CN112667006A - 用于大滞后加热系统的恒温控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统，采用如下方式进行控制：在0‑100℃区间内，分成了8个区间；每一个所述区间均设一个固定加热时间；当温度值落入某一个所述区间，执行加热对应区间的时间值；加热完成后，等待热量传入，若传感器检测到温度进入到下一个所述区间时，继续执行下一所述区间的时间。该用于大滞后加热系统的恒温控制系统具有的优点如下：本设计特别适合产品使用环境不固定，产品本身有控制系统，从而不需要单独再加PID控制器，实现成本降低、设备体积缩小等目标。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统。
背景技术
对于固有系统，常常用PID调节实现系统的恒温控制，它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点。但一旦系统的传递函数出现变化，PID参数将需要进行重新整定，从一定程度上降低了其自适应性；所以急需一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统以解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统，该用于大滞后加热系统的恒温控制系统可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统，该用于大滞后加热系统的恒温控制系统采用如下方式进行控制：在0-100℃区间内，分成了8个区间；每一个所述区间均设一个固定加热时间；当温度值落入某一个所述区间，执行加热对应区间的时间值；加热完成后，等待热量传入，若传感器检测到温度进入到下一个所述区间时，继续执行下一所述区间的时间。
该用于大滞后加热系统的恒温控制系统具有的优点如下：
本设计特别适合产品使用环境不固定，产品本身有控制系统，从而不需要单独再加PID控制器，实现成本降低、设备体积缩小等目标。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例中大滞后加热系统的控制原理图。
图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于大滞后加热系统的恒温控制系统中温度采集及转化部分程序图。
图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于大滞后加热系统的恒温控制系统的自适应加热程序的示意图。
图4示意性地示出了根据本申请一个实施例的用于大滞后加热系统的恒温控制系统中温度区分及加热时间示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，提供一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统，如图1-4所示，采用如下方式进行控制：在0-100℃区间内，分成了8个区间；每一个所述区间均设一个固定加热时间；当温度值落入某一个所述区间，执行加热对应区间的时间值；加热完成后，等待热量传入，若传感器检测到温度进入到下一个所述区间时，继续执行下一所述区间的时间。
根据本申请的一个实施例，该用于大滞后加热系统的恒温控制系统为了确保加热过程顺利进行，同时克服流量和外部环境因素对加热过程的影响，在算法中加入了实时判断的功能，系统会每隔1分钟比较3分钟之间的两个温度值，一旦检测到当前温度值比3分钟以前温度值低，程序将会触发补加热1次，加热时间与当前温度值区间对应时间一致。
根据本申请的一个实施例，该用于大滞后加热系统的恒温控制系统具体实现方式如下：
一、硬件设计
要实现此滞后加热系统的恒温控制，控制器采用西门子S7-1200系列PLC，CPU型号1214C，该PLC经济稳定，环境适应性强，除开能满足泵和电磁阀等数字量信号输入输出的控制，还配置有2个通道的模拟量输入输出控制，以此可实现对温度的采集。温度传感器选用Pt100，通过变送器输出4-20Ma电流信号。PLC输出控制固态继电器，继电器控制加热丝电源的接通和断开，实现加热的控制。上位机通过以太网与PLC连接通信，显示当前温度值。
二、软件设计
此加热系统的特点是加热动作以后，热量需要传递到腔体内部，再渗透催化剂，然后才能被传感器检测到，而且热量传递效率随着样品气体流量以及外部环境温度不同而变化，传统温度调节对复杂变化因素适应差，存在参数整定时间太长。为解决上述问题，本软件设计由以下几部分构成。
1、温度采集及转化
PLC中AI通道（模拟量输入），主要用来检测传感器发出的与测量单位对应变化的电压与电流等电信号。由于现场传感器种类众多，量程范围不尽相同，所以通过PLC的AI通道进行DA转换，得出的数值就需要编程，把AI通道的数值（0-27648）变换成与现场传感器量程对应的数值。
温度传感器输出电流信号4-20mA ，对应温度范围为0-200℃，PLC模拟量输入通道信号为电压信号，范围为0-10V，传感器电流信号串接一个高精度电阻，阻值为250欧姆，转换后变成电压信号1-5V，通过标准化和缩放，最终将采集信号转化为温度值。
温度采集及转化部分程序如图2。
2、温度采集值滤波
