一种隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法与流程

本发明属于烘干设备的控制领域，具体涉及一种隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法。

背景技术：

隧道烘箱主要用来对口服液瓶、西林瓶、安瓿瓶进行干燥灭菌、去热源。加热段温度控制的稳定性和均匀性尤为重要。温度控制不稳定、均匀性不好会导致药品包材(钠钙玻璃瓶、低硼硅瓶等)由于受热不均使得瓶包材容易发生炸瓶、碎瓶，而玻璃碎屑会污染其他瓶包材以及烘箱内部环境从而影响产品质量。

现有技术中，如公开号为cn106556229a的专利公开了一种隧道式灭菌干燥机的温度控制方法，该方法通过检测入瓶前的预热段1、预加热段4、加热段2以及冷却段3内的温度信息，分别与预热段1、预加热段4、加热段2以及冷却段3的预设值进行对比，执行升温或降温处理来保证各段温度达到预设值。

原有的隧道式灭菌干燥机仅单一的采用通过加热区的温度探头采集温度，再通过plc对采集的温度和人为所需的温度即设定温度进行对比，在现有的环境下调节电加热管的电流给定，进行降温或升温控制。但是，由于热风循环系统的影响以及环境的不确定性使得系统存在扰动，这样导致热量的给定和散失不平衡再加上控制的区域范围大，环境因素的变化使最终温度控制的波动大，温度稳定时间长，而且一旦环境发生变化，系统的稳定性又发生变化需要很长时间才能稳定。现有技术的隧道式灭菌干燥机加热段的温度控制在满载时在±15℃以内，空载时±10℃以内，这个温度范围内虽然满足国家相关法规或者标准的要求，但在实际生产中一旦遇到材质较差的包材那么就存在较大炸瓶瓶、碎瓶风险。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法，其既能够自动消除送风环境热循环系统的不可预见的扰动，又能够使加热段温度控制的更加精确，且调节时间更短。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法，所述烘箱内设有风机和加热管，其中所述温度控制方法包含如下步骤：

s1：给定一个人工设置的固定运行频率以开启所述风机，从而进行风系统循环，随后开启所述加热管对所述加热段进行加热；

s2：检测所述加热段的温度并与预设温度进行比较，并将比较结果发送给自动控制器一；

s3：所述自动控制器一根据所述比较结果自动调节加热管的输出功率，使得当前的加热段的温度接近预设温度，并使得当前的所述加热段的温度在第一预设范围值内保持稳定，所述第一预设范围值指的是加热段温度满载时控制在±15℃以内，空载时控制在±10℃以内；

s4：通过自动控制器二自动调节所述风机的运行频率来控制送风量大小，并同时通过所述自动控制器一继续自动调节加热管的输出功率，使得所述加热段的温度在第二预设范围值内保持稳定，第二预设范围值小于所述第一预设范围值。

进一步的，所述第二预设范围值指的是加热段温度满载时控制在±5℃以内，空载时控制在±2℃以内。

进一步的，具体采用三相移步触发器和固态继电器控制所述加热管的输出功率。

进一步的，所述风机采用变频器进行风速控制，步骤s1中的所述固定运行频率为35hz-45hz。

进一步的，所述自动控制器一和自动控制器二为模糊控制器、自适应控制器或pid控制器。

进一步的，通过监控系统的人机控制界面设置所述自动控制器一和自动控制器二的控制器参数。

进一步的，所述温度控制方法还可以包含以下步骤s5；

s5:当通过加热段内的风速仪检测到加热段内的风速过高或过低时，切换所述风机的运行频率至所述固定运行频率，随后跳回步骤s2，以再次将所述加热段的温度调节在第二预设范围值内。

进一步的，当通过加热段内的风速仪检测到加热段内的风速过高或过低时，会通过监控系统进行报警提示。

进一步的，使用温度传感器检测所述加热段的温度。

进一步的，所述温度传感器是热电偶或者热电阻。

(三)有益效果

由上述技术方案可知，相对于现有技术，本发明具备如下有益效果：

1)本发明的温度控制方法通过多段的温度自动控制来满足工艺要求，从而合理的利用了风机进行了对温度的微调，使得系统能够自动消除送风环境热循环系统的不可预见的扰动；

2)本发明对在实际工作环境中所发现的技术问题提出了针对性的解决方案，并合理的利用了隧道烘箱中现有的装置来实现上述温度控制方法，从而使得加热段温度控制的更加精确；

3)通过合理的选择风机控制的插入时机和条件，使得控制系统的总调节时间大大缩短；

4)引入步骤s5对加热段的风速进行了监控和再调整，让控制系统在必要时重新寻找新的控制平衡点，以保证加热段内的温度和风速能够同时满足生产的工艺要求。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明隧道烘箱加热段的控制系统示意图；

图2为本发明隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法的流程图。

附图标记说明:

1-变频器，2-plc，3-工控机人机控制界面，4-风机，5-加热管，6-风速仪，7-温度传感器，8-三相移步触发器，9-固态继电器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，其为本发明隧道烘箱加热段的控制系统示意图，该控制系统包括了变频器1、plc2、工业人机控制界面3、风机4，加热管5，风速仪6，温度传感器7、三相移步触发器8，固态继电器9，其中变频器1、plc2、工业人机控制界面3、三相移步触发器8，固态继电器9位于电控箱中，风机4，加热管5，风速仪6，温度传感器7位于隧道烘箱加热段内，各部件的具体位置参见图1。

