CN116225104A - 一种基于网络控制的热成形机温度控制系统 - Google Patents

一种基于网络控制的热成形机温度控制系统 Download PDF

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CN116225104A CN202211599118.1A CN202211599118A CN116225104A CN 116225104 A CN116225104 A CN 116225104A CN 202211599118 A CN202211599118 A CN 202211599118A CN 116225104 A CN116225104 A CN 116225104A
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周迎涛
郭鹏飞
陈海建
廖继明
刘浩
郭磊
李保永
秦中环
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Abstract

本发明公开了一种基于网络控制的热成形机温度控制系统，所述系统包括：人机交互系统，被配置为设置参数和操作指令并发送给PLC控制器；智能温控器，被配置为根据所述设置参数和所述操作指令实时采集热电偶的温度信息，并将温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，生成并输出PID调节信号；所述PLC控制器，被配置为控制所述智能温控器与所述人机交互系统进行信息交互；三相调压模块，被配置为根据所述PID调节信号进行输出电流或加热功率的调节；三相加热器，被配置为根据所述三相调节模型调节后的三相调压模块电源进行供电。本发明实现多区域升温的精确可调可控。

Description

一种基于网络控制的热成形机温度控制系统
技术领域
本发明涉及热控技术领域，特别是一种基于网络控制的热成形机温度控制系统。
背景技术
温度是热成形机一项非常重要的性能指标，其控制好坏直接关系到产品的加工精度，最终影响到产品的质量和合格率。目前同类产品中，一般采用传统的温控器+触摸屏的控制方式，传统温控器采用开孔式安装，自身的输入和输出通道固定，在多区域温度控制中需要多个温控器配合完成，结构设计复杂，安装紧凑，不易于故障排除，另外需要浪费许多时间去设定相同参数，而且温控器与触摸屏直接通讯时，偶尔会出现通讯不稳而造成数据包丢失现象。面对客户的严苛需求和测温数量越来越多的现状，迫切地需要对设备加热系统进行智能化升级改造，引入工业级PLC控制器作为中间信息的处理环节，提高系统运行效率和可靠性，同时用模块式温控器代替传统温控器，体积小巧，在不增加安装空间的前提下可灵活地扩展测温通道，另外温控器的参数设置可通过触摸屏完成，非常直观方便。
传统热成形设备的温度控制系统存在如下问题：
1、需要配置多个温控器，对安装空间要求高，结构设计复杂，参数设置不方便，不利于后期维护和升级改造。
2、温控器与触摸屏直接通信，数据传输不够可靠，出现信息丢失现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于网络控制的热成形机温度控制系统。
本发明的技术解决方案是：
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于网络控制的热成形机温度控制系统，所述系统包括：
人机交互系统，被配置为设置参数和操作指令并发送给PLC控制器；
智能温控器，被配置为根据所述设置参数和所述操作指令实时采集热电偶的温度信息，并将温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，生成并输出PID调节信号；
所述PLC控制器，被配置为控制所述智能温控器与所述人机交互系统进行信息交互；
三相调压模块，被配置为根据所述PID调节信号进行输出电流或加热功率的调节；
三相加热器，被配置为根据所述三相调节模型调节后的三相调压模块电源进行供电。
可选地，所述系统还包括：断线检测模块，被配置为检测所述三相加热器中的加热管是否损坏，若损坏则生成数字量信号并发送给所述PLC控制器。
可选地，所述人机交互系统包括：触摸屏、信号指示灯和报警器，
所述触摸屏通过以太网与所述PLC控制器连接，以将设置的参数信息和所述操作指令发送给所述PLC控制器；
所述信号指示灯以提示隔离变压器是否输出电源；
所述报警器进行声光报警。
可选地，所述参数信息包括：30个加热区的设定温度、升温斜率和补偿温度，
所述操作指令包括：隔离变压器启停指令、上金属平台加热启停指令和下金属平台加热启停指令。
可选地，智能温控器的输入通道与K型热电偶连接，以实时采集热电偶传输过来的电压信号；
所述智能温控器的输出通道与所述三相调压模块的控制端连接；
所述智能温控器提供标准的485通信接口，以与所述PLC控制器双向通信；
在使用过程中，热电偶产生的电压信号接入所述智能温控器的输入通道中，每个输入通道将根据实时采集的温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，最后生成4-20mA控制信号调节所述三相调压模块的电压输出。
可选地，所述PLC控制器包括：数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和通信模块，其中，
所述数字量输出模块以产生4路数字量信号分别控制对应的继电器，通过相应继电器的吸合，使对应的执行器得电工作，执行器包括隔离变压器、信号指示灯、冷却风扇和报警器；
