CN201491305U

CN201491305U - 一种电磁加热精确温控系统

Info

Publication number: CN201491305U
Application number: CN2009201605398U
Authority: CN
Inventors: 赵炳仁; 崔兆宝
Original assignee: QINGDAO FRIEND AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: QINGDAO FRIEND AUTOMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2019-06-26

Abstract

本实用新型公开了一种电磁加热精确温控系统，包括电磁加热温控装置、电磁线圈、被加热体以及测温传感器，其中，所述电磁加热温控装置输出交流高频电流至所述电磁线圈；所述电磁线圈用于通过电流产生磁场在被加热体上产生涡流，从而实现电磁线圈对被加热体进行电磁加热；所述测温传感器，配置在被加热体上与所述电磁加热温控装置相连，用于探测被加热体的温度，所述电磁加热温控装置采集所述测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。该电磁加热精确温控系统，具有热惯性小、温控速度快、节能环保、用户操控便捷的特点。

Description

一种电磁加热精确温控系统

技术领域

本实用新型涉及采用电磁加热的温度控制技术，尤其涉及一种电磁加热精确温控系统。

背景技术

对于电炉、坩埚、衬底加热台、注塑机或挤压成型机等涉及需要加热的设备而言，为保证最优的工作性能和产品品质，往往需要进行温度控制，加热的同时将温度保持在设定值或在一个较小的浮动范围内。传统的加热方式通常采用阻性的电热丝或电热线圈对铸铝、云母、或陶瓷等材质的加热器进行加热，通过这些加热器进行热传导将热能传导至被加热物体或材料，因上述材质具有良好的导热保温性能从而可以实现加热功能。

但是由于热传导方式加热会存在较大的热惯性，尤其是在温度超过额定值后，往往还需要额外利用冷却设备来使温度尽快恢复到额定值，这就造成无法实现精确温控的结果。此外，普通加热方式对电网的冲击很大，普通加热器只要通电电流就会到达最大值，在功率较大的情况下，会降低变压器及电缆的使用寿命。

因而，对于此类的既需要加热又需要将加热温度进行精确控制的产品，如何保证精确温控则成为一个急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种电磁加热精确温控系统，用于对被加热体进行加热并且能进行精确温度控制。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电磁加热精确温控系统，包括电磁加热温控装置、电磁线圈、被加热体以及测温传感器，其中：

所述电磁加热温控装置输出交流高频电流至所述电磁线圈；

所述电磁线圈用于通过电流产生磁场在被加热体上产生涡流，从而实现电磁线圈对被加热体进行电磁加热；

所述测温传感器，配置在被加热体上与所述电磁加热温控装置相连，用于探测被加热体的温度，所述电磁加热温控装置采集所述测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。

进一步地，所述电磁加热温控装置包括：一个微处理器模块MCU、一个温度检测模块、交流高频输出模块、AC/DC交直流转换电路模块、以及电源，其中：

所述电源，用于为所述电磁加热温控装置提供电能，将输入的交流电输出至所述AC/DC交直流转换电路模块转换为直流电；

所述交流高频输出模块，在所述微处理器模块MCU控制下，将直流电转换为电磁加热所需的交流高频电流输出至所述电磁线圈；

所述温度检测模块与被加热体上的测温传感器相连接，用于检测获得测温传感器的测温值，并将该测温值反馈给所述微处理器模块MCU；

所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，或者根据需要调整是否停止或启动输出交流高频电流。

进一步地，所述电磁线圈，是采用耐高温金属线材绕制而成，材料是在电磁感应下易于产生涡流生热的金属线材。

进一步地，所述电源输入的交流电为220伏50赫兹的交流市电；所述交流高频输出模块，对直流电进行转换后的高频交流电为18KHz至30KHz的高频交流电。

进一步地，所述交流高频输出模块是脉冲频率调制PFM控制电路。

进一步地，所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小时，采用直接调整交流高频输出模块的交流高频输出电压来实现，或采用直接调整电源的阻值配合AC/DC交流直流转换模块来实现。

