CN200984816Y

CN200984816Y - 塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置

Info

Publication number: CN200984816Y
Application number: CN 200620154652
Authority: CN
Inventors: 邱耀权
Original assignee: MENGXING PACKAGE MACHINERY PLANT SHANTOU CITY
Current assignee: MENGXING PACKAGE MACHINERY PLANT SHANTOU CITY
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2016-12-06

Abstract

一种塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，包括终端、可编程逻辑控制器、至少一个温度测量输入模块、至少一个温度传感器和至少一个固态继电器组，每个温度传感器对应一个固态继电器组，即每个温度传感器对应多个固态继电器，每路温度测量信号输入对应多路温度控制信号输出。本实用新型用一路温度测量输入经可编程逻辑控制器处理后，可同时实现多路输出，控制加热器各分区的温度，既能对加热器进行总体控温；又能将一路温度测量输入信号经可编程逻辑控制器处理后，变成多路独立可调输出，对加热器各分区温度进行独立调节，因此在实际应用上既能保证温度控制精度，又能大大降低设备制造成本，且操作简单易行。

Description

塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置。

背景技术

中国专利CN2808528Y公告的真空吸塑成型机温度控制装置，从终端人工设定输入给定值，并由温度测量输入模块输入监测到的发热砖温度信号，然后通过可编程逻辑控制器(PLC)自动将上述给定值和发热砖温度信号进行比较、处理，输出温度控制信号，经温度控制输出模块自动控制流经发热砖的电流，从而自动调节加热器温度，使其稳定在所需要的范围内，实现真空吸塑成型机发热炉温度的自动控制。但这种温度控制装置采用一控一方式，即每个发热砖(或者分区)对应一个温度测量信号输入点和一个温度控制信号输出点，温度测量输入模块通过温度传感器获取一个发热砖(或者分区)的温度信号，并输出至PLC，PLC将该温度信号与设定值进行比较、处理，然后经温度控制输出模块将温度控制信号输出至对应的固态继电器，控制流经该发热砖(或者分区)的电流，以调节其温度，其中温度测量信号输入点、温度控制信号输出点与发热砖(或者分区)数目相同且一一对应。当发热砖(或者分区)数目较多时，所需温度测量信号输入点的数目随之增多，温度控制装置的制造成本随之增多；尤其当所需温度信号输入点的数目多于PLC限定的温度测量输入点的数目时，PLC将无法获得部分发热砖(或者分区)的温度信号，以致无法实现该部分发热砖(或者分区)的温度控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，这种温度控制装置既能保证温度控制精度，又能大大降低设备制造成本。采用的技术方案如下：

一种塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，包括终端、可编程逻辑控制器(PLC)、至少一个温度测量输入模块、至少一个温度传感器和至少一个固态继电器组，终端与可编程逻辑控制器连接，温度测量输入模块与可编程逻辑控制器连接，温度传感器与温度测量输入模块的输入点连接，可编程逻辑控制器设有多个输出点，每个固态继电器与一个输出点连接，其特征是：每个温度传感器对应一个固态继电器组，即每个温度传感器对应多个固态继电器，每路温度测量信号输入对应多路温度控制信号输出。一个固态继电器组中固态继电器的总数与其控制的加热器的分区总数相同，且与各分区一一对应。

具体为：

终端通过接口与可编程逻辑控制器连接，用于输入总体温度设定值和各分区温度微调值，并将其输出至可编程逻辑控制器；

温度测量输入模块通过接口与可编程逻辑控制器连接，接收温度传感器检测到的加热器一个分区的温度信号，经模/数转换(A/D转换)处理后，将其输出至可编程逻辑控制器；

可编程逻辑控制器将终端输入的总体温度设定值和温度测量输入模块输入的温度信号进行比较、处理，得到加热器温度偏差信号，然后将加热器温度偏差信号和各分区温度微调值进行运算，得到各分区的温度控制信号；

固态继电器组与可编程逻辑控制器的输出点连接，其中每个固态继电器与一个输出点连接，固态继电器组包含的固态继电器数量与加热器的分区总数相同，且与各分区一一对应，可编程逻辑控制器将各分区的温度控制信号输出至对应的固态继电器，经固态继电器控制流经分区的电流。