所述数字量输入模块以接收断线检测模块生成的数字量信号；
所述模拟量输入模块以采集模拟量信号；
所述通信模块与所述智能温控器通过485总线连接，所述PLC控制器通过工业以太网与所述人机交互系统双向通讯。
可选地，所述三相调压模块与隔离变压器电气相连，其电源输入端接收隔离变压器输出的交流127V电压；
所述三相调压模块的控制端与所述智能温控器的输出通道连接，接收PID调节信号，使所述三相调压模块电源输出端的电压维持在0-127V之间变化，以改变三相加热器的输出电流或加热功率大小。
可选地，所述三相加热器的供电来自调节后的三相调压模块电源，其安装位置均匀分布在热成形机金属加热平台中；
所述三相加热器由三相星形连接的加热管构成，每相加热管的数量相同，加热管之间并联接线。
可选地，所述断线检测模块，还被配置为根据每相电流的大小去自动计算相间电流偏差，当偏差超出设定区间时，将立刻生成数字量信号并发送给PLC控制器进行判读。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明实施例可对热成形机的多个区域温度同时进行PID闭环控制，实现多区域温度均匀调节的效果。与传统热成形机温度控制系统相比，本发明具有明显的优势：
1、采用模块化的温控器，参数设置简单，输入输出通道灵活扩充，可采用柜内安装，对安装空间的要求较低；
2、引入高可靠的PLC控制器，通过PLC控制器实现温控器和触摸屏信息交互，克服了通讯不稳定而造成数据丢失的现象。与同类产品相比，此套控制系统在不损失控温精度的前提下，硬件的结构设计更为简洁，控制逻辑更为清晰，系统更加稳定可靠，具有功能强大、扩展灵活和维护方便等特点，有效提高了设备整体加热效率，特别适用于中大型热成形机多区域的温度控制领域。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于网络控制的热成形机温度控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种PLC控制器与外围设备连接原理的示意图。
具体实施方式
现有技术中，需要配置多个温控器，对安装空间要求高，结构设计复杂，参数设置不方便，不利于后期维护和升级改造，同时温控器与触摸屏直接通信，数据传输不够可靠，出现信息丢失现象。
为了解决上述技术问题，本发明实施例通过对热成形机的多个区域温度同时进行PID闭环控制，实现多区域温度均匀调节的效果。
接下来，结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种基于网络控制的热成形机温度控制系统的结构示意图，如图1所示，该基于网络控制的热成形机温度控制系统可以包括：人机交互系统110、PLC控制器120、隔离变压器130、三相调压模块140、智能温控器150、信号采集模块160、断线检测模块170和三相加热器180，其中，
人机交互系统110可以被配置为设置参数和操作指令并发送给PLC控制器120。
智能温控器150可以被配置为根据所述设置参数和所述操作指令实时采集热电偶的温度信息，并将温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，生成并输出PID调节信号。
所述PLC控制器120可以被配置为控制所述智能温控器150与所述人机交互系统110进行信息交互.
三相调压模块140可以被配置为根据所述PID调节信号进行输出电流或加热功率的调节。
三相加热器180可以被配置为根据所述三相调节模型调节后的三相调压模块电源进行供电。
本发明实施例针对目前同类产品的不足之处，此温度控制系统具有自动化程度高、性能稳定、体积小、操作简单、控制方式多样、维护方便等特点，可实现对系统所有参数的人性化设置，对多个加热区同时进行PID闭环控制，对加热过程中三相加热器的工作状态进行实时监控，通过PLC控制器不断收集下位机反馈的实时信息进行判读，并将处理后的数据信息及时分发给人机交互系统进行显示，当出现极端异常情况时自动切断设备加热。热成形机温度控制系统能够实现稳定升温至950℃，整个加热过程中多个加热区温差在升温阶段控制在±5℃以内，保温阶段控制在±1℃以内，满足设备多区域温度均匀性精确控制的要求。
接下来结合图1和图2对本发明实施例的技术方案进行如下详细描述。
如图1所示，本发明基于网络控制的热成形机温度控制系统，包括人机交互系统、PLC控制器、信号采集模块、智能温控器、隔离变压器130、三相调压模块、断线检测模块170和三相加热器。
人机交互系统可以包括触摸屏、信号指示灯和报警器，其中触摸屏与PLC控制器通过工业以太网双向连接，将设置的参数信息、操作指令发送至PLC控制器，控制加热设备启停，同时触摸屏实时接收PLC控制器反馈的数据信息，自动生成温度曲线，实时显示数据，并将各种数据存储。
信号采集模块160通过不同类型传感器获得相应的外部状态信号，外部状态信号包括冷却水温度信号、流量信号和热电偶mV信号，其中冷却水温度信号、流量信号发送至PLC控制器.
热电偶mV信号发送至智能温控器，智能温控器根据实时采集的温度信息与给定值比较产生的偏差进行PID闭环控制，最后生成4-20mA调节信号。
PLC控制器中储存有数据研判和系统控制程序，PLC控制器发出数字量信号控制隔离变压器启停。
