CN112684733A - 一种塑料挤出机加热控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塑料挤出机加热控制系统，此控制系统包括主控模块，信号调理模块，电源模块，驱动模块，电流检测模块，单元过温检测模块，这些模块分别分配在加热控制单元和加热驱动单元里面。本发明结构简单、节约成本、接线便捷、控制精确。解决了行业接线复杂，标准化低，可操作性差，控制精度差，安全性低等问题。而且还为将来设备向智能化，信息化发展提供了扩展接口，大大减低了企业向工业4.0升级的难度和成本。
Description
技术领域：
本发明涉及一种塑料挤出机加热控制系统。
背景技术：
在塑机加热领域中，目前大部分厂家采用的是如图1一样的架构，这种电路结构简单，成本低，但对于塑机这种应用场合也有很多的缺点：
1)保护功能不可靠，主要利用固态断路器进行保护，保护时间太长导致固态损坏。
2)接线工作量大，塑机一个机器通常需要十几个加热器甚至更多，不管控制线还是动力线非常多，增加大量的接线工作量，还有可能导致接线错误导致设备不能正常工作。
3)安全性低，在塑机行业，存在粉尘大，噪音大，温度高。这就要求各个电气单元IP防护能力较高，但是以前的方案防护能力较低，经常发生灰尘受潮后导致电路短路，造成设备损坏，更可怕的是有时候还会造成火灾，严重威胁到人身安全。
4)技术落后，可扩展性差，操作性差。目前的塑机加热系统，都是通过数显表和电位器进行调控，可操作性差，对后期工厂进行信息化和标准化管理没有预留接口，不能进行直接升级，大大增加了升级成本。
针对上述问题，提出了一种塑料挤出机加热控制系统。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供的一种塑料挤出机加热控制系统。
本发明所采用的技术方案有：一种塑料挤出机加热控制系统，包括上位机、加热控制单元、加热驱动单元以及由加热驱动单元驱动控制的加热器，其中：
加热控制单元，
在加热控制单元上设有连接上位机的控制接口以及连接1～4路加热驱动单元的驱动接口；
所述加热控制单元通过控制接口获取的上位机输出的控制信号，并根据输出的控制信号驱动控制相应加热驱动单元；
加热控制单元通过驱动接口实时获取各加热驱动单元的单元过温检测信号和加热器的加热电流检测信号，并对获取的信号进行运算处理，形成对应加热驱动单元的过温告警状态以及加热器的加热电流值、过流保护状态的数据信息，加热控制单元依序向上位机上传所述数据信息；
加热驱动单元，
在加热驱动单元上设有连接加热控制单元的驱动接口以及连接1～4路加热器的强电接口；
所述加热驱动单元将加热控制单元输入的控制信号转换为对各路加热器的驱控；
加热驱动单元持续获取自身的过温检测信号以及通过强电接口驱控1～4路加热器同时采集各加热器的加热电流值并生成电流检测信号，加热驱动单元将获取的信号持续向加热控制单元传输；
上位机，
所述上位机控制大于等于1个加热控制单元，并依序通过加热控制单元、加热驱动单元实现对每一路加热器驱动控制。
进一步地，所述加热控制单元包括主控模块、信号调理模块以及控制信号通道，其中：
主控模块，
在主控模块上集成过流保护、故障锁存、电流计算以及通讯功能，
主控模块与上位机保持通讯，以及接收和处理来自经信号调理模块输入的信号，经过主控模块处理后的信号形成加热驱动单元的过温告警状态以及由加热控制单元控制驱动的各加热器的加热电流值、过流保护状态的数据信息，主控模块依序向上位机上传数据信息；当过流保护状态表现为某个加热器过流时，主控模块会关断控制信号通道中的控制信号使能，从而关断加热驱动单元内设置的相应的固态继电器，保护对应固态继电器和对应加热器过流；
信号调理模块，
所述信号调理模块调理来自加热控制单元上驱动接口输入的信号，并将输入的信号输出给主控模块；
控制信号通道，
所述控制信号通道同时接收来自上位机的控制信号以及来自主控模块的控制信号通道通断状态使能，对应控制各路加热器。
进一步地，所述主控模块是基于DSP芯片的主控模块。
进一步地，所述信号调理模块调理来自加热控制单元上驱动接口输入的信号包括：加热控制单元控制的各加热驱动单元的单元过温检测信号以及由加热驱动单元驱动控制的加热器的加热电流检测信号。
进一步地，所述加热驱动单元包括：驱动模块、固态继电器、电流检测模块以及单元过温检测模块，其中：
驱动模块，
所述驱动模块对加热驱动单元上驱动接口所接收控制信号进行调理后，控制1～4路固态继电器的通断；
固态继电器，
所述固态继电器设置为1～4路，与输入的1～4路驱动模块控制信号相对应，每个固态继电器通过加热驱动单元上的强电接口对应和1路加热器驱动连接；
电流检测模块，
所述电流检测模块从加热驱动单元上的强电接口采集各加热器的加热电流，并通过加热驱动单元上的驱动接口向加热控制单元传输电流检测信号；
单元过温检测模块，
所述单元过温检测模块实时采样加热驱动单元本身的温度并生成对应的过温检测信号，通过加热驱动单元上的驱动接口向加热控制单元传输过温检测信号。