具体的，该控制系统的控制方法为：通过温度传感器7检测加热段的温度传输入到plc2中，并与人工设定的预设温度比较，通过plc2进行数据的动态分析后，plc2对加热回路进行pid控制,通过plc的模拟量通道控制三相移相触发器8和固态继电器9随时调节控制加热管5的给定电流。在加热段的温度接近预设温度趋向于稳定状态时，投入对加热段的送风层的风机4的变频器1的pid调节控制。此时，风机运行频率不再是原来的人工设定的固定运行频率，固定运行频率切换为pid运算的自动控制，在双路pid调节的作用下使得加热段的温度控制更加精确和稳定。最终使得满载时加热段温度控制在±5℃，空载时±2℃以内。这样就大大降低了隧道烘箱的碎瓶的风险。

根据上述控制方法可知，因为plc2对采集的温度和需要设定温度的差值输入plc2中的pid控制器进行运算，运算后输出对加热管5的控制调节信号，从而使得加热段的温度接近预设温度。此时加热段的温度较接近预设温度，但由于风机的固定运行频率(此频率为人工设置)不一定合适，使得加热区温度一直在波动一般满载时在±15℃以内，空载时±10℃以内，故需要对风机频率进行微调。此时，系统控制断开原先的变频器5的固定运行频率控制模式，启动pid控制模式，将温差作为pid计算的输入值，输出值为风机变频器的控制信号，根据加热段的温度，使风机的转速适当的减速或加速。在加热功率和风机转速的同时调节下，控制系统的风系统环境更适合热量的传递，最终使得温度控制更精确。满载时加热段温度控制在±5℃，空载时±2℃以内。

因a级层流(即瓶包材输送带上的层流)对风速有要求，要求其保持在0.36m/s～0.54m/s，故在内部设置有风速仪6，当风速超过允许范围时(过大或者过小时)通过工业人机控制界面3进行远程报警，加热管5的输出功率将再次调整、风机4的运行频率切换为原来人工设定的固定频率，从而重新调整plc中两个pid控制器的控制参数。

图2为本发明隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法的流程图，结合附图1的控制系统，本发明对上述控制系统的温度控制方法进行了如下的归纳性的描述:

一种隧道烘箱加热段抗扰动的精确温度控制方法，所述烘箱内设有风机4和加热管5，所述温度控制方法包含如下步骤：

s1：给定一个人工设置的固定运行频率以开启所述风机4，从而进行风系统循环，随后开启所述加热管5对所述加热段进行加热；

s2：检测所述加热段的温度并与预设温度进行比较，并将比较结果发送给自动控制器一；

s3：所述自动控制器一根据所述比较结果自动调节加热管的输出功率，使得当前的加热段的温度接近预设温度，并使得当前的所述加热段的温度在第一预设范围值内保持稳定；

s4：通过自动控制器二自动调节所述风机的运行频率来控制送风量大小，并同时通过所述自动控制器一继续自动调节加热管的输出功率，使得所述加热段的温度在第二预设范围值内保持稳定，第二预设范围值小于所述第一预设范围值。

此外，该实施例可以做出如下的进一步限定，所述第一预设范围值指的是加热段温度满载时控制在±15℃以内，空载时控制在±10℃以内，所述第二预设范围值指的是加热段温度满载时控制在±5℃以内，空载时控制在±2℃以内。

基于图1可知，由于plc2是一个多功能的控制器，其可以通过编程实现各种自动控制方法，故所述自动控制器一和自动控制器二可以为模糊控制器、自适应控制器或pid控制器，使得其最终构成一个基于双自动控制器的“加热管+风机”的双自动控制系统；所述风机5采用变频器1进行风速变频控制，根据工作人员现场的控制经验，步骤s1中的人工设定的固定运行频率可设置为35hz-45hz，且保证有风系统循环后才能开启加热系统。此外，该控制系统具体采用三相移步触发器8和固态继电器9控制所述加热管5的输出功率。

进一步的，还可以使用工控机人机控制界面3进行现场的实时监控，使用其采集温度和风速数据，并且根据上述采集的数据远程控制加热段内的温度和风速，当通过加热段内的风速仪6检测到加热段内的风速过高或过低时，会通过监控系统进行报警提示，可使用温度传感器7检测所述加热段的温度，所述温度传感器是热电偶或者热电阻或者其它符合条件的温度探头，此外，现场人员还可以通过监控系统的人机控制界面3设置plc2内的两个自动控制器的控制参数，即所述自动控制器一和自动控制器二的控制器参数。

进一步的，为了使得风速和温度同时满足控制要求，并且使得温度的控制精度保持足够高，在上述步骤s4之后，还包含以下步骤s5，以用于确保自动控制器二对风速的控制满足工艺要求(即使得风速保持在一定范围内，如0.36m/s～0.54m/s)；

s5:根据工艺要求设置一个风速范围，当通过加热段内的风速仪检测到加热段内的风速相对于所述风速范围过高或过低时，随后跳回步骤s2，以再次将所述加热段的温度调节在第二预设范围值内。

需要提出的是，上述步骤s5是非必要性的步骤，一般情况下，风机二次调整的频率变化不会太大，只会在少数情况下才会出现上述风速超范围的情况(与工艺要求有关)。

根据现场试验可知，通过上述的温度控制方法可以成功的使得隧道烘箱的加热段内的风速保持在0.36m/s～0.54m/s范围内，加热段温度控制在±5℃，空载时±2℃以内，且不需要添加过多的硬件成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。