进一步地，所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，实现温度控制时，采用比例-积分-微分控制器PID方式，或者采用自整定方式进行温度控制。

进一步地，所述电磁加热温控装置进一步还包括：

触摸屏，用于供用户通过触摸屏对整个加热温控系统进行控制，用户通过界面输入控制参数，查看当前加热温度；

可编程计算机控制器PCC，用于将用户通过触摸屏输入的控制信息输出至所述微处理器模块MCU，实现用户对整个温控系统的控制。

进一步地，所述触摸屏和可编程计算机控制器PPC配置有一个直流电源模块，输出24V的直流电对触摸屏和PPC模块供电。

进一步地，所述电磁加热温控装置进一步还包括：告警电路，当温度值达到预设告警条件时，对用户进行告警提示。

进一步地，所述电磁加热精确温控装置，在采用自整定方式进行温度控制时，在自整定开始时，预先将PID的采样时间设为0；输入滤波常数默认值为0％；微分增益默认值为50％。

本实用新型的电磁加热精确温控系统，采用电磁线圈对被加热体进行加热，克服了传统加热器热惯性较大不易控制加热的缺陷，并且提供了测温传感器实时监测加热温度，在计算出控制量后，采用自整定和PID结合的控制过程，自整定开始后，可快速将温度整定后趋向于设定温度。

附图说明

图1是电磁加热温控系统的示意图；

图2是电磁加热温控系统的一个具体实施例的示意图；

图3是整个电磁加热精准温控系统的总流程图；

图4是图1所示电磁加热温控系统的电源电路示意图；

图5是A/D转换的工作原理图；

图6是A/D转换电路的结构图；

图7是自整定模式的流程图；

图8是图7中PID分支的工作原理图；

图9是本发明的温控系统进行自整定模式时的温控结果示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1所示，显示了该电磁加热精确温控系统的组成示意图，包括电磁加热温控装置以及电磁线圈和被加热体，还包括被加热体上的测温传感器，电磁加热温控装置输出交流高频电流至所述电磁线圈，电磁线圈用于通过电流产生磁场在被加热体上产生涡流，从而实现电磁线圈对被加热体进行电磁加热，所述测温传感器探测被加热体的温度，所述电磁加热温控装置采集所述测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。

如图1所示，所述电磁加热温控装置，包括一个微处理器模块MCU，一个温度检测模块，交流高频输出模块，AC/DC转换电路模块，电源。其中：

所述电源用于为所述电磁加热温控装置提供电能，市电从电源输入后，输出至所述AC/DC转换电路模块转换为直流电，直流电输出至交流高频输出模块；

所述交流高频输出模块在微处理器模块MCU控制下，将直流电转换为电磁加热所需的交流高频电流输出至所述电磁线圈。

所述温度检测模块与被加热体上的测温传感器相连接，用于检测获得测温传感器的测温值，并将该测温值反馈给所述微处理器模块MCU。所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，或者根据需要调整是否停止或启动输出交流高频电流。

所述微处理器模块MCU作为整个电磁加热系统的控制核心，来对整个加热系统进行加热控制，其中配置有用于精确温度控制的软件系统。

所述电磁线圈，可以采用耐高温金属线材绕制而成，根据设备大小加热面积来确定。所述测温传感器，配置的位置在每一区加热体的中心位置，跟加热体接触。被加热体，用于在电磁线圈通过高频交流时感应生热，材料是在电磁感应下易于产生涡流生热的金属材料，例如铁材料或钢材料或者它们各自的合金材料。

电磁加热精确温控系统进入正常工作后，在电磁加热温控装置的控制下，根据反馈得到的测量温度调整高频电流来调整改变线圈加热，进入测温-加热---测温---加热或停加热的这种实时调整工作状态。