进一步地，所述电流检测模块为基于霍尔电流传感器的电流检测模块。
进一步地，所述上位机控制1个加热控制单元的1～16路控制信号相互独立，
加热控制单元上传给上位机的加热电流值和过流保护状态是分别对应的1～16路加热器通道；
加热控制单元上传给上位机的过温告警状态是分别对应加热控制单元控制的连接1～4路加热驱动单元；
加热驱动单元从加热控制单元接收的相应的1～4路控制信号是独立的并分别控制1～4路固态继电器，电流检测模块的电流采样值分别对应相应的1～4路加热器通道。
本发明具有如下有益效果：
1)加热控制单元和各个加热驱动单元之间的控制连线都是使用DB15的标准电缆，加热控制单元和上位机连接是标准DB44电缆，减少了大量的接线工作。
2)加热驱动单元内置了电流采样模块和单元过温检测模块，可以监控电流和单元过温状况，防止过流和过温，增加驱动单元工作寿命。当外部发生短路，硬件保护电路在10ms内，关断对应控制信号通道。
3)加热控制单元和加热驱动单元都使用了金属外壳，不仅加强了抗干扰能力和防护能力，而且美观大方，便于生产维护。
4)所有的数据信息包括控制状态，保护状态，加热电流，驱动单元过温状态等采样数值可以通过标准485通讯口上传给上位机电脑，进行存档和参与大闭环控制。方便以后的信息化升级和改造。
附图说明：
图1是现有加热系统框图。
图2是本发明所述系统框图。
图3是加热控制单元内部框图。
图4是加热驱动单元内部框图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图2，本发明一种塑料挤出机加热控制系统，包括上位机A、加热控制单元B、加热驱动单元C和加热器D，一个加热控制单元B连接1～4路加热驱动单元C，每路加热驱动单元C驱动1～4路加热器D，上位机A连接多路加热控制单元B，并实现大于16路的加热器D的驱动控制工作。
本实施例以4路加热驱动单元C和4路加热器D为例，对本发明塑料挤出机加热控制系统进行下述具体介绍。
如图3，本发明中的加热控制单元B中含有基于高速DSP芯片的主控模块，主控模块在软件上集成了过流保护、故障锁存、电流计算和通讯功能。
加热控制单元B通过控制接口和上位机A进行连接，上位机A的控制信号通过加热控制单元B内的控制信号通道和驱动接口到达加热驱动单元C上。
如图4，加热驱动单元C通过驱动接口向加热控制单元B反馈电流采样信号和单元过温检测信号，
电流采样信号和单元过温检测信号通过加热控制单元B内的信号调理模块进入主控模块。
主控模块根据获得的电流采样信号计算加热器D的加热电流值，并进行过流保护判断，在发生加热器D过流时，主控模块会关断对应的控制信号通道，从而关断加热驱动单元C中的固态继电器，达到保护固态继电器和加热器D的目的。
主控模块根据获得的单元过温检测信号更新加热驱动单元过温告警状态，主控模块将加热电流值、过流保护状态及加热驱动单元过温告警状态通过控制接口和上位机A进行通讯。
本发明中的加热驱动单元C包含基于霍尔电流传感器的电流检测模块，驱动模块，固态继电器和单元过温检测模块。
加热驱动单元C通过驱动接口和加热控制单元B连接，并从加热控制单元B获取控制信号，控制信号会进入加热驱动单元C中的驱动模块，驱动模块对控制信号进行调理后控制四路固态继电器的通断。固态继电器通过强电接口和加热器D进行连接，固态继电器可控制加热器D中加热电流的通断。
电流检测模块从强电接口上采集加热器D的加热电流采样信号，通过驱动接口向加热控制单元B传输数据。加热驱动单元C内的单元过温检测模块会实时采样加热驱动单元C本身的温度生成过温检测信号，同时将过温检测信号通过驱动接口发送到加热控制住单元B。
上位机A发送给加热控制单元B的16路控制信号都是独立的，加热控制单元B上传给上位机A的加热电流值和过流保护状态是分别对应16路加热器D通道的，过温告警是分别对应4路加热驱动单元C的。
从加热控制单元B接收的4路控制信号是独立的并分别控制四路固态继电器的，电流检测模块的电流采样值同样也是分别对应4路加热器通道的。
本发明产生的有益效果如下：
1)加热控制单元通过控制接口接收到16路驱动固态的控制信号,通过加热控制单元分成4组控制信号，每路有4路信号。再通过DB15口分发给每个加热驱动单元。
2)在加热驱动单元工作期间，每路的加热电流检测信号和单元自身的过温状态检测信号，通过DB15口送到加热控制单元。
3)主控模块根据电流检测信号进行处理，通过基于高速DSP的软件程序进行比较和判断，并对故障进行锁存，同时关断对应控制信号通道，达到关断固态继电器的目的，且此故障保护状态只有通过手动故障复位才能清除，提高了控制系统的安全稳定性。
4)所有的数据信息包括控制状态，电流，温度等采样数值可以通过通讯口上传给上位机电脑，进行存档和参与大闭环控制。
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，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：包括上位机(A)、加热控制单元(B)、加热驱动单元(C)以及由加热驱动单元(C)驱动控制的加热器(D)，其中：