控制一个加热器只需一路温度测量信号输入，该温度测量信号是加热器一个分区的实际温度测量值，作为加热器温度的基准值，温度控制信号输出的路数等于该加热器上分区的数目。当塑料片材热成型机具有多个加热器(如具有成对的上加热器和下加热器，或具有预加热器和主加热器)时，每个加热器对应一个温度传感器和一个固态继电器组，其中温度传感器输入的温度测量信号是该加热器一个分区的实际温度测量值，且对应的固态继电器组中固态继电器的数目(即温度控制信号输出的路数)等于该加热器上分区的数目，这些温度控制信号用于控制所测量的加热器上各分区的温度；各加热器的温度控制相互独立，各自对应一个总体温度设定值和一组分区温度微调值，其总体温度设定值和各分区温度微调值根据具体情况设定。

如果加热器的分区总数目不多，且所选的可编程逻辑控制器有足够的输出点，那么可以不用扩展输出模块，直接用可编程逻辑控制器上的输出点即可。在加热器分区总数量较多的情况下，如果可编程逻辑控制器上的输出点不够用，则应增加扩展输出模块，增加的数量视分区数量多少而定；在这种情况下，在可编程逻辑控制器与固态继电器之间设有扩展输出模块，扩展输出模块与可编程逻辑控制器连接，扩展输出模块的输出点与固态继电器连接，每个固态继电器与晶体管扩展输出模块的一个输出点连接，可编程逻辑控制器将分区的温度控制信号输出至扩展输出模块，扩展输出模块的各输出点再将分区的温度控制信号输出至对应的固态继电器。扩展输出模块优选晶体管扩展输出模块，由于晶体管输出反应速度快，因此可提高温度控制的灵敏度。可编程逻辑控制器上的输出点和扩展输出模块的输出点也可同时使用，即一部分固态继电器与可编程逻辑控制器上的输出点连接，其余的固态继电器与扩展输出模块的输出点连接。

优选可编程逻辑控制器中包含有PID控制器，可编程逻辑控制器将总体温度设定值和温度测量输入模块输入的温度信号进行PID运算(即比例积分微分运算)处理，得到加热器温度偏差信号；然后将加热器温度偏差信号和各分区温度微调值进行逻辑与运算(即乘法运算)，得到各分区的温度控制信号。当要整体升高或降低加热器的温度时，只需在终端输入相应的总体温度设定值；当只需要调节加热器上某一分区的温度时，只需在终端输入对应的分区温度微调值，因此本实用新型即能够同时控制又能独立控制加热器各分区的温度。PID控制算法是工业控制回路普遍使用的算法，是本领域技术人员所熟知的技术，在此不作详细描述。

终端用于设定加热器总体温度值及各分区温度微调值。可在终端的人机界面上制作与加热器各分区排布相对应的输入表格；也可以在终端的人机界面上按比例制作与加热器各分区对应的模拟图，并将模具按比例模拟在加热器模拟图上。通过点触输入表格，或点触模拟图来输入各分区温度微调值，这样使温度控制操作更方便、直观、人性化。

终端输出至可编程逻辑控制器的信号，可通过RS232或RS485接口传送。

本实用新型中的可编程逻辑控制器可用单片机、工业计算机替代。

本实用新型用一路温度测量输入经可编程逻辑控制器处理后，可同时实现多路输出，控制加热器各分区的温度。既能对加热器进行总体控温；又能将一路温度测量输入信号经可编程逻辑控制器处理后，变成多路独立可调输出，对加热器各分区温度进行独立调节，因此在实际应用上既能保证温度控制精度，又能大大降低设备制造成本，且操作简单易行，特别适合塑料片材热成型机多分区温度控制。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的控制流程方框图；

