CN210453693U - 一种智能加热控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能加热控制系统，包括工业PC、驱动模块和多个温控执行机构，驱动模块的输入端与工业PC相应的输出端电连接，各个温控执行机构分别与驱动模块相应的输出端电连接，其特征在于：所述智能加热控制系统还包括用于探测各个加热温区的加热温度值和周围环境的环境温度值的温度采集模块，还包括多个用于探测各个温控执行机构电流的电流互感器，温度采集模块、各个电流互感器分别与所述工业PC相应的输入端电连接。这种智能加热控制系统不仅能够使对各个加热温区温度的控制调节更加精准，而且能够及时判断螺杆在生产中的健康状况，从而提高挤出机生产的稳定性和可靠性，保证片材的生产质量。

Description

一种智能加热控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制系统，具体涉及一种智能加热控制系统。

背景技术

挤出机通常包括料筒（又称料筒）和螺杆驱动装置，料筒中设有螺杆，螺杆与螺杆驱动装置传动连接，料筒前端设有进料口，料筒后端连接有模头。料筒后端与模头之间通常设有换网装置，换网装置用于对塑料熔体进行过滤。料筒后端与模头之间通常设有熔体泵（在挤出机设有换网装置的情况下，熔体泵设于换网装置与模头之间），熔体泵的主要功能是将来自料筒的塑料熔体增压、稳压后流量稳定地送入模头。挤出机通常为单螺杆挤出机（料筒中设有一根螺杆）或双螺杆挤出机（料筒中设有两根螺杆）。塑料原料从进料口加入到料筒中后，在螺杆作用下向后输送，并进行混炼、塑化，形成的塑料熔体自挤出机的模头挤出，再由压延装置制成片材或由造粒装置进行造粒。为了使混炼、塑化、挤出等过程顺利进行，并确保产品质量，需要使料筒各个部分、换网装置、熔体泵、模头等保持合适的温度。

现有的挤出机通常将料筒划分为多个加热温区，并通过加热控制系统对各个加热温区单独进行温度控制。传统的加热控制系统一般是通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的各个加热温度值进行统计及分析，工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对相应的加热温区进行加热或散热，但是，由于在控制过程中没有考虑其他过程变量的影响(如被周围环境带走的热量、熔体从加热温区带走的热量等)，导致对各个加热温区温度的控制调节往往不够精准，而且在挤出机的生产过程中，螺杆转动时产生的剪切热量会使料筒及熔体温度上升，剪切热量如果超出工艺上允许的范围，就会直接影响到所生产的片材的质量，导致片材质量不合格，而上述加热控制系统也无法及时判断螺杆在生产中的健康状况，出现问题时需要人工进行排查、检测，因此，采用上述加热控制系统的挤出机的可靠性和稳定性均不高，无法保证片材的生产质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能加热控制系统，这种智能加热控制系统不仅能够使对各个加热温区的温度控制调节更加精准，而且能够及时判断螺杆在生产中的健康状况，从而提高挤出机生产的稳定性和可靠性，保证片材的生产质量。采用的技术方案如下：

一种智能加热控制系统，包括工业PC、驱动模块和多个温控执行机构，驱动模块的输入端与工业PC相应的输出端电连接，各个温控执行机构分别与驱动模块相应的输出端电连接，其特征在于：所述智能加热控制系统还包括用于探测各个加热温区的加热温度值和周围环境的环境温度值的温度采集模块，还包括多个用于探测各个温控执行机构电流的电流互感器，温度采集模块、各个电流互感器分别与所述工业PC相应的输入端电连接。

工作时，温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值、周围环境的环境温度值并反馈给工业PC，工业PC对采集到的加热温度值和周围环境的环境温度值进行统计及分析，再通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对挤出机相应的加热温区进行加热或散热，使对各个加热温区温度的控制调节更加精准；同时通过各个电流互感器探测各个温控执行机构的电流值并发给工业PC，工业PC依据各个加热温区的加热温度值、环境温度值和各个温控执行机构的电流计算单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并将单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而及时判断螺杆在生产中的健康状况，有利于保证生产片材的质量。

优选方案中，上述温控执行机构包括电加热装置和冷却风机，电加热装置能够对相应的加热温区进行加热使其升温，冷却风机能够对相应的加热温区进行吹风使其降温；所述电流互感器用于探测电加热装置的电流。

