O模块通讯、分段控制接触器的开合；本实施例中，控制器的型号为：RC28-14/30；

带漏保断路器：短路保护、过流保护、漏电保护；

接触器：负载的接通与断开，分四路的作用在于柔性加载和去载，有利于发电机系统的稳定运行。

实施例二：

基于实施例一所述的摊铺机加热系统，本实施例提供一种摊铺机加热系统的控制方法，包括：开始加热时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次开启加热；加热过程中，若某个加热区中的加热模块``的实时温度值大于等于设定值，则按照设定的顺序及延时时间，关闭该加热区中的加热模块；加热结束时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次停止加热。

本实施例中，加热装置包括四个加热模块，分别为：左基础、右基础、左加长、右加长；其中，左基础和左加长位于左边加热区，右基础和右加长位于右边加热区。

1. 四段加热的错峰开启与错峰关闭

目的：保护发电机系统，延长发电机使用寿命。

控制策略描述：（下述①-左基础、②-右基础、③-左加长、④-右加长）

1）整体加热模式时，开启加热开关，即控制器按照设定顺序和时间间隔依次接通对应的接触器，此时，实时温度小于设定温度：

①on（左基础开启加热）--2S 延时--②on（右基础开启加热）--2S 延时--③on（左加长开启加热）--2S 延时--④on（右加长开启加热）（AVR 做出电压调整的响应时间为2S）；

2）整体加热模式时，左边加热区和右边加热区任一实时温度值达到设定温度值：

左边加热区达到设定温度值，①off（左基础关闭加热）--3min 延时--③off（左加长关闭加热）（外侧段受风影响多加热3min）；

右边加热区达到设定温度值，②off（右基础关闭加热）--3min 延时--④off（右加长关闭加热）；

3）整体加热模式时，关闭加热开关：

第1种情况（此时四段加热都是开启状态），①off--2S 延时--②off--2S 延时--③off--2S 延时--④off；

第2 种情况（如果①off、②off），直接执行③off--2S 延时--④off；

4）交替加热模式时，①③与②④为互斥关系：

左边加热区开启加热，①on--2S 延时--③on；

左边加热区关闭加热，①off--2S 延时--③off；

右边加热区开启加热，②on--2S 延时--④on；

右边加热区关闭加热，②off--2S 延时--④off；

5）两种加热模式下，必须考虑2S 延时过程中，加热开关状态的变化。如果2S 延时打开的状态下关闭开关，则2S 延时打开关闭；如果2S 延时关闭的状态下打开开关，则原状态执行完再打开；

6）整体加热与交替加热两种模式的切换既可手动切换，又可由系统根据特定条件自行选择切换，特定条件一般在系统保护模式下发生；

7）加热系统每次上电，默认进入温度闭环控制模式；温度闭环模式下，无论是交替加热还是整体加热，达到设定温度值才会自动停止加热（加热开关不复位），否则就一直加热工作；

8）温度闭环模式时，任意一个温度传感器损坏，则每一轮的加热周期时间限制为固定时间，如果想继续加热，需重新激活加热开关；

9）如果加热过程中手动关闭温度闭环模式转为开环模式，则加热工作一直进行，直到手动打开温度闭环模式或手动关闭加热开关；

10）温度闭环模式中，温度控制的回差死区为3°C，显示器中可输入的目标值范围为80-180°C。

本实施例结合发电机电压调节的时序特点，分段设计加热负载，开始加载时，使用时序控制，确保各段依次间隔相同的时间接通电源；反之去载时，各段间隔相同的时间断开电源；过程中，兼顾外侧段会受风吹的影响，多给予一段时间的通电延长，整体功能实现了柔性加载与去载，加热快速均匀，系统的运行更加稳定和高效。

2. 发动机转速/功率自适应

为了能够“持久的”得到足够的加热功率，不至于使发电机过早的因超温而降低输出，系统不能固定在某一低转速下开启加热工作，而应该根据实际所需功率，主动调整发动机转速到一个合适的范围内。这就是根据加热需求进行的发动机转速/功率自适应，该策略应用后，系统并不一定始终维持在低转速加热。

开始加热时，发动机控制器先将发动机的转速上调至设定的转速，在经过设定的时间间隔后，各个加热模块再开始按照设定程序启动；加热过程中，发动机的转速依据发电机的输出功率自适应调整。

目的：根据所需加热功率，自动调整发动机转速，保证发电机散热良好、并最大可能的长时间处于连续稳定运转状态。

控制策略描述：

1）加热功能开启后，发动机自动上升至基础转速1200rpm，这一过程中会延时3S（等待发动机及发电机系统稳定），再开始加热开关的逐段闭合；如果之前的转速高于基础转速1200rpm，则系统维持较高的那个转速；