图2是本实用新型优选实施例的电路连接图；

图3是本实用新型优选实施例终端人机界面上的分区温度微调值输入形式；

图4是本实用新型优选实施例终端人机界面上的另一种分区温度微调值输入形式；

图5是本实用新型优选实施例的可编程逻辑控制器中主要程式编写流程梯型图。

具体实施方式

如图1所示，这种塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置包括终端1、可编程逻辑控制器2、温度测量输入模块3、一个温度传感器4、晶体管扩展输出模块5和固态继电器6，其中终端1与可编程逻辑控制器2通过接口连接；温度传感器4与温度测量输入模块3的输入点连接；温度测量输入模块3与可编程逻辑控制器2通过接口连接；晶体管扩展输出模块5与可编程逻辑控制器2通过接口连接，晶体管扩展输出模块5的输出点与固态继电器6连接，每个固态继电器6与晶体管扩展输出模块5的一个输出点连接，固态继电器6的数量与加热器7的分区总数相同且与各分区71一一对应。本实施例的控制对象是一个加热器，该加热器7的分区71的总数为二十四个，因而固态继电器6的数量也为二十四个，该二十四个固态继电器6组成一个固态继电器组。

通过终端1输入总体温度设定值和各分区温度微调值，并将其输出至可编程逻辑控制器2；温度测量输入模块3接收由温度传感器4检测到的加热器7的一个分区71的温度信号，并将其进行模/数转换(A/D转换)处理，之后输出至可编程逻辑控制器2；可编程逻辑控制器2将终端1输入的总体温度设定值和温度测量输入模块3输入的温度信号进行PID运算，得到加热器温度偏差信号，然后将加热器温度偏差信号和各分区温度微调值进行逻辑与运算，得到各分区71的温度控制信号；可编程逻辑控制器2将分区71的温度控制信号输出至晶体管扩展输出模块5，晶体管扩展输出模块5的各输出点再将分区71的温度控制信号输出至对应的固态继电器6，经固态继电器6控制流经分区71的电流，从而调节所对应的分区71的温度。

本实施例中一路温度信号输入对应二十四路温度控制信号输出。当要整体升高或降低加热器7的温度时，只需在终端1输入相应的总体温度设定值；当需要调节加热器7上某一分区71的温度时，只需在终端1输入对应的分区温度微调值，因此本实用新型即能够同时控制又能独立控制加热器7各分区71的温度。

如图2所示，本实施例中，终端1采用DOP-AE10THTD，可编程逻辑控制器2采用DVP-12SA11T，温度测量输入模块3采用DVP-04TC，温度传感器4采用热电偶，晶体管扩展输出模块5采用DVP-08SN(共三块，即5-1、5-2、5-3，每块有八个输出点)，固态继电器6有二十四个并与晶体管扩展输出模块5的输出点一一对应，一路温度测量输入控制二十四个分区的温度控制信号输出；上述终端1、可编程逻辑控制器2、温度测量输入模块3和晶体管扩展输出模块5均为中达电通股份有限公司的“台达”品牌产品。终端1通过RS232接口与可编程逻辑控制器2连接；温度测量输入模块DVP-04TC与可编程逻辑控制器2连接；三块晶体管扩展输出模块DVP-08SN与可编程逻辑控制器2连接，晶体管扩展输出模块DVP-08SN的输出点与固态继电器6连接；各器件的连接是本领域技术人员所熟知的技术，技术人员还可根据产品说明书的指示进行连接，在此不作详细描述。

如图3所示，可在终端1的人机界面8上制作与加热器7各分区71排布相对应的输入表格，每单元格81对应一分区71，通过点触输入表格来输入各分区温度微调值。如图4所示，也可以将加热器7各分区71以模拟图形式，按比例制作在人机界面8上，同时将模具按比例模拟在加热器模拟图上，图4中A1～A6、B1～B6、C1～C6、D1～D6表示各分区71，模拟图标9表示模具，不同模具只要在模具参数输入表中输入模具的长、宽、行数、列数及行距、列距，经PLC程式运算后，其具体位置排布图便自动显示在加热器模拟图上，操作人员可在模拟图上进行调温操作，当某一分区温度偏高或偏低，只要点击该分区图标，屏幕将显示出相应的数值输入窗口，使调温操作十分直观。上述两种输入形式只是两种优选的形式，技术人员可采用现有的其他输入形式从终端1输入数值。

以下结合图5对本实施例可编程逻辑控制器中主要程式编写流程作详细说明：

(1)当加热器开关X0(可外接或直接设在人机界面上)为ON(接通)时，将存放在D960的总体温度设定值与从温度测量输入模块读入并存放在D194的温度信号值进行PID运算，然后将运算结果(即加热器温度偏差信号，用于总体控制加热器温度)存放在D190，D2151为取样时间；

