CN114415758A - 一种用于箱式炉的温度控制系统及控制方法 - Google Patents

一种用于箱式炉的温度控制系统及控制方法 Download PDF

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陈浩
段红松
程继发
杨金权
肖路
刘炯
谌宏君
谢礼飞
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Hunan Shuoke Thermal Intelligent Equipment Co ltd
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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
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Abstract

本发明公开了一种用于箱式炉的温度控制系统及控制方法，所述控制系统包括触摸屏、温控仪、调功器、热电偶和加热元件；所述热电偶与所述温控仪相连，用于检测箱式炉的炉体内检测温度并发送至温控仪；所述温控仪与所述调功器相连，用于将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器；所述调功器与所述加热元件相连，用于根据调节信号控制所述加热元件的加热以对炉体内的温度进行调节；所述触摸屏与所述温控仪相连，用于将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整调功器的预设温度。本发明具有成本低、控制稳定等优点。

Description

一种用于箱式炉的温度控制系统及控制方法
技术领域
本发明主要涉及箱式炉技术领域，具体涉及一种用于箱式炉的温度控制系统及控制方法。
背景技术
箱式炉作为一个小型的加热系统，其体积小，结构简单，可以进行复杂的工艺烧结。箱式炉中含有温控仪、调功器以及加热元件就能实现简单的加热过程，但复杂工艺需要设置温度曲线，如根据工艺需要可以选用8步、16步、24步、32步、120步甚至更多步数的温控仪表。但是这些仪表使用上有诸多不便，有时甚至需要手动一步步按键设置，无疑非常的麻烦，而且这些温控仪表市场上甚至价格高达上万元，设计成本昂贵。另外大部分箱式炉系统温控仪曲线设置需要手动一步一步来，容易出错，且箱式炉无法自动记录历史数据等。
现有的其它技术途径实现曲线设置，一方面可以由温控仪本身自带，根据工艺需求选择符合要求步数的温控仪表；另一方面，温控仪本身不带曲线设置功能，可以增加上位机，利用上位机软件的脚本实现，并实现数据记录功能。其中采用不带曲线设置的温控仪也有其他方法。如方法一，如箱式炉配备一个工控机，再安装WINCC软件，利用WINCC软件脚本编辑功能时时写入设定温度来实现曲线设置。该方法需要配备工控机且需要购买WINCC等组态软件，价格相当昂贵，且组态相对不便利；方法二，利用PLC与温控仪表进行MODBUS通讯，对温控仪写给定温度，在PLC上编写曲线升温程序，并在触摸屏上组态，进而进行曲线设置。该方法同样时时刻刻与仪表通讯，对通讯质量有很高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种成本低的用于箱式炉的温度控制系统，并相应提供一种操作简便的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于箱式炉的温度控制系统，包括触摸屏、温控仪、调功器、热电偶和加热元件；
所述热电偶与所述温控仪相连，用于检测箱式炉的炉体内检测温度并发送至温控仪；
所述温控仪与所述调功器相连，用于将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器；
所述调功器与所述加热元件相连，用于根据调节信号控制所述加热元件的加热以对炉体内的温度进行调节；
所述触摸屏与所述温控仪相连，用于将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整预设温度。
优选地，所述触摸屏通过MODBUS串口与所述温控仪相连，用于实现历史数据记录或报警记录。
优选地，所述温控仪为欧姆龙E5EC温控仪，所述触摸屏为MCGS触摸屏。
优选地，所述斜线的参数包括斜率、初始值和目标值。
本发明还公开了一种箱式炉，包括炉体和如上所述的用于箱式炉的温度控制系统。
本发明进一步公开了一种基于如上所述的用于箱式炉的温度控制系统的温度控制方法，包括步骤：
S01、所述热电偶检测箱式炉的炉体内检测温度并发送至温控仪；
S02、所述温控仪将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器；其中所述触摸屏将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整预设温度；
S03、所述调功器根据调节信号控制所述加热元件的加热以对炉体内的温度进行调节。
优选地，在步骤S02中，所述触摸屏将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，即由N个线段组成的一个N步折线，输出的调节信号为各线段对应的升温斜率K1和目标温度S1。
优选地，在步骤S02中，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出每一步升温斜率：
Figure BDA0003402319190000031
