CN114200984A - 一种15路组合一体化电流型温度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种15路组合一体化电流型温度控制器，涉及温度控制器技术领域，解决了目前市场上的控制器在设备高速生产中因热量带走不均而引起的生产过多次品乃至废品的技术问题；其中，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器，当负载加热器的实际温度接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果并结合预设MPT控制算法，控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行电压输出，将实际温度精确控制在预设目标温度值左右；在制品监测单元用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，判断生产设备运行是否异常，及时预警，以避免不合格产品产生，实现高效率、高品质的生产要求。

Description

一种15路组合一体化电流型温度控制器

技术领域

本发明涉及温度控制器技术领域，具体是一种15路组合一体化电流型温度控制器。

背景技术

温度控制器广泛应用于需多点加热，且各点加热温度高低要求不同的设备，例如：片材成型机械(吸塑机)、箱包机械等；目前，市场上所应用的一体化多路组合控制器，大都为调压稳压的方式，即以所设电压值为目标值进行稳压的一种方式，此种控制方式与实际温度值无直接关联，在加热炉区无论温度怎么变化，变化多大，控制器均按所设的固定电压输出；而此类机械生产的产品是要求温度越稳定，产品的质量越好，如此由于温度的不稳定性就会造就过多的次品和废品，特别是高速机，生产的速度越快，越容易造成温度的不稳定，因为速度越快带走热量也快；

另外，机械设备上的负载(加热器)损坏检测功能，因目前市场上所应用的稳压型控制器是以测量计算负载上反馈电压来实现稳压的方式，由于可控硅的“开关功能”是非隔离触点式特性，即只要有输入电压，自身就会存在漏电流而形成电压输出(空载状态下)，即使在负载开路时也会“输出电压”；会使控制器误判断或判断不了而造成不报警，以至于在加热器负载已然开路(不加热了)时，仍在正常生产，待发现时则可能已生产出成批量的次品或废品出来，从而会造成较大的材料浪费，能源损失；本发明主要针对目前市场控制器的上述两大缺点而开发，能有效的避免此类现象，以最大限度的减小不必要损失，从而达到节能效果，提高机械设备的生产效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种15路组合一体化电流型温度控制器，解决了目前市场上已有控制器，在设备高速生产中因热量带走不均，而引起生产出过多次品乃至废品的问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种15路组合一体化电流型温度控制器，包括主控制板、与上位机连接进行数据交换的通讯单元、15路独立的驱动输出单元、15路独立的负载电流回路检测单元以及在制品监测单元；

所述主控制板上设置有三相四线电压输入采样单元和热电偶温度采样单元；其中15路独立的驱动输出单元均设置在主控制板上方，且各自与主控制板上的MCU一一对应连接；

当正确接线，各输入电压均正常输入后，所述三相四线电压输入采样单元用于采集实时电压值及零点，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器；所述热电偶温度采样单元用于实时检测负载加热器的温度变化，当实时采集的温度值接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果并结合预设MPT控制算法，控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行电压输出，将负载加热器的实时温度控制在预设目标温度值的允许误差范围内；

所述在制品监测单元与主控MCU通信连接，用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，计算得到生产设备的生产系数SC，将SC与对应的生产系数阈值Y1相比较；若SC＜Y1，则判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号通过通讯单元传递至上位机；所述上位机接收到运行异常信号后暂停生产，提示管理人员对生产设备进行检修保养。

进一步地，15路独立的驱动输出单元均分别对应连接有电流互感器，所述电流互感器用于实时采集输出电流值并将其传输至负载电流回路检测单元，所述负载电流回路检测单元用于检测实时输出电流值；

当负载加热器损坏，则主控MCU生成报警信号，并将报警信号通过通讯单元传递至上位机，所述上位机接收到报警信号后执行报警动作或暂停生产；其中负载加热器损坏包括加热器开路及加热器负载回路断线。

进一步地，若负载加热器的实际温度因外界因素产生变化时，主控MCU会调节输出比例，以最大限度缩小实际温度与目标温度之间的差值，达到恒温效果；其中外界因素包括生产时片材冷料的进入、外界输入电压。