(2)将存放在D190中的运算结果经程式进一步处理，转换为输出周期(存放在D180)一定、而脉冲宽度随运算结果变化而变化的调宽脉冲输出信号，转换方法如下：如果系统中有脉宽调变指命，可直接用该指命进行调变(如果系统中没有合适指命可用，可用时间继电器编写)；本实施例直接用GPWM指命进行转换；

(3)用上述转换后的调宽脉冲输出信号控制PLC内部的中间继电器M143(或输出线圈Y；不同型号的PLC其中间继电器及输出线圈的代号命名可能不尽相同，但编程方式相同)，再用该中间继电器M143的触点(或输出线圈Y的触点)触发控制各晶体管扩展输出模块的输出点(由于PLC内部中间继电器M和输出线圈Y的触点个数使用不受限制，利用这一特点，可以编写任意多控制输出，只要不超出所选PLC型号最大输出点数即可，所以，经上述变换后可实现一个温度信号输入可同时控制多路输出，上述中间继电器M143输出总体温度控制信号。)；

(4)分区温度微调值可用下列二种方式编写：

本实施例优选方式为：用PLC内部的时间继电器T(选用100ms的时间继电器)来编写分区温度微调控制值，首先编写时间继电器T0作为各分区调温控制周期，周期值由设计者按实际控制情况设定，一般而言，周期短则控制效果稳定，实际使用一般设定在5-10秒(本实施例为10秒，即常数K100)；其次，编写时间继电器T1作为第一分区温度微调控制，T1的计时值由终端设定，即终端输入的分区温度微调值，该输入值由终端进行设定(存放在D200)，在必要时可改变，其最大值等于T0的设定值、最小值设为0；然后用T1的触点控制第一分区温度控制信号输出，这样第一分区温度控制信号输出受控于M143及T1(M143与T1的相应触点串联，其中M143确定了第一分区温度控制信号输出的脉冲宽度，T1确定了每个调温控制周期T0内第一分区温度控制信号输出的脉冲数，因此M143和T1一起确定了每个调温控制周期T0内第一分区温度控制信号输出的高电平信号总宽度，从而确定对应的固态继电器相应触点闭合的总时间，即第一分区的通电总时间)，随着M143和T1的变化，该输出相应跟着变化，从而起到对第一分区温度的调节作用；按相同方法编写T2、T3……T24等，各分区温度微调控制相互独立；由于M143用于控制每个分区的温度控制信号输出，因此M143的变化将引起所有分区的温度控制信号输出的变化，能够对加热器进行总体控温；T1、T2、T3……T24等的变化则只引起相应分区的温度控制信号输出的变化，对相应分区进行控温，它们之间相互独立；

可替代的方式为：用PLC内部的16位计数器及系统时钟脉冲来编写分区温度微调控制值，首先用系统的时钟脉冲(一般选用100ms的时钟脉冲)做为各分区计数器的输入计数脉冲，然后编写C0做为各分区调温控制周期，计数周期值一般设定在5-10秒；其次编写C1做为第一分区温度微调控制，C1的计数值由终端设定，即终端输入的分区温度微调值，该输入值由终端进行设定，在必要时可改变，其最大值等于C0的设定值、最小值设定为0；然后用C1的触点控制第一分区温度控制信号输出，这样第一分区温度控制信号受控于M143(总体温度控制信号)及C1(第一分区温度微调控制)，随着M143和C1的变化，该输出相应跟着变化，从而起到总体温度及分区温度的调节作用；按相同方法编写C2、C3……C24等，各分区温度微调控制相互独立。

普通的PLC系统内部的时间继电器或16位计数器各有一百多至二百个，可满足一般程式编写要求；对分区数量特别庞大的控制系统，可适当选用高一级别的PLC控制器来满足设计需要。