PLC扫描周期为150ms，采集温度值变化太快，需要进行滤波处理，本设计采用中位值平均滤波方法，使显示的温度值稳定。
3、加热控制算法
本设计采用一种阶梯式加热方法，在0-100℃区间内，被分成了8个区间，每一个区间都有一个固定加热时间，当温度值落入某一个区间，将会执行加热对应区间的时间值，加热完成后，将会等待热量传入，一旦传感器检测到温度进入到下一个区间时，继续执行下一区间的时间，温度区间分段及加热时间如表1。按照此方式，最终温度将会稳定在100℃左右。实现阶梯式加热的程序如图4。
4、自适应
为了确保加热过程顺利进行，同时克服流量和外部环境因素对加热过程的影响，在算法中加入了实时判断的功能，系统会每隔1分钟比较3分钟之间的两个温度值，一旦检测到当前温度值比3分钟以前温度值低，程序将会触发补加热1次，加热时间与当前温度值区间对应时间一致。自适应判断控制程序如图3。
5、 加热保护
加热保护进行了两方面的工作，一是在硬件设计上，加热控制主回路用单独断路器控制，防止加热回路与其他回路相互影响；另一方面是在软件上进行保护，程序设计只有在温度传感器连线完好以及温度范围在规定区间内部时，控制程序才会生效，以此防止过加热。
6、通信
PLC中的数据与上位机通讯采用了OPC协议。OPC的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。采用OPC规范，便于系统的组态，将系统复杂性大大简化，可以大大缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护。
OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，用户都以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口。
温度值通过OPC与上位机软件通信，上位机界面中能够实时查看当前温度值。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (9)
1.一种用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于，采用如下方式进行控制：
在0-100℃区间内，分成了8个区间；
每一个所述区间均设一个固定加热时间；
当温度值落入某一个所述区间，执行加热对应区间的时间值；
加热完成后，等待热量传入，若传感器检测到温度进入到下一个所述区间时，继续执行下一所述区间的时间。
2.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于： 0-10℃区间的执行时间为30秒，10-20℃区间的执行时间为30秒，20-30℃区间的执行时间为40秒，30-40℃区间的执行时间为25秒，40-60℃区间的执行时间为50秒，60-80℃区间的执行时间为50秒，80-95℃区间的执行时间为30秒，95-100℃区间的执行时间为35秒。
3.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：控制器采用西门子S7-1200系列PLC，CPU型号1214C；
温度传感器选用Pt100，通过变送器输出4-20Ma电流信号；
PLC输出控制固态继电器，继电器控制加热丝电源的接通和断开，实现加热的控制；
上位机通过以太网与PLC连接通信，显示当前温度值。
4.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：PLC中AI通道用于检测传感器发出的与测量单位对应变化的电压与电流电信号。
5.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：温度传感器输出电流信号4-20mA ，对应温度范围为0-200℃，PLC模拟量输入通道信号为电压信号，范围为0-10V，传感器电流信号串接一个高精度电阻，阻值为250欧姆，转换后变成电压信号1-5V，通过标准化和缩放，最终将采集信号转化为温度值。
6.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：PLC扫描周期为150ms。
7.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：还包括加热控制主回路，该加热控制主回路用单独断路器控制，防止加热回路与其他回路相互影响。
8.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：只有在温度传感器连线完好以及温度范围在规定区间内部时，控制程序才会生效，以此防止过加热。
9.根据权利要求1所述的用于大滞后加热系统的恒温控制系统，其特征在于：PLC中的数据与上位机通讯采用OPC协议；
OPC的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁；
采用OPC规范，便于系统的组态，从而简化系统复杂性，提升缩短软件开发周期，提高软件运行的可靠性和稳定性，便于系统的升级与维护；
OPC规范了接口函数，用户以统一的方式去访问，从而实现系统的开放性，易于实现与其它系统的接口；
温度值通过OPC与上位机软件通信。
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