通过触摸屏拥有获取当前时间的脚本函数，加热启动开始先记录当前时间T0，进行第一步曲线设置，给定升温斜率K1和目标温度S1，时间到达后即当前时间T＝T0+T1，则进行第二步曲线设置，给定升温斜率K2和目标温度S2，当前时间达到T0+T1+T2时刻，进行第三步曲线设置，以此类推。
优选地，在步骤S02中，通过实时写入预设温度的方法，实现设置任意步数曲线。
优选地，在步骤S02中，通过实时写入预设温度的方法，实现设置任意步数曲线的具体过程为：将升温曲线分成由N个线段组成的一个N步折线，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出第N步的设温曲线公式为：
Figure BDA0003402319190000032
T1+T2+…+Tn-1<t<T1+T2+…+Tn
加热启动后，开始执行加热过程；每一步执行上述公式，每一时刻预设温度通过触摸屏赋与到温控仪上，一步完成，然后进行下一步，直到完成第N步，若步数计数超过N，则结束加热，温度设定值赋0。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的用于箱式炉的温度控制系统，无需配备工控机和购买WINCC软件，采用一个触摸屏和温控仪就能实现相应功能，能够省空间省成本，也无需配备PLC，不需要实时MODBUS通讯，对通讯质量要求不是很高。
本发明在采用MCGS触摸屏和E5EC温控仪之后，利用此温控仪内部特性即带有斜坡功能，通过设计脚本程序实现自动升温，再也不受限于温控仪限制，而且能够根据需要设置任意曲线，成本非常低，而且温控仪无需实时进行MODBUS通讯，仅需每一步开始时刻设置一个升温斜率和目标温度，通讯质量要求不高，控制方法更加稳定。
附图说明
图1为本发明的控制系统在具体应用时的结构示意图。
图2为本发明的控制方法在一实施例中的流程图。
图3为本发明的控制方法在另一实施例中的流程图。
图例说明：1、炉体；2、热电偶；3、温控仪；4、调功器；5、加热元件；6、触摸屏。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的用于箱式炉的温度控制系统，包括触摸屏6、温控仪3、调功器4、热电偶2和加热元件5；
热电偶2与所述温控仪3相连，用于检测箱式炉的炉体1内检测温度并发送至温控仪3；
温控仪3与调功器4相连，用于将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器4；
调功器4与加热元件5相连，用于根据调节信号控制加热元件5的加热以对炉体1内的温度进行调节；
触摸屏6与温控仪3相连，用于将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整温控仪3的预设温度。
本发明的用于箱式炉的温度控制系统，无需配备工控机和购买WINCC软件，采用一个触摸屏6和温控仪3就能实现相应功能，能够省空间省成本，也无需配备PLC，不需要实时MODBUS通讯，对通讯质量要求不是很高。
在一具体实施例中，温控仪3为欧姆龙E5EC温控仪，温控仪3E5EC系列控制精度在0.3％FS左右，精度较高稳定性好，常用作各种窑炉中。E5EC不支持曲线设置功能，支持斜率升温功能且能设置斜坡斜率，支持MODBUS通讯，成本低。触摸屏6为MCGS触摸屏，用来实现曲线设置、历史记录功能及报警功能，拥有MODBUS串口，可以与温控仪3进行通讯，其内部组件功能强大，能设计脚本，实现历史数据记录，报警记录等功能。
本发明实施例还公开了一种基于如上所述的用于箱式炉的温度控制系统的温度控制方法，包括步骤：
S01、热电偶2检测箱式炉的炉体1内的温度并发送至温控仪3；
S02、温控仪3将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器4；其中触摸屏6将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来温控仪3的预设温度；
S03、调功器4根据调节信号控制加热元件5的加热以对炉体1内的温度进行调节。
具体地，E5EC温控仪3斜坡升温就是设置一个斜坡斜率，就会朝着目标值以此斜率升温。根据E5EC温控仪3的特性，达到可以设置任意步数曲线的功能。将箱式炉升温曲线看做成由N个线段组成的一个N步折线，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出每一步升温斜率：
Figure BDA0003402319190000051
其中MCGS软件拥有获取当前时间的脚本函数，加热启动开始先记录当前时间T0，进行第一步曲线设置，给定升温斜率K1和目标温度S1，时间到达后即当前时间T＝T0+T1，则进行第二步曲线设置，给定升温斜率K2和目标温度S2，当前时间达到T0+T1+T2时刻，进行第三步曲线设置，以此类推。由于欧姆龙E5EC温控仪3的斜率范围为正数，给定斜率的时候需要取绝对值。
如图2所示，首先箱式炉升温系统有加热启动和停止功能。加热停止时，对温控仪3的温度设定值赋0。假设设置了一个N步的曲线，加热启动后，记录开始时刻的时间点T0，此时通过MODBUS协议给温控仪3赋与目标温度S1和斜坡斜率K1，达到下一个时间点时执行下一步的曲线设置,直到完成第N步，若步数计数超过N，则结束加热，温度设定值赋0；停止加热，斜坡斜率给最大是方便温度设定值马上达到0，方便开始下次的升温。
本发明在采用MCGS触摸屏6和E5EC温控仪3之后，利用此温控仪3内部特性即带有斜坡功能，通过设计脚本程序实现自动升温，再也不受限于温控仪3限制，而且能够根据需要设置任意曲线，成本非常低，而且温控仪3无需实时进行MODBUS通讯，仅需每一步开始时刻设置一个升温斜率和目标温度，通讯质量要求不高，控制方法更加稳定。