2）随着加热开关的逐段闭合，系统实时监测发电机功率输出情况，自动调整发动机转速（以18m及以下产品用的大型发电机为例）；

3）加热过程中，发动机转速可以从最低转速限制值往上调，但无法小于转速最低限制值；

4）加热过程中，若某段因温度达到设定值使得加热停止，此时发电机输出功率减小，则发动机转速会自适应减小，除非手动已经调高了发动机转速（即按下过ECO（此处是指经济模式转速，以合理的挡位控制发动机的转速，以减少不必要的燃油消耗） 或MAX（此处是指最大转速） 按键）；

5）为防止发动机转速在功率边界条件处过于频繁的调整或波动，设置边界回差控制死区，即当发电机输出功率大于P₂（边界回差控制死区的上限值）时，发动机转速上调到设定转速a，而当发电机输出功率小于P₁（边界回差控制死区的下限值）时，发动机转速才下调至设定转速b，而在[P₁，P₂]的边界内，发动机转速不调整；

以第一种边界条件为例，设置边界回差控制死区2kw；当输出功率大于27kw 时，发动机转速上升到1500rpm，而当输出功率小于25kw 时，发动机转速才调回1200rpm，在25kw--27kw 的边界内，发动机转速不调整；

6）为防止输出功率尖峰造成的发动机转速自适应抖动，功率监测值的反应时间为2S，即2S 内的功率波动不会影响发动机转速；

7）发动机转速调整过程中，如果刚好遇到发电机输出功率值的增减，此时两者同步调整会影响系统稳定性，所以为了降低这样的风险，发动机转速自适应减少为1200-1500、1500-1800 这两个调整区间，即通过减少发动机转速调整的几率，来减少系统不稳定的概率；

8）当功率信息采集出错或因通讯错误无法实时监测输出功率值时，为了保护发电机系统，发动机转速的加热基础值会上升为1800rpm（不管此时加热功率是多少），同时显示器给出报警提示；此时加热功能虽然正常，但是仍然提示需要排查故障；

9）当加热开关关闭时，发动机转速不能立即下降至怠速，需维持当前转速直到所有段加热输出断开，才能回到怠速；（如果之前手动设置了ECO 或者MAX转速，则以手动设置值为准）。

本实施例根据所需加热功率，自动调整发动机转速，避免发电机过早的因超温而降低输出，保证发电机散热良好，并最大可能的长时间处于连续稳定的运转状态。

3. 发电机电压目标值的设定策略

该策略制定的出发点：

1）发电机可远程通过人机交互显示器手动或系统根据需要自动调整输出电压值，但调整范围是有限制的，比如在发电机2200rpm时，电压调整范围为208V-249V（线电压对应360V-430V）；

2）三相加热棒（加热模块中的发热单元）额定电压400V，但可耐压至440V 下正常工作；在加热棒阻值一定的情况下，功率和电压的平方成正比关系，所以说工作电压越大，发热功率就越大；

3）为了满足快速加热的要求，电加热系统工作时尽量升高电压工作，除非遇到发电机输出功率限制，才进行降压工作；

4）升压与降压既开放手动调整，同时又实时监测输出功率值，当功率值超限时，自动调低电压目标值。

工作时，发电机输出电压为额定电压，当发电机输出功率受限时，降低输出电压。

目的：通过对电压目标值的调整，既满足快速电加热的需求，又满足发电机稳定运行的需求。

控制策略描述：

1）手动调整电压功能始终开放，但默认值为240V，如果没有手动调节该值，则开启电加热时，默认按240V 的电压进行加热；

2）加热过程中始终监测实时功率值，以18m及以下产品用的大型发电机为例，如果实时功率值大于49kw，则需通过限制电压目标值进行降压运行。

3）此加热控制策略下，即使是大型产品，只要不是全幅加热，都可以在240V的电压下工作，因此提高了加热效率，也保证了加热效果的最优化；

4）发电机自身也有保护机制，如果因发电机内部温度过高，造成输出电压的下降，会在显示器中给予提示；这种电压输出值的下降，属于保护策略的执行，不属于降压工作涉及的范畴。

4. 发电机信息查询与管理页面规划

控制器将发电机、发动机和各加热模块的运行参数及警示信息输出至人机交互显示屏。

页面功能：手动调整电压目标值，监测与管理发电机关键参数。

信息中电压值、电流值、功率值、转速/频率值只有在发电机处于运转状态时才能显示，否则显示为0，这是为了防止发电机在不运转时发送错误的信息。

通过信息化手段，可在主机显示器中方便查询到加热系统的三相电压、三相电流、三相实时功率、发电机内部关键点温度、转速/频率、励磁电阻、励磁电流等信息，以方便用户监控机器或部件状态。另外，还能通过人机交互显示器手动调整发电机的发电电压。