进一步地，所述控制器设计有PI和PO端口，供多个控制器相互级联时，主控制器发送命令给从控制器，以达到多点加热系统同步控制的效果。

进一步地，其中MPT控制算法由管理人员预先设置；主控MCU即为主控制板上的MCU。

进一步地，所述在制品监测单元的具体分析步骤为：

获取生产设备的单位生产数据，所述单位生产数据包括预设单位时间内生产设备的耗电量和产品分析结果信息，所述产品分析结果信息包括预设单位时间内生产设备生产产品的总数量和每个产品的检测结果Gi；

将预设单位时间内生产设备的耗电量标记为D1，将生产的产品总数量标记为L1，根据每个产品的检测结果统计得到产品合格率H1；利用公式SC＝(L1×b1)/(D1×b2)+H1×b3计算得到生产设备的生产系数SC，其中b1、b2和b3均为系数因子。

进一步地，将生产设备的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D2；设定若干个生产系数阈值，每个生产系数阈值均对应一个预设工作时长范围，将工作时长D2与所有的预设工作时长范围相匹配，得到对应的生产系数阈值Y1。

进一步地，所述在制品监测单元的具体分析步骤还包括：

获取预设单位时间内每个产品的检测结果Gi，当产品检测合格时，令Gi＝1；当产品检测不合格时，令Gi＝0；

当监测到Gi＝0时，则在在制品监测单元创建产品元素队列，以便于继续采集产品的检测结果存储入产品元素队列，若产品元素队列的元素个数达到预设第一阈值且最后一个元素不为0或者元素个数达到预设第二阈值时，则将产品元素队列中的元素上报至主控MCU，并在在制品监测单元中销毁产品元素队列；其中预设第一阈值小于预设第二阈值；

主控MCU获取产品元素队列中的元素进行分析，在预设时间区间内，若等于0的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例时，判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中三相四线电压输入采样单元用于采集实时电压值及零点，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器；当负载加热器的实际温度接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果，并结合预设MPT控制算法控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行控制，将负载加热器的实时温度精确控制在预设目标温度值的允许误差范围内，提高生产产品的一致性和合格率；

2、本发明中负载电流回路检测单元用于检测实时输出电流值，当负载加热器损坏时，则生成报警信号，上位机接收到报警信号后执行报警动作或暂停生产；在制品监测单元用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，根据预设单位时间内每个产品的检测结果的变化趋势，判定对应生产设备是否运行异常；同时通过生产设备的耗电量、生产速率和产品合格率进行分析得到生产设备的生产系数，根据生产系数及时预警，对运行异常的生产设备进行检修保养，避免不合格产品的产生，实现了高效率、高品质的生产要求，大幅度避免了能源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一单元实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种15路组合一体化电流型温度控制器，包括主控制板、与上位机连接进行数据交换的通讯单元、15路独立的驱动输出单元以及15路独立的负载电流回路检测单元；

主控制板上设置有三相四线电压输入采样单元和热电偶温度采样单元；其中，15路独立的驱动输出单元均分别对应连接有电流互感器，15个电流互感器分别对应与15路独立的负载电流回路检测单元相连接；

其中15路独立的驱动输出单元均设置在主控制板上方，且各自与主控制板上的MCU一一对应连接；控制器设计有PI和PO端口，供多个控制器相互级联时，主控制器发送命令给从控制器，以达到多点加热系统同步控制的效果；

当正确接线，各输入电压均正常输入后，三相四线电压输入采样单元用于采集实时电压值及零点，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器；热电偶温度采样单元用于实时检测负载加热器的温度变化，将实时采集的温度值与预设目标温度值进行差值计算；

当实时采集的温度值接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果，并结合预设MPT控制算法控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行控制，将负载加热器的实时温度精确控制在预设目标温度值的允许误差范围内；其中MPT控制算法由管理人员预先设置；主控MCU即为主控制板上的MCU；

在本实施例中，本控制器只以负载加热器的实际温度为目标进行控制，若实际温度因外界因素产生变化时(例：生产时片材冷料的进入，外界输入电压的变化都会产生实际温度的变化)，主控MCU会调节输出比例，以最大限度缩小实际温度与目标温度之间的差值，达到恒温效果；温度控制准确了，所生产出来的产品一致性更高；