三相调压模块的电源输入端连接隔离变压器输出的交流127V电压，三相调压模块的控制端接收温控器发送过来的PID调节信号，通过PID调节信号使电源输出端的电压维持在0-127V之间变化，进而改变三相加热器的输出电流或加热功率大小，使多区域的温度按设定的工作曲线平滑运行，多区域温差在加热过程中满足如下要求：在500℃以内小于±5℃，在500℃至900℃范围内小于±3℃，进入保温阶段后，温差小于±1℃。
三相加热器由三相星形连接的加热管构成，每相加热管的数量相同，加热管之间并联接线，工作时三相负载平衡。考虑到加热管是耗损件，在加热器与三相调压模块之间设置断线检测模块，实时检测当前加热器的三相电流，并能判断缺相或三相电流间的偏差，出现异常时能及时发送数字量信号至PLC控制器中进行判读。
如图2所示，PLC控制器由CPU模块、数字量输入模块(DI)、数字量输出模块(DQ)、模拟量输入模块(AI)和485通信模块组成。
继电器组接收到DQ输出端的数字量信号后吸合对应的继电器，使执行器组得电工作。执行器可以包括隔离变压器、信号指示灯、冷却风扇和报警器。冷却水温度包括循环冷却水系统的进水温度和回水温度，进水温度和回水温度分别由相应的温度传感器检测，检测值为4-20mA模拟量信号并发送至AI模块的输入端口进行采集，温度检测值最终通过工业以太网上传至触摸屏上显示，同时PLC控制器会对温度检测值进行实时判读，当检测值超出设定范围时，立刻生成数字量信号触发继电器吸合，使报警器得电工作。
本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于网络控制的热成形机温度控制系统，其特征在于，所述系统包括：
人机交互系统，被配置为设置参数和操作指令并发送给PLC控制器；
智能温控器，被配置为根据所述设置参数和所述操作指令实时采集热电偶的温度信息，并将温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，生成并输出PID调节信号；
所述PLC控制器，被配置为控制所述智能温控器与所述人机交互系统进行信息交互；
三相调压模块，被配置为根据所述PID调节信号进行输出电流或加热功率的调节；
三相加热器，被配置为根据所述三相调节模型调节后的三相调压模块电源进行供电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：断线检测模块，被配置为检测所述三相加热器中的加热管是否损坏，若损坏则生成数字量信号并发送给所述PLC控制器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人机交互系统包括：触摸屏、信号指示灯和报警器，
所述触摸屏通过以太网与所述PLC控制器连接，以将设置的参数信息和所述操作指令发送给所述PLC控制器；
所述信号指示灯以提示隔离变压器是否输出电源；
所述报警器进行声光报警。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述参数信息包括：30个加热区的设定温度、升温斜率和补偿温度，
所述操作指令包括：隔离变压器启停指令、上金属平台加热启停指令和下金属平台加热启停指令。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，智能温控器的输入通道与K型热电偶连接，以实时采集热电偶传输过来的电压信号；
所述智能温控器的输出通道与所述三相调压模块的控制端连接；
所述智能温控器提供标准的485通信接口，以与所述PLC控制器双向通5信；
在使用过程中，热电偶产生的电压信号接入所述智能温控器的输入通道中，每个输入通道将根据实时采集的温度信息与设定值比较产生的偏差进行PID运算，最后生成4～20mA控制信号调节所述三相调压模块的电压输出。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PLC控制器包括：数0字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和通信模块，其中，
所述数字量输出模块以产生4路数字量信号分别控制对应的继电器，通过相应继电器的吸合，使对应的执行器得电工作，执行器包括隔离变压器、信号指示灯、冷却风扇和报警器；
所述数字量输入模块以接收断线检测模块生成的数字量信号；
5所述模拟量输入模块以采集模拟量信号；
所述通信模块与所述智能温控器通过485总线连接，所述PLC控制器通过工业以太网与所述人机交互系统双向通讯。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三相调压模块与隔离变压器电气相连，其电源输入端接收隔离变压器输出的交流127V电压；
0所述三相调压模块的控制端与所述智能温控器的输出通道连接，接收PID调节信号，使所述三相调压模块电源输出端的电压维持在0-127V之间变化，
以改变三相加热器的输出电流或加热功率大小。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三相加热器的供电来自调节后的三相调压模块电源，其安装位置均匀分布在热成形机金属加热平台5中；
所述三相加热器由三相星形连接的加热管构成，每相加热管的数量相同，
加热管之间并联接线。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述断线检测模块，还被配置为根据每相电流的大小去自动计算相间电流偏差，当偏差超出设定区间时，将立刻生成数字量信号并发送给PLC控制器进行判读。
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