專利名稱：一種氣壓熱成型機的溫控方法及溫控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫控方法和溫控系統(tǒng)，尤其涉及一種氣壓熱成型機的溫控方法， 以及基于該溫控方法的溫控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣壓熱成型機是一種用于制造完全相同產(chǎn)品的塑料加工成型設(shè)備，將熱塑性塑料片材加熱至軟化，在氣體壓力作用下，采用適當?shù)哪＞呤蛊涑蔀橹破?，同時能依照一定的程序重復(fù)生產(chǎn)循環(huán)。氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)是氣壓熱成型機工作的關(guān)鍵部分，直接影響著氣壓熱成型機成型的效果。目前，氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)一般都是采集加熱瓦片的中心溫度，并根據(jù)加熱瓦片的中心溫度采用復(fù)雜的控制系統(tǒng)進行溫度控制。這樣，從加熱瓦片上采集回來的溫度與被加熱片材的溫度相差甚遠，而且被加熱片材溫度的變化也不能及時反映到采集回來的溫度上，具有明顯的滯后性，影響著氣壓熱成型機成型的效果，產(chǎn)品合格率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種氣壓熱成型機的溫控方法，以及基于該溫控方法的溫控系統(tǒng)，使得熱成型機的溫度控制更加簡單，并且溫度控制精度大幅度提高，提高成型的效果，提高產(chǎn)品的合格率。采用的技術(shù)方案如下一種氣壓熱成型機的溫控方法，其特征在于包括如下步驟(I)、沿片材的輸送方向，將熱成型機上的加熱區(qū)域劃分為至少兩個溫區(qū)，每個溫區(qū)中設(shè)有還少一對加熱單元；(2)、在每個溫區(qū)中選取一個靠近片材的檢測位置，分別采集檢測位置的實時溫度；(3)、將各個溫區(qū)的實時溫度與片材要求溫度進行比較，得出各個溫區(qū)的溫度偏離值，然后通過各個溫區(qū)的溫度偏離值分別控制相應(yīng)溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率。上述一對加熱單兀通常在熱成型機上以一上一下的方式設(shè)置，片材則是從一上一下兩個加熱單元之間通過，片材的上表面和下表面均受熱輻射而被加熱到溫度要求；上述加熱單元一般采用加熱瓦片。由于熱成型機的加熱區(qū)域比較大(沿片材輸送方向，加熱區(qū)域較長)，以往在片材的上方和下方的加熱器件均為一整體，片材通過加熱區(qū)域時，片材上的各點溫度并不相同， 探測任意一點的溫度都無法準確代表片材的溫度，因此難以達到準確的控制，本發(fā)明中，通過將熱成型機上的加熱區(qū)域劃分為至少兩個溫區(qū)，即是將加熱區(qū)域進行細化，并分別設(shè)置加熱單元，劃分的溫區(qū)越多，采集各個溫區(qū)的實時溫度，就能越接近該處片材的實際溫度， 因此通過將加熱區(qū)域劃分為多個溫區(qū)，提高了溫度控制的精度，提高成型的效果，提高產(chǎn)品的合格率；通過采集檢測位置(靠近片材位置)的溫度，該檢測位置的溫度要比加熱單元上的溫度低，更接近片材的實際溫度，因此采集檢測位置(靠近片材位置)的溫度來控制溫度更加精確，同樣提高成型的效果，提高產(chǎn)品的合格率；由于加熱區(qū)域劃分溫區(qū)越多，其控制難度越高，因此，在設(shè)置合適數(shù)量溫區(qū)的情況下，在溫區(qū)中設(shè)置多對加熱單元，控制該溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率，以調(diào)整該溫區(qū)的溫度，既達到精確控制溫度的目的，又避免溫區(qū)過多而控制復(fù)雜，達到簡化控制的目的。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其特征是所述步驟(3)中，通過模糊PID控制方法控制溫區(qū)中各個加熱單元的總體輸出功率。模糊PID控制方法，即是根據(jù)PID控制器的三個參數(shù)與溫度偏離值的模糊關(guān)系，在運行時不斷檢測溫度偏離值，通過事先確定的關(guān)系，利用模糊推理的方法，在線修改PID控制器的參數(shù)，讓PID控制器自整定。模糊PID控制方法能夠?qū)囟鹊确蔷€性問題有一個良好的控制，在溫度偏離值較大時收斂速度快，在溫度偏離值較小時溫度變化穩(wěn)定。模糊PID控制方法適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的控制， 能夠適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學模型難以建立和受控系統(tǒng)過程復(fù)雜、參數(shù)時變的溫度控制系統(tǒng)的控制，具有控制精度高、抗干擾力強、魯棒性好的特點。