其中控制器的每一路驱动输出单元均装配有电流互感器，电流互感器用于实时采集输出电流值并将其传输至负载电流回路检测单元，负载电流回路检测单元用于检测实时输出电流值，当负载加热器损坏(常见的有加热器开路及加热器负载回路断线)，则主控MCU生成报警信号，并将报警信号通过通讯单元传递至上位机，上位机接收到报警信号后执行报警动作或暂停生产，以免由于加热器负载开路而还继续生产出不合格产品，造成较大的材料浪费及能源损耗；

本发明相对设备终端用户商使用时，因是以温度为目标进行控制的方式，可有效的避免由于温度的不稳定性以及在生产过程中出现加热器负载损坏而生产出的不良产品及废品，减免了不必要的资源浪费；

在本实施例中，该控制器还包括在制品监测单元，在制品监测单元与主控MCU通信连接，用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，具体分析步骤为：

S11：获取生产设备的单位生产数据，单位生产数据包括预设单位时间内生产设备的耗电量和产品分析结果信息，产品分析结果信息包括预设单位时间内生产设备生产产品的总数量和每个产品的检测结果Gi，其中当产品检测合格时，令Gi＝1；当产品检测不合格时，令Gi＝0；其中i表示第i个产品；

S12：当监测到Gi＝0时，则在在制品监测单元创建产品元素队列，以便于继续采集产品的检测结果存储入产品元素队列，若产品元素队列的元素个数达到预设第一阈值且最后一个元素不为0或者元素个数达到预设第二阈值时，则将产品元素队列中的元素上报至主控MCU，并在在制品监测单元中销毁产品元素队列；其中预设第一阈值小于预设第二阈值；

S13：主控MCU获取产品元素队列中的元素，在预设时间区间内，若等于0的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例时，判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号通过通讯单元传递至上位机，上位机接收到运行异常信号后暂停生产，提示管理人员对生产设备进行检修保养；

在本实施例中，在制品监测单元的具体分析步骤还包括：

S21：将预设单位时间内生产设备的耗电量标记为D1，将生产的产品总数量标记为L1，根据每个产品的检测结果统计得到产品合格率H1；

利用公式SC＝(L1×b1)/(D1×b2)+H1×b3计算得到生产设备的生产系数SC，其中b1、b2和b3均为系数因子；

S22：将生产设备的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D2；设定若干个生产系数阈值，每个生产系数阈值均对应一个预设工作时长范围，将工作时长D2与所有的预设工作时长范围相匹配，得到对应的生产系数阈值Y1；

S23：将生产系数SC与对应的生产系数阈值Y1相比较；若SC＜Y1，则判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号；

本发明通过在制品监测单元对预设单位时间内每个产品的检测结果的变化趋势进行分析，判定对应生产设备是否运行异常，同时通过生产设备的耗电量、生产速率和产品合格率进行分析得到生产设备的生产系数，根据生产系数及时预警，对运行异常的生产设备进行检修保养，避免不合格产品的产生，使得产品后期的正常工作和效果需求得到及时、有效的维护；从而提高生产设备的生产速率和产品合格率；综合上述，本发明实现了高效率、高品质的生产要求，大幅度的降低了产品的不良品，大幅度避免了能源的浪费。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种15路组合一体化电流型温度控制器，在工作时，当正确接线，各输入电压均正常输入后，三相四线电压输入采样单元用于采集实时电压值及零点，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器；热电偶温度采样单元实时检测负载加热器的温度变化，将实时采集的温度值与预设目标温度值进行差值计算；当实时采集的温度值接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果，并结合预设MPT控制算法控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行控制，将负载加热器的实时温度精确控制在预设目标温度值的允许误差范围内，提高生产产品的一致性；

负载电流回路检测单元用于检测实时输出电流值，当负载加热器损坏(常见的有加热器开路及加热器负载回路断线)，则主控MCU生成报警信号，上位机接收到报警信号后执行报警动作或暂停生产；在制品监测单元用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，根据预设单位时间内每个产品的检测结果的变化趋势，判定对应生产设备是否运行异常；同时通过生产设备的耗电量、生产速率和产品合格率进行分析得到生产设备的生产系数，根据生产系数及时预警，对运行异常的生产设备进行检修保养，避免不合格产品的产生，使得产品后期的正常工作和效果需求得到及时、有效的维护；从而提高生产设备的生产速率和产品合格率；实现了高效率、高品质的生产要求，大幅度避免了能源的浪费。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，包括主控制板、与上位机连接进行数据交换的通讯单元、15路独立的驱动输出单元、15路独立的负载电流回路检测单元以及在制品监测单元；