优选方案中，上述温度采集模块包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境的环境温度值，各个加热温区温度传感器用于采集相应加热温区的加热温度值。

更优选方案中，上述温度采集模块还包括多个第一熔体温度传感器和多个第二熔体温度传感器，第一熔体温度传感器用于采集熔体进入加热温区时的第一熔体温度值，第二熔体温度传感器用于采集熔体离开加热温区时的第二熔体温度值。

上述工业PC依据各个加热温区的加热温度值、环境温度值、各个电加热装置的工作电压值、各个电加热装置的电流值、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值，采用增量式PID运算控制算法进行统计及分析，得出单位时间内加热温区累积加热量、单位时间内冷却风机带走的热量、单位时间内加热温区温度变化所需的热量、单位时间内溶体流经加热温区的温度变化值、单位时间内熔体从加热温区带走的热量和单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量。

上述增量式PID运算控制算法基于以下公式：

其中，K_p为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u(t)为控制器的输出量，e(t)为控制器的输入量，即给定量与输出量的偏差。

所述单位时间加热温区累积加热量采用如下公式计算得出：

，其中P为单位时间加热温区累积加热量，V为电加热装置的电压，I为电加热装置的电流（由电流互感器探测获得）。

所述单位时间冷却风机带走的热量采用如下公式计算得出：

Φ₁=ρ×c×q×Δt，其中Φ₁为单位时间冷却风机带走的热量，ρ为空气密度，c为空气定压比热，q为空气流量，Δt为加热温区的加热温度和周围环境温度的温差。

空气流量

，其中S是风机流量，T是冷却风机运行时间。

所述单位时间内加热温区温度变化所需的热量采用如下公式计算得出：

Q1=c×m×△t，其中Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，C是与这个过程相关的比热容，m是料筒结构质量，△t是单位时间内加热温区的温度变化值。

所述单位时间熔体内从加热温区带走的热量采用如下公式计算得出：

Q₂=c1×y×△T，其中Q₂是单位时间熔体内从加热温区带走的热量，y是单位时间流经加热温区的熔体总量，△T是单位时间加热温区中溶体的温度变化值。

所述单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量采用如下公式计算得出：

Q3=Φ1– P–Q1–Q2，其中Q3是单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，Φ1为单位时间冷却风机带走的热量，P为单位时间加热温区累积加热量，Q1是单位时间内加热温区温度变化所需的热量，Q₂是单位时间熔体内从加热温区带走的热量。

本实用新型的智能加热控制系统通过温度采集模块采集各个加热温区的加热温度值和周围环境的环境温度值并反馈给工业PC进行统计及分析，再由工业PC通过驱动模块控制各个温控执行机构分别对挤出机相应的加热温区进行加热或散热，使对各个加热温区的温度控制调节更加精准，使其保持在合适温度范围；更重要的是，通过增设多个用于探测各个温控执行机构电流的电流互感器，配合周围环境的环境温度值、各个加热温区的温度值，可计算出单位时间内螺杆在加热温区中的剪切热量，并与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，能够及时判断螺杆在生产中的健康状况，这样可大大提高挤出机生产的稳定性和可靠性，有利于保证片材的生产质量。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的逻辑方框图。

具体实施方式

如图1所示，这种智能加热控制系统包括工业PC1、驱动模块2和多个温控执行机构3，驱动模块2的输入端与工业PC1相应的输出端电连接，各个温控执行机构3分别与驱动模块2相应的输出端电连接；所述智能加热控制系统还包括用于探测各个加热温区6的加热温度值和周围环境7的环境温度值的温度采集模块4，还包括多个用于探测各个温控执行机构3电流的电流互感器5，温度采集模块4、各个电流互感器5分别与工业PC1相应的输入端电连接。

在本实施例中，温控执行机构3包括电加热装置31和冷却风机32，电加热装置31能够对相应的加热温区6进行加热使其升温，冷却风机32能够对相应的加热温区6进行吹风使其降温；电流互感器5用于探测电加热装置31的电流。

在本实施例中，温度采集模块4包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境7的环境温度值，各个加热温区温度传感器用于采集相应加热温区6的加热温度值。温度采集模块4还包括多个第一熔体温度传感器和多个第二熔体温度传感器，各个第一熔体温度传感器用于采集熔体进入相应的加热温区6时的第一熔体温度值，各个第二熔体温度传感器用于采集熔体离开相应的加热温区6时的第二熔体温度值。