一種氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)，包括加熱裝置、至少兩個溫度探測裝置和溫度控制裝置，加熱裝置和溫度探測裝置均與溫度控制裝置連接，其特征是所述加熱裝置包括多個上加熱單元和多個下加熱單元；沿片材的輸送方向，氣壓熱成型機的加熱區(qū)域依次設(shè)有至少兩個溫區(qū)，每個溫區(qū)中設(shè)有至少一個上加熱單元、至少一個下加熱單元和一個溫度探測裝置，溫度探測裝置設(shè)于上加熱單元與下加熱單元之間。上述溫度探測裝置一般采用一溫度傳感器，可優(yōu)選為K型熱電偶探頭，K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用，它可以直接測量各種生產(chǎn)中從0°c到 1300°C范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度；上述上加熱單元和下加熱單元一般米用加熱瓦片。溫度探測裝置檢測各個溫區(qū)中上加熱單元與下加熱單元之間片材附近的實時溫度，并將各個實時溫度上傳給溫度控制裝置，在溫度控制裝置中，各個實時溫度分別與片材要求溫度作比較，得出各個溫區(qū)的溫度偏離值，然后通過各個溫區(qū)的溫度偏離值分別控制相應(yīng)溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率，以調(diào)整該溫區(qū)的溫度，使之越來越接近片材溫度要求，既達到精確控制溫度的目的，又避免溫區(qū)過多而控制復(fù)雜，達到簡化控制的目的。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，其特征是所述溫度控制裝置包括至少兩個溫度采集模塊、主控模塊和至少兩個執(zhí)行模塊；各個溫度采集模塊和執(zhí)行模塊均與主控模塊連接；各個溫度采集模塊與相應(yīng)的溫度探測裝置連接；各個執(zhí)行模塊與相應(yīng)的上加熱單元、下加熱單元連接。溫度采集模塊接收溫度探測裝置檢測到的實時溫度，轉(zhuǎn)化為數(shù)值，在主控模塊中通過預(yù)設(shè)的算法進行運算，最后通過執(zhí)行模塊發(fā)出指令，指示相應(yīng)的上加熱單元、下加熱單元增加或減少輸出功率，從而控制各個溫區(qū)中所有的上加熱單元、下加熱單元的總體輸出功率。作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，其特征是所述主控模塊為模糊PID控制器。優(yōu)選模糊PID控制器采用FPGA作為其主控芯片。FPGA (FieId-ProgrammabIe Gate Array),即現(xiàn)場可編程門陣列，它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。進一步優(yōu)選FPGA為Xilinx公司生產(chǎn)的Spartan-3 XC3S200。Spartan3是一種低成本高性能大批量邏輯解決器件,側(cè)重低成本應(yīng)用，容量中等，性能可以滿足一般的邏輯設(shè)計要求。Spartan-3 XC3S200的特點是高性能，主頻可以達到50MHz，高I/O數(shù)量，高達141個I/O端口。I/O驅(qū)動能力強，最大達36mA ； 支持多達24種的I/O標準(Spartan-3E支持18種)；支持DCI (數(shù)字控制阻抗匹配)。這些豐富的內(nèi)部資料和I/O端口，使Spartan-3 XC3S200可以實現(xiàn)多數(shù)據(jù)并行處理，并進行一定的邏輯運算，實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和各種通訊方式。為了能夠控制更多的上加熱單元、下加熱單元，還可優(yōu)選采用兩片Spartan-3 XC3S200同時作為模糊PID控制器的主控芯片，并行處理各種信息。作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，其特征是所述溫度采集模塊包括溫度變送器和 A/D轉(zhuǎn)換器；溫度變送器的輸入端與溫度探測裝置連接，溫度變送器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與主控模塊的相應(yīng)輸入端連接。溫度變送器優(yōu)選為 SBffR型K型溫度變送器，這種溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，輸入為24V，輸出為4 20mA，主要用于工業(yè)過程溫度參數(shù)的測量和控制，其帶有輸出信號零點和滿度電位器調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)換精度高，線性化校正，體積小，重量輕的特點。A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)選采用MAX1280芯片，MAX1280是一個12位ADC結(jié)合一個8通道模擬輸入多路復(fù)用器，具有高帶寬的采樣/保持和高轉(zhuǎn)換速度的特點，使用低功耗串行接口與FPGA進行通訊， 使用簡單穩(wěn)定。