以上实施例中所用的时间继电器、计数器、存储器、中间继电器和输出线圈的代号及编号，可由设计人员按具体型号的PLC及系统实际情况进行变更，但编写过程相通。

当塑料片材热成型机具有具有多个加热器(如具有成对的上加热器和下加热器，或具有预加热器和主加热器)时，每个加热器对应一路温度测量信号输入，温度信号是该加热器一个分区的实际温度测量值，且对应的温度控制信号输出的路数等于该加热器上分区的数目，这些温度控制信号用于控制该加热器上各分区的温度；各加热器的温度控制相互独立，各自对应一个总体温度设定值和一组分区温度微调值，其总体温度设定值和各分区温度微调值根据具体情况设定。可编程逻辑控制器中主要程式编写方法可参照上述实施例。

生产前，根据被加热片材的材料、厚度等特征，初步确定总体温度设定值，通过终端1将其输送至可编程逻辑控制器2，开启加热器7，对片材加热，观察片材总体被加热的情况，必要时通过终端1调整总体温度设定值；然后观察片材各部分受加热的情况，若某分区71对应的片材部分受加热过度或不足，则通过终端1调整该分区71的分区温度微调值，使片材处于良好加热条件下，然后可开始生产。生产过程中，温度控制装置即可根据总体温度设定值和各分区温度微调值，自动对加热器温度进行控制。生产过程中，如果发现加热器总体温度和/或某分区的温度不合适，可通过终端1及时输入新的数值，及时对加热温度进行适当调整。可将上述调整好的总体温度设定值和各分区温度微调值保存在可编程逻辑控制器2中，下次对同样片材进行加热时，可直接调用，以节约时间。

本实用新型中的可编程逻辑控制器可用单片机、工业计算机替代，本领域技术人员根据上述实施例的提示，结合技术常识，可完成单片机或工业计算机与终端、温度测量输入模块、固态继电器或扩展输出模块之间的连接，并可根据上述实施例可编程逻辑控制器中主要程式编写流程说明的提示，为单片机或工业计算机编写所需的程式，实现加热器的温度控制，因此，采用单片机、工业计算机替代可编程逻辑控制器的温度控制装置应当在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，包括终端、可编程逻辑控制器、至少一个温度测量输入模块、至少一个温度传感器和至少一个固态继电器组，终端与可编程逻辑控制器连接，温度测量输入模块与可编程逻辑控制器连接，温度传感器与温度测量输入模块的输入点连接，可编程逻辑控制器设有多个输出点，每个固态继电器与一个输出点连接，其特征是：每个温度传感器对应一个固态继电器组，即每个温度传感器对应多个固态继电器，每路温度测量信号输入对应多路温度控制信号输出。

2、根据权利要求1所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述终端通过接口与可编程逻辑控制器连接，用于输入总体温度设定值和各分区温度微调值，并将其输出至可编程逻辑控制器；

温度测量输入模块通过接口与可编程逻辑控制器连接，接收温度传感器检测到的加热器一个分区的温度信号，经模/数转换处理后，将其输出至可编程逻辑控制器；

3、根据权利要求1或2所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述可编程逻辑控制器与固态继电器之间设有扩展输出模块，扩展输出模块与可编程逻辑控制器连接，扩展输出模块的输出点与固态继电器连接，每个固态继电器与晶体管扩展输出模块的一个输出点连接，可编程逻辑控制器将分区的温度控制信号输出至扩展输出模块，扩展输出模块的各输出点再将分区的温度控制信号输出至对应的固态继电器。

4、根据权利要求1或2所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述温度控制装置还设有扩展输出模块，扩展输出模块与可编程逻辑控制器连接，一部分固态继电器与可编程逻辑控制器上的输出点连接，其余的固态继电器与扩展输出模块的输出点连接。

5、根据权利要求2所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述可编程逻辑控制器中包含有PID控制器，可编程逻辑控制器将终端输入的总体温度设定值和温度测量输入模块输入的温度信号进行PID运算处理，得到加热器温度偏差信号；然后将加热器温度偏差信号和各分区温度微调值进行逻辑与运算，得到各分区的温度控制信号。

6、根据权利要求2所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述终端的人机界面上设有与加热器各分区排布相对应的输入表格。

7、根据权利要求2所述的塑料片材热成型机加热系统的温度控制装置，其特征是：所述终端的人机界面上按比例设有与加热器各分区对应的模拟图，且模具按比例模拟在加热器模拟图上。