如图2所示，给出了基于图1所示的电磁加热精确温控系统的一个具体实施例。

图2所示的实施例中，被加热体上配置有3个电磁线圈用于对被加热体不同部分进行电磁加热，被加热体的每个电磁线圈加热部位配置有一个测温传感器，此处测温传感器为PT100。所述电源部分采用220伏50赫兹的交流市电电源，将市电输入至由MCU构成的微电脑加热控制器中，在微电脑加热控制器控制下，将市电进行AC/DC(交流/直流)转换为直流后，再将直流利用交流高频输出模块转换为18KHz的高频交流电压输入至多个电磁线圈中，用于对被加热体进行加热。该实施例中，还包括一个用户控制界面，即触摸屏，用于供用户通过触摸屏对整个加热温控系统进行控制，用户可通过界面输入控制参数，例如设定的温度值或者通过触摸屏启动或停止加热，用户还可通过触摸屏查看当前加热温度。用户通过触摸屏输入的控制信息(包含温度控制指令和设定温度值信息)通过一个PCC(programmingcomputer controller)可编程计算机控制器模块输出至所述微电脑加热控制器(即对应图1所示的微处理器模块MCU)，从而实现用户对整个温控系统的控制。所述触摸屏和PPC可编程计算机控制器模块配置有一个直流电源模块，输出24V的直流电对触摸屏和PPC模块供电。

如图3所示，显示了整个电磁加热温控系统的工作原理图。

首先，电磁加热温控装置通过内部AC/DC转换电路(此处可以为整流滤波电路)将220KV，50Hz的交流电变成直流电；再经过PFM(脉冲频率调制，Pulse Frequency Modulation)控制电路(即图1所示的交流高频输出模块)将直流电转换成18-30KHz高频电压；高速变化的电流通过电磁线圈会根据材料不同，产生高速变化的不同波长磁场，当磁场内的磁力线通过被加热金属物体时，会在被加热金属物体内产生无数的小涡流，从而使被加热金属物体本身高速发热。在加热过程中，测量被加热体的温度值，进行温度控制的温控模块(即图1所示的MCU模块)根据被测温度调整PFM(脉冲频率调制，Pulse Frequency Modulation)控制电路输出的交流高频加热电流大小，还可预设一下告警条件，当温度值达到告警条件时，还可对用户进行告警提示。MCU进行温度控制可以经过比例(Proportion)-积分(Integral)-微分(Derivative)控制器PID进行温度控制，或经过自整定进行温度控制。

如图4所示，给出了电磁加热精确温控系统的图1所示的电源部分的电路示意图.该电源通过阻值的调整来适应温控系统对电源要求。即调整交流高频输出时，可以对交流高频输出模块进行调整来实现，也可以再MCU模块控制下，通过调整将市电转换为直流电的电源的阻值来实现。具体采用上述哪种调整方式，可以根据需要来选择。

图1所示微处理器MCU模块用于主要控制温度调整，为核心温控模块。图5和图6是MCU模块中的一个A/D转换电路的工作原理及结构示意图。该A/D转换电路将电源提供的电流转换成数字信号，再根据控制算法进行计算，输出控制量。图6所示的双向可控硅采用移相的方法进行触发，过零检测电路检测电源A相电压的过零点，向温控系统中MCU控制模块发出中断信号，从而启动计时器工作。根据控制量进行计数，到零后由接口芯片发出触发信号。触发电路据此发出触发脉冲，进而控制可控硅的导通，调控设备的温度。在采样周期到时，采集温度数据，根据控制算法算出控制量；同时，检测电源A相的过零信号；A相过零，则引起中断，进行可控硅触发移相处理。

如图7所示，显示了PID控制的流程图。

首先运行主程序，进行数据预置；

判断是否到达采样时间，若是则进一步判断是否进入自整定程序，若否则直接结束调整；

判断是否进入自整定程序，若是则执行自整定程序；执行自整定程序已结束，则更新PID参数重新返回判断是否需进行自整定，若尚未结束，则进一步判断是否已完成调整，若未完成，则重新返回判断采样时间是否到时，若已完成则结束。