作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，其特征是所述執(zhí)行模塊包括放大器、兩個電阻和固態(tài)繼電器；放大器的基極通過其中一個電阻與主控模塊的相應(yīng)輸出端連接，放大器的發(fā)射極接地，放大器的集電極與另一個電阻的一端連接，固態(tài)繼電器的輸入端與放大器的集電極連接，固態(tài)放大器的輸出端與各個上加熱單元、下加熱單元連接。在控制中，連接放大器集電極的電阻的另一端連接24V的電源，來自于主控模塊的控制信號控制24V電源的通斷，從而實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷。當來自主控模塊的輸入控制信號為OV時，固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出24V ;當來自主控模塊的輸入控制信號為大于OV時，固態(tài)繼電器處于斷開狀態(tài)，輸出OV。可進一步優(yōu)選放大器采用2N3904元件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點通過將加熱區(qū)域細化為多個溫區(qū)，分別采集各個溫區(qū)中靠近片材位置的實時溫度，并依據(jù)該溫度采用模糊PID的控制方法來控制各個溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率，快捷、精確控制各個溫區(qū)的溫度變化，從而使得片材的溫度得到更精確的控制，提高成型的效果，提高產(chǎn)品的合格率，同時又簡化了控制結(jié)構(gòu)。


圖I是本發(fā)明優(yōu)選實施方式的布局示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施方式的方框原理圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施方式中溫度采集模塊的原理圖；圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施方式中執(zhí)行模塊的原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實施方式做進一步的說明。
這種氣壓熱成型機的溫控方法，包括如下步驟(I)、沿片材的輸送方向，將熱成型機上的加熱區(qū)域劃分為三個溫區(qū)，每個溫區(qū)中設(shè)有四對加熱單元；(2)、在每個溫區(qū)中選取一個靠近片材的檢測位置，分別采集檢測位置的實時溫度；(3)、將各個溫區(qū)的實時溫度與片材要求溫度進行比較，得出各個溫區(qū)的溫度偏離值，然后通過各個溫區(qū)的溫度偏離值，通過模糊PID控制方法分別控制相應(yīng)溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率。如圖I和圖2所示，基于上述氣壓熱成型機的溫控方法的這種氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)，包括加熱裝置I、三個K型熱電偶探頭2和溫度控制裝置3，加熱裝置I和K型熱電偶探頭2均與溫度控制裝置3連接；加熱裝置I包括十二個上加熱瓦片101和十二個下加熱瓦片102 ;沿片材的輸送方向，氣壓熱成型機的加熱區(qū)域依次設(shè)有3個溫區(qū)，分別為第一溫區(qū)4、第二溫區(qū)5和第三溫區(qū)6，每個溫區(qū)中設(shè)有四個上加熱瓦片101、四個下加熱瓦片 102和一個K型熱電偶探頭2，K型熱電偶探頭2設(shè)于上加熱瓦片101與下加熱瓦片102之間靠近片材的位置。溫度控制裝置3包括三個溫度采集模塊301、主控模塊302和三個執(zhí)行模塊303 ； 各個溫度采集模塊301和執(zhí)行模塊303均與主控模塊302連接；各個溫度采集模塊301與相應(yīng)的K型熱電偶探頭2連接；各個執(zhí)行模塊303與相應(yīng)的上加熱瓦片101、下加熱瓦片102連接。主控模塊302為模糊PID控制器，由第一 FPGA3021和第二 FPGA3022構(gòu)成PID控制器的主控芯片，第一 FPGA3021和第二 FPGA3022均采用Spartan_3XC3S200。如圖3所示，溫度采集模塊301包括溫度變送器3011和A/D轉(zhuǎn)換器3012 ;溫度變送器3011的輸入端與K型熱電偶探頭2連接，溫度變送器3011的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器3012 的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器3012的輸出端與主控模塊302的相應(yīng)輸入端連接。