所述主控制板上设置有三相四线电压输入采样单元和热电偶温度采样单元；其中15路独立的驱动输出单元均设置在主控制板上方，且各自与主控制板上的MCU一一对应连接；

当正确接线，各输入电压均正常输入后，所述三相四线电压输入采样单元用于采集实时电压值及零点，各驱动输出单元按预设电压值输出电压给负载加热器；所述热电偶温度采样单元用于实时检测负载加热器的温度变化，当实时采集的温度值接近或达到预设目标温度值时，主控MCU根据差值计算结果并结合预设MPT控制算法，控制各驱动输出单元按输出和关断输出的比例方式进行电压输出，将负载加热器的实时温度控制在预设目标温度值的允许误差范围内；

所述在制品监测单元与主控MCU通信连接，用于对生产设备进行在制品监测，采集生产设备的单位生产数据并进行分析，计算得到生产设备的生产系数SC，将SC与对应的生产系数阈值Y1相比较；若SC＜Y1，则判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号，并将运行异常信号通过通讯单元传递至上位机；所述上位机接收到运行异常信号后暂停生产，提示管理人员对生产设备进行检修保养。

2.根据权利要求1所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，15路独立的驱动输出单元均分别对应连接有电流互感器，所述电流互感器用于实时采集输出电流值并将其传输至负载电流回路检测单元，所述负载电流回路检测单元用于检测实时输出电流值；

当负载加热器损坏，则主控MCU生成报警信号，并将报警信号通过通讯单元传递至上位机，所述上位机接收到报警信号后执行报警动作或暂停生产；其中负载加热器损坏包括加热器开路及加热器负载回路断线。

3.根据权利要求1所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，若负载加热器的实际温度因外界因素产生变化时，主控MCU会调节输出比例，以最大限度缩小实际温度与目标温度之间的差值，达到恒温效果；其中外界因素包括生产时片材冷料的进入、外界输入电压。

4.根据权利要求1所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，该控制器设计有PI和PO端口，供多个控制器相互级联时，主控制器发送命令给从控制器，以达到多点加热系统同步控制的效果。

5.根据权利要求1所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，其中MPT控制算法由管理人员预先设置；主控MCU即为主控制板上的MCU。

6.根据权利要求1所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，所述在制品监测单元的具体分析步骤为：

获取生产设备的单位生产数据，所述单位生产数据包括预设单位时间内生产设备的耗电量和产品分析结果信息，所述产品分析结果信息包括预设单位时间内生产设备生产产品的总数量和每个产品的检测结果Gi；

将预设单位时间内生产设备的耗电量标记为D1，将生产的产品总数量标记为L1，根据每个产品的检测结果统计得到产品合格率H1；利用公式SC＝(L1×b1)/(D1×b2)+H1×b3计算得到生产设备的生产系数SC，其中b1、b2和b3均为系数因子。

7.根据权利要求6所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，将生产设备的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D2；设定若干个生产系数阈值，每个生产系数阈值均对应一个预设工作时长范围，将工作时长D2与所有的预设工作时长范围相匹配，得到对应的生产系数阈值Y1。

8.根据权利要求6所述的一种15路组合一体化电流型温度控制器，其特征在于，所述在制品监测单元的具体分析步骤还包括：

获取预设单位时间内每个产品的检测结果Gi，当产品检测合格时，令Gi＝1；当产品检测不合格时，令Gi＝0；

当监测到Gi＝0时，则在在制品监测单元创建产品元素队列，以便于继续采集产品的检测结果存储入产品元素队列，若产品元素队列的元素个数达到预设第一阈值且最后一个元素不为0或者元素个数达到预设第二阈值时，则将产品元素队列中的元素上报至主控MCU，并在在制品监测单元中销毁产品元素队列；其中预设第一阈值小于预设第二阈值；

主控MCU获取产品元素队列中的元素进行分析，在预设时间区间内，若等于0的元素个数达到预设第三阈值或者达到预定比例时，判定对应生产设备运行异常，生成运行异常信号。

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