判断不进入自整定程序时，则进入PID支路，进行比例积分未分处理，之后判断是否已完成调整，若未完成，则重新返回判断采样时间是否到时，若已完成则结束。

本发明具有如下两个特点：

1、输出可以是数据形式D，也可以是开关量形式Y，在编程时可以自由选择，如图6所示。

2、通过自整定可得到最佳的采样时间及PID参数值，提高了控制精度。如图7、图8所示。图8详细解释了图7中的PID.。图9是控温精准的结果。

如图8所示，显示了模拟PID控制系统原理图。图8中，PID的控制规律如下：

e(t)＝r(t)-c(t)

u(t)＝Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+TDde(t)/dt]

其中，e(t)为偏差，r(t)为给定值，c(t)为实际输出值，u(t)为控制量；Kp、Ti、TD分别为比例系数、积分时间系数、微分时间系数。

运算结果：

1.模拟量输出：MV＝u(t)的数字量形式。

2.开关点输出：Y＝T*[MV/PID输出上限]。Y为控制周期内输出点接通时间。随着测定值PV的增加操作输出值MV减少，用于加热控制。

所述电磁加热精确温控系统，在工作时，具有自整定模式。用户在需要时，可以选用自整定模式，使系统自动寻找最佳的控制参数(采样时间、比例增益Kp、积分时间Ti、微分时间TD)。在自整定开始的时候，用户预先将PID的控制周期(采样时间)设为0。在自整定前，当前测定温度与环境温度必须一致，才能达到最佳整定效果。输入滤波常数，具有使采样值变化平滑的效果，其默认值为0％，表示不滤波。微分增益，属于低通滤波环节，具有缓和输出值急剧变化的效果，其默认值为50％，增大该微分增益值将使缓和作用更为明显，一般用户无需改动。

自整定过程中对温度调整的示意图，如图9所示。其中，+DIFF为控制温度上限，-DIFF为控制温度下限。自整定开始后，温度按照曲线所示变化，完成整定后温度趋向于设定温度，再次启动加热时不需再进行整定。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims

1.一种电磁加热精确温控系统，其特征在于，包括电磁加热温控装置、电磁线圈、被加热体以及测温传感器，其中：

所述电磁加热温控装置输出交流高频电流至所述电磁线圈；

2.如权利要求1所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，所述电磁加热温控装置包括：一个微处理器模块MCU、一个温度检测模块、交流高频输出模块、AC/DC交直流转换电路模块、以及电源，其中：

3.如权利要求1或2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述电磁线圈，是采用耐高温金属线材绕制而成，材料是在电磁感应下易于产生涡流生热的金属线材。

4.如权利要求2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述电源输入的交流电为220伏50赫兹的交流市电；

所述交流高频输出模块，对直流电进行转换后的高频交流电为18KHz至30KHz的高频交流电。

5.如权利要求2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述交流高频输出模块是脉冲频率调制PFM控制电路。

6.如权利要求2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小时，采用直接调整交流高频输出模块的交流高频输出电压来实现，或采用直接调整电源的阻值配合AC/DC交流直流转换模块来实现。

7.如权利要求2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，实现温度控制时，采用比例-积分-微分控制器PID方式，或者采用自整定方式进行温度控制。

8.如权利要求2所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述电磁加热温控装置进一步还包括：

可编程计算机控制器PCC，用于将用户通过触摸屏输入的控制信息输出至所述微处理器模块MCU，实现用户对整个温控系统的控制；

告警电路，当温度值达到预设告警条件时，对用户进行告警提示。

9.如权利要求8所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述触摸屏和可编程计算机控制器PPC配置有一个直流电源模块，输出24V的直流电对触摸屏和PPC模块供电。

10.如权利要求7所述的电磁加热精确温控系统，其特征在于，

所述电磁加热精确温控装置，在采用自整定方式进行温度控制时，在自整定开始时，预先将PID的采样时间设为0；输入滤波常数默认值为0％；微分增益默认值为50％。