如圖4所示，執(zhí)行模塊303包括放大器3031、第一電阻3032、第二電阻3033和固態(tài)繼電器3034 ;放大器3031的基極通過第一電阻3032與主控模塊302的相應(yīng)輸出端連接， 放大器3031的發(fā)射極接地，放大器3031的集電極與第二電阻3033的一端連接，固態(tài)繼電器3034的輸入端與放大器3031的集電極連接，固態(tài)放大器3034的輸出端與各個上加熱瓦片101、下加熱瓦片102連接。在控制中，連接放大器集電極的電阻的另一端連接24V的電源，來自于主控模塊的控制信號控制24V電源的通斷，從而實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷。當來自主控模塊的輸入控制信號為OV時，固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出24V ;當來自主控模塊的輸入控制信號為大于OV時，固態(tài)繼電器處于斷開狀態(tài),輸出0V。可進一步優(yōu)選放大器米用 2N3904 元件。上述氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)的具體溫控過程如下溫度采集模塊301通過溫度變送器3011接收K型熱電偶探頭2檢測到的實時溫度， 并通過A/D轉(zhuǎn)換器3012轉(zhuǎn)化為數(shù)值，在主控模塊中通過預(yù)設(shè)的模糊PID算法進行運算，最后通過各個執(zhí)行模塊303發(fā)出指令(即是通過放大器3031控制固態(tài)繼電器3034的通斷)，指示相應(yīng)的上加熱瓦片101、下加熱瓦片102增加或減少輸出功率，從而分別控制第一溫區(qū)4、第二溫區(qū)5和第三溫區(qū)6中所有的上加熱瓦片101、下加熱瓦片102的總體輸出功率。
權(quán)利要求
1.一種氣壓熱成型機的溫控方法，其特征在于包括如下步驟(1)、沿片材的輸送方向，將熱成型機上的加熱區(qū)域劃分為至少兩個溫區(qū)，每個溫區(qū)中設(shè)有還少一對加熱單元；(2)、在每個溫區(qū)中選取一個靠近片材的檢測位置，分別采集檢測位置的實時溫度；(3)、將各個溫區(qū)的實時溫度與片材要求溫度進行比較，得出各個溫區(qū)的溫度偏離值， 然后通過各個溫區(qū)的溫度偏離值分別控制相應(yīng)溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率。
2.如權(quán)利要求I所述的溫度控制方法，其特征是所述步驟(3)中，通過模糊PID控制方法控制溫區(qū)中各個加熱單元的總體輸出功率。
3.一種氣壓熱成型機的溫控系統(tǒng)，包括加熱裝置、至少兩個溫度探測裝置和溫度控制裝置，加熱裝置和溫度探測裝置均與溫度控制裝置連接，其特征是所述加熱裝置包括多個上加熱單元和多個下加熱單元；沿片材的輸送方向，氣壓熱成型機的加熱區(qū)域依次設(shè)有至少兩個溫區(qū)，每個溫區(qū)中設(shè)有至少一個上加熱單元、至少一個下加熱單元和一個溫度探測裝置，溫度探測裝置設(shè)于上加熱單元與下加熱單元之間。
4.如權(quán)利要求3所述的溫控系統(tǒng)，其特征是所述溫度控制裝置包括至少兩個溫度采集模塊、主控模塊和至少兩個執(zhí)行模塊；各個溫度采集模塊和執(zhí)行模塊均與主控模塊連接； 各個溫度采集模塊與相應(yīng)的溫度探測裝置連接；各個執(zhí)行模塊與相應(yīng)的上加熱單元、下加熱單元連接。
5.如權(quán)利要求4所述的溫控系統(tǒng)，其特征是所述主控模塊為模糊PID控制器。
6.如權(quán)利要求4所述的溫控系統(tǒng)，其特征是所述溫度采集模塊包括溫度變送器和A/ D轉(zhuǎn)換器；溫度變送器的輸入端與溫度探測裝置連接，溫度變送器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與主控模塊的相應(yīng)輸入端連接。
7.如權(quán)利要求4所述的溫控系統(tǒng)，其特征是所述執(zhí)行模塊包括放大器、兩個電阻和固態(tài)繼電器；放大器的基極通過其中一個電阻與主控模塊的相應(yīng)輸出端連接，放大器的發(fā)射極接地，放大器的集電極與另一個電阻的一端連接，固態(tài)繼電器的輸入端與放大器的集電極連接，固態(tài)放大器的輸出端與各個上加熱單元、下加熱單元連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣壓熱成型機的溫控方法及溫控系統(tǒng)，通過將加熱區(qū)域細化為多個溫區(qū)，分別采集各個溫區(qū)中靠近片材位置的實時溫度，并依據(jù)該溫度采用模糊PID的控制方法來控制各個溫區(qū)中所有加熱單元的總體輸出功率，快捷、精確控制各個溫區(qū)的溫度變化，從而使得片材的溫度得到更精確的控制，提高成型的效果，提高產(chǎn)品的合格率，同時又簡化了控制結(jié)構(gòu)。
文檔編號B29C51/42GK102601987SQ201210071830
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月17日
發(fā)明者葉鎮(zhèn)波, 章俊波, 羅慶青 申請人:廣東達誠機械有限公司