在另一个具体实施例中，也可以通过实时调节的方式来对温度进行控制。具体地，为了做到任意温控仪3实现任意步数的曲线设置功能，触摸屏6实时通过MODBUS协议对温控仪3写入一个设定温度，使之升温按照设想的曲线来。首先MCGS触摸屏6与温控仪3建立通讯，温控仪3和触摸屏6设置好相应的通讯参数，包含设备地址，波特率，设备地址等，并在设备窗口界链接好所需的变量，就能通过触摸屏6改变温控仪3的温度设定值。
通过实时写入温度设定值方法，实现设置任意步数曲线。带有温度曲线设置的仪表都是斜坡升温，即升温曲线看做成由N个线段组成的一个N步折线，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出第N步的设温曲线公式为：
Figure BDA0003402319190000061
T1+T2+…+Tn-1<t<T1+T2+…+Tn
推导出公式之后，需要设计相应的脚本程序，如图3所示，首先箱式炉升温系统有加热启动和停止功能。加热停止时，对温控仪3的温度设定值赋0。假设设置了一个N步的曲线，加热启动后，开始一步一步执行加热过程。每一步执行上述公式，每一时刻温度设定值通过触摸屏6赋与到温控仪3上，一步完成该步计数加一然后进行下一步，直到完成第N步，若步数计数超过N，则结束加热，温度设定值赋0。
上述控制方法可以在很低的成本下就能进行繁琐温度曲线设置，而且为实时控制，控制精度高。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于箱式炉的温度控制系统，其特征在于，包括触摸屏(6)、温控仪(3)、调功器(4)、热电偶(2)和加热元件(5)；
所述热电偶(2)与所述温控仪(3)相连，用于检测箱式炉的炉体(1)内检测温度并发送至温控仪(3)；
所述温控仪(3)与所述调功器(4)相连，用于将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器(4)；
所述调功器(4)与所述加热元件(5)相连，用于根据调节信号控制所述加热元件(5)的加热以对炉体(1)内的温度进行调节；
所述触摸屏(6)与所述温控仪(3)相连，用于将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整温控仪(3)的预设温度。
2.根据权利要求1所述的用于箱式炉的温度控制系统，其特征在于，所述触摸屏(6)通过MODBUS串口与所述温控仪(3)相连，用于实现历史数据记录或报警记录。
3.根据权利要求1或2所述的用于箱式炉的温度控制系统，其特征在于，所述温控仪(3)为欧姆龙E5EC温控仪，所述触摸屏(6)为MCGS触摸屏。
4.根据权利要求1或2所述的用于箱式炉的温度控制系统，其特征在于，所述斜线的参数包括斜率、初始值和目标值。
5.一种箱式炉，包括炉体(1)，其特征在于，还包括如上所述的用于箱式炉的温度控制系统。
6.一种基于权利要求1～4中任意一项所述的用于箱式炉的温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，包括步骤：
S01、所述热电偶(2)检测箱式炉的炉体(1)内检测温度并发送至温控仪(3)；
S02、所述温控仪(3)将检测温度与预设温度进行比对，并根据比对结果输出调节信号至调功器(4)；其中所述触摸屏(6)将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，并根据各斜线的参数来调整温控仪(3)的预设温度；
S03、所述调功器(4)根据调节信号控制所述加热元件(5)的加热以对炉体(1)内的温度进行调节。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，所述触摸屏(6)将升温曲线分解成多段依次相连的斜线，即由N个线段组成的一个N步折线，输出的调节信号为各线段对应的升温斜率K1和目标温度S1。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出每一步升温斜率：
Figure FDA0003402319180000021
通过触摸屏(6)拥有获取当前时间的脚本函数，加热启动开始先记录当前时间T0，进行第一步曲线设置，给定升温斜率K1和目标温度S1，时间到达后即当前时间T＝T0+T1，则进行第二步曲线设置，给定升温斜率K2和目标温度S2，当前时间达到T0+T1+T2时刻，进行第三步曲线设置，以此类推。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，通过实时写入预设温度的方法，实现设置任意步数曲线。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在步骤S02中，通过实时写入预设温度的方法，实现设置任意步数曲线的具体过程为：将升温曲线分成由N个线段组成的一个N步折线，设初始温度为S0，第N步的设定温度设为Sn,第N步的升温时间设为Tn,则可以推导出第N步的设温曲线公式为：
Figure FDA0003402319180000022
加热启动后，开始执行加热过程；每一步执行上述公式，每一时刻预设温度通过触摸屏(6)赋与到温控仪(3)上，一步完成，然后进行下一步，直到完成第N步，若步数计数超过N，则结束加热，温度设定值赋0。
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