加热控制单元(B)，
在加热控制单元(B)上设有连接上位机(A)的控制接口以及连接1～4路加热驱动单元(C)的驱动接口；
所述加热控制单元(B)通过控制接口获取的上位机(A)输出的控制信号，并根据输出的控制信号驱动控制相应加热驱动单元(C)；
加热控制单元(B)通过驱动接口实时获取各加热驱动单元(C)的单元过温检测信号和加热器(D)的加热电流检测信号，并对获取的信号进行运算处理，形成对应加热驱动单元(C)的过温告警状态以及加热器(D)的加热电流值、过流保护状态的数据信息，加热控制单元(B)依序向上位机(A)上传所述数据信息；
加热驱动单元(C)，
在加热驱动单元(C)上设有连接加热控制单元(B)的驱动接口以及连接1～4路加热器(D)的强电接口；
所述加热驱动单元(C)将加热控制单元(B)输入的控制信号转换为对各路加热器(D)的驱控；
加热驱动单元(C)持续获取自身的过温检测信号以及通过强电接口驱控1～4路加热器(D)同时采集各加热器(D)的加热电流值并生成电流检测信号，加热驱动单元(C)将获取的信号持续向加热控制单元(B)传输；
上位机(A)，
所述上位机(A)控制大于等于1个加热控制单元(B)，并依序通过加热控制单元(B)、加热驱动单元(C)实现对每一路加热器(D)驱动控制。
2.权利要求1所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述加热控制单元(B)包括主控模块、信号调理模块以及控制信号通道，其中：
主控模块，
在主控模块上集成过流保护、故障锁存、电流计算以及通讯功能，
主控模块与上位机(A)保持通讯，以及接收和处理来自经信号调理模块输入的信号，经过主控模块处理后的信号形成加热驱动单元(C)的过温告警状态以及由加热控制单元(B)控制驱动的各加热器(D)的加热电流值、过流保护状态的数据信息，主控模块依序向上位机(A)上传数据信息；当过流保护状态表现为某个加热器(D)过流时，主控模块会关断对应的控制信号通道，从而关断加热驱动单元(C)内设置的相应的固态继电器，保护对应固态继电器和对应加热器(D)以防过流；
信号调理模块，
所述信号调理模块调理来自加热控制单元(B)上驱动接口输入的信号，并将输入的信号输出给主控模块；
控制信号通道，
所述控制信号通道同时接收来自上位机(A)的控制信号以及来自主控模块的控制信号通道通断状态使能，对应控制各路加热器(D)。
3.权利要求2所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述主控模块是基于DSP芯片的主控模块。
4.权利要求2所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述信号调理模块调理来自加热控制单元(B)上驱动接口输入的信号包括：加热控制单元(B)控制的各加热驱动单元(C)的单元过温检测信号以及由加热驱动单元(C)驱动控制的加热器(D)的加热电流检测信号。
5.权利要求2所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述加热驱动单元(C)包括：驱动模块、固态继电器、电流检测模块以及单元过温检测模块，其中：
驱动模块，
所述驱动模块对加热驱动单元(C)上驱动接口所接收控制信号进行调理后，控制1～4路固态继电器的通断；
固态继电器，
所述固态继电器设置为1～4路，与输入的1～4路驱动模块控制信号相对应，每个固态继电器通过加热驱动单元(C)上的强电接口对应和1路加热器(D)驱动连接；
电流检测模块，
所述电流检测模块从加热驱动单元(C)上的强电接口采集各加热器(D)的加热电流，并通过加热驱动单元(C)上的驱动接口向加热控制单元(B)传输电流检测信号；
单元过温检测模块，
所述单元过温检测模块实时采样加热驱动单元(C)本身的温度并生成对应的过温检测信号，通过加热驱动单元(C)上的驱动接口向加热控制单元(B)传输过温检测信号。
6.权利要求5所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述电流检测模块为基于霍尔电流传感器的电流检测模块。
7.权利要求5所述的塑料挤出机加热控制系统，其特征在于：所述上位机(A)控制1个加热控制单元(B)的1～16路控制信号相互独立，
加热控制单元(B)上传给上位机(A)的加热电流值和过流保护状态是分别对应的1～16路加热器(D)通道；
加热控制单元(B)上传给上位机(A)的过温告警状态是分别对应加热控制单元(B)控制的连接1～4路加热驱动单元(C)；
加热驱动单元(C)从加热控制单元(B)接收的相应的1～4路控制信号是独立的并分别控制1～4路固态继电器，电流检测模块的电流采样值分别对应相应的1～4路加热器通道。
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