下面简述一下本智能加热控制系统的工作原理：

工作时，温度采集模块4采集周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、熔体进入各个加热温区6时的第一熔体温度值和离开加热温区6时的第二熔体温度值并反馈给工业PC1，工业PC1对采集到周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值进行统计及分析，工业PC1通过驱动模块2控制各个温控执行机构3分别对相应的加热温区6进行加热或散热，使对各个加热温区6温度的控制调节更加精准；并且通过各个电流互感器5探测各个温控执行机构3的电流并反馈给工业PC1，工业PC1依据周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个第一熔体温度值、各个第二熔体温度值和各个温控执行机构3的电流计算单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量，并将单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量与相应螺杆转速所允许的剪切热量比较，从而及时判断螺杆在生产中的健康状况。

工业PC1依据周围环境7的环境温度值、各个加热温区6的加热温度值、各个电加热装置31的工作电压、各个电加热装置31的电流、各个第一熔体温度值和各个第二熔体温度值，采用增量式PID运算控制算法进行统计及分析，得出单位时间内加热温区6累积加热量、单位时间内冷却风机32带走的热量、单位时间内加热温区6温度变化所需的热量、熔体单位时间内从加热温区6带走的热量和单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量。

上述增量式PID运算控制算法基于以下公式：

其中，K_p为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u(t)为控制器的输出量，e(t)为控制器的输入量，即给定量与输出量的偏差。

所述单位时间内加热温区6累积加热量采用如下公式计算得出：

，其中P为单位时间内加热温区6累积加热量，V为电加热装置31的工作电压，I为电加热装置31的电流（由电流互感器5探测获得）。

所述单位时间内冷却风机32带走的热量采用如下公式计算得出：

Φ₁=ρ×c×q×Δt，其中Φ₁为单位时间内冷却风机32带走的热量，ρ为空气密度，c为空气定压比热，Δt为加热温区6的加热温度和周围环境7温度的温差， q为空气流量。

空气流量

，其中S是风机流量， T是冷却风机32运行时间。

所述单位时间内加热温区6温度变化所需的热量采用如下公式计算得出：

Q1=c×m×△t，其中Q1是单位时间内加热温区6温度变化所需的热量，C是与这个过程相关的比热容，m是料筒的质量，△t是单位时间内加热温区6的温度变化值。

所述单位时间内熔体从加热温区6带走的热量采用如下公式计算得出：

Q₂=c1×y×△T，其中Q₂是单位时间内熔体从加热温区6带走的热量，y是单位时间内流经加热温区6的熔体流量，△T是单位时间内溶体流经加热温区6的温度变化值。

所述单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量采用如下公式计算得出：

Q3=Φ1– P–Q1–Q2，其中Q3是单位时间内螺杆在加热温区6中的剪切热量，Φ1为单位时间内冷却风机32带走的热量，P为单位时间内加热温区6累积加热量，Q1是单位时间内加热温区6温度变化所需的热量，Q₂是单位时间内熔体从加热温区6带走的热量。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种智能加热控制系统，包括工业PC、驱动模块和多个温控执行机构，驱动模块的输入端与工业PC相应的输出端电连接，各个温控执行机构分别与驱动模块相应的输出端电连接，其特征在于：所述智能加热控制系统还包括用于探测各个加热温区的加热温度值和周围环境的环境温度值的温度采集模块，还包括多个用于探测各个温控执行机构电流的电流互感器，温度采集模块、各个电流互感器分别与所述工业PC相应的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的智能加热控制系统，其特征在于：所述温控执行机构包括电加热装置和冷却风机，电加热装置能够对相应的加热温区进行加热使其升温，冷却风机能够对相应的加热温区进行吹风使其降温；所述电流互感器用于探测电加热装置的电流。

3.根据权利要求1或2所述的智能加热控制系统，其特征在于：所述温度采集模块包括多个环境温度传感器和多个加热温区温度传感器，各个环境温度传感器用于采集周围环境的环境温度值，各个加热温区温度传感器用于采集相应加热温区的加热温度值。

4.根据权利要求3所述的智能加热控制系统，其特征在于：所述温度采集模块还包括多个第一熔体温度传感器和多个第二熔体温度传感器，各个第一熔体温度传感器用于采集熔体进入相应的加热温区时的第一熔体温度值，各个第二熔体温度传感器用于采集熔体离开相应的加热温区时的第二熔体温度值。

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