5. 发电机故障信息提示页面规划

页面功能：实时显示发电机及加热系统故障、警示信息；

信息提示属性：分级提示，按照总体1-4 级的分级，发电机及加热系统的故障、警示信息只有第2 级、第3 级、第4 级的分级；第2 级是故障总图标和分类图标闪烁，第3 级是只分类图标闪烁，第4 级是无图标闪烁，只有手动进入页面内才能看到信息。

利用信息化手段，采用事前预警和事中提醒相结合，对温度、通讯、绝缘、运行等状态进行监控，并对各故障状态进行分级提示，确保用户能及时了解机器或部件的故障信息。

6. 保温控制策略

策略制定背景：

1）加热系统刚开始时执行升压加热，加热一段时间后，可以进入降电压保温阶段；

2）降电压运行时，加热棒仍然会持续发热，直到达到设定温度；

策略制定目的：保护发电机、维持温度闭环恒定；

各加热模块在加热过程中，控制器按照设定的降压运行条件执行降压运行策略。

控制策略主要包含以下要素：

1）四段加热持续输出50分钟且左、右熨平板（左边加热区和右边加热区）温度均大于110度（左、右温度传感器无报警），主动进入降压运行，降压20V；

2）四段加热持续输出50分钟，且左右温度传感器任意一个有故障，主动进入降压运行，降压20V；

3）左右温度传感器无报警，且左右熨平板实际温度值大于等于目标值减去5度，主动进入降压运行，降压20V；

4）发电机温度（定子、转子、AVR）大于报警温度值，主动进入降压运行，降压20V；

实施例三：

基于实施例一所述的摊铺机加热系统和实施例二所述的摊铺机加热系统的控制方法，本实施例提供一种摊铺机，所述摊铺机配置有实施例一所述的摊铺机加热系统，并按照实施例二所述的摊铺机加热系统的控制方法进行控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种摊铺机加热系统，其特征是，包括发电机，所述发电机的输出端通过电缆依次与断路器、接触器和加热装置电连接；所述发电机的控制端与AVR的控制端电连接，其中，AVR表示自动电压调节器，所述AVR的输入端与I/O模块的输出端电连接；所述I/O模块的控制端与控制器的通讯端电连接；

所述加热装置包括多个加热模块，每个所述加热模块至少包括一个温度传感器，多个所述温度传感器分别与所述控制器的温度采集端电连接；所述接触器有多个，每个所述加热模块与一个所述接触器电连接；多个所述接触器的控制端分别与所述控制器的指令端电连接；

所述I/O模块的电流采集端与电流采集装置电连接，所述电流采集装置用于采集所述发电机的输出端的电流信号；

所述I/O模块的电压采集端与电压采集装置电连接，所述电压采集装置用于采集所述发电机的输出端的电压信号。

2.根据权利要求1所述的摊铺机加热系统，其特征是，所述控制器与人机交互显示器电连接。

3.根据权利要求1所述的摊铺机加热系统，其特征是，所述控制器与发动机控制器电连接，所述发动机控制器用于调整发动机的转速；所述发动机的输出轴与所述发电机的转子机械连接。

4.一种摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，包括：

开始加热时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次开启加热；

加热过程中，若某个加热区中的加热模块的实时温度值大于等于设定值，则按照设定的顺序及延时时间，关闭该加热区中的加热模块；

加热结束时，多个加热模块按照设定顺序及设定时间间隔依次停止加热。

5.根据权利要求4所述的摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，开始加热时，发动机先上调至设定的转速，在经过设定的时间间隔后，各个加热模块再开始按照设定程序启动；加热过程中，发动机的转速依据发电机的输出功率自适应调整。

6.根据权利要求5所述的摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，设置边界回差控制死区，即当发电机输出功率大于P₂时，发动机转速上调到设定转速a，而当发电机输出功率小于P₁时，发动机转速才下调至设定转速b，而在[P₁，P₂]的边界内，发动机转速不调整。

7.根据权利要求5所述的摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，工作时，发电机输出电压为额定电压，当发电机输出功率受限时，降低输出电压。

8.根据权利要求5所述的摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，控制器将发电机、发动机和各加热模块的运行参数及警示信息输出至人机交互显示屏。

9.根据权利要求5所述的摊铺机加热系统的控制方法，其特征是，各加热模块在加热过程中，控制器按照设定的降压运行条件执行降压运行策略。

10.一种摊铺机，其特征是，所述摊铺机配置有权利要求1~3任一项所述的摊铺机加热系统。

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