专利名称：加热炉控制系统的制作方法
加热炉控制系统技术领域：
本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种加热炉控制系统。背景技术：
在工业领域中，对一个产品的处理有时需要对多个工艺参数进行控制，而且这些参数不是静止的，而是随着时间变化需要不断变化的，因此需要执行一系列随时间变化而不断变化的参数，同时还有一部分工作(如开启或关闭某一个阀门或电动机，这样的工作称为“事件”)需要随时间变化而需要完成，如果靠人来根据时间进度不断修正各参数及手动完成规定的工作是一件很麻烦的事，易受人为因素的影响，而且不利于产品品质的一致性，正是在这种背景下各式各样的程序控制器被开发出来。
对于加热炉系统来说，其需要对温度和碳势进行控制，并且温度和碳势可能需要随时间变化而不断变化的。然而，目前的加热炉系统中对温度和碳势的控制都是预先设定好的，是由用单片机专门开发的程序控制器或由计算机配以专用软件来进行控制的，其无法对温度和碳势的控制进行随意改变，不方便在工业应用中的使用。此外，由于程序控制器大都用单片机专门开发而成或由计算机配以专用软件来完成，开发费用较高，生产数量较少，从而导致价格非常昂贵，这在一定程度上影响了产品的推广应用。
因此，有必要开发出一种可以改进的加热炉控制系统来克服上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一在于提供一种加热炉控制系统，其可以以较低的成本实现温度的可编程控制，方便使用。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种加热炉控制系统，其包括工控计算机、可编程逻辑控制器、温度控制器、温度执行器和加热炉。所述加热炉包括温度传感器，所述温度传感器探测所述加热炉的炉内实测温度，所述温度控制器将所述温度传感器得到的炉内实测温度提供给所述可编程逻辑控制器，所述工控计算机允许为可编程逻辑控制器设定控制程序，在所述控制程序设定完成后，所述工控计算机将所述控制程序保存在所述可编程逻辑控制器中，所述可编程逻辑控制器执行控制程序时，输出设定温度给所述温度控制器，所述温度控制器根据收到的设定温度指示所述温度控制执行器对所述加热炉中的炉内温度进行温度控制。
进一步的，所述控制程序包括多个程序段，每个程序段包括多个可编程参数，所述可编程参数包括时间或斜率、设定温度、结束、斜率温控和/或到温等待中的部分或全部，其中每个程序段中的设定温度、时间/斜率可设置为不同的值，每个程序段中的结束、到温等待、斜率温控可被设置为有效或无效。
更进一步的，所述可编程逻辑控制器包括有多个控制程序，所述可编程逻辑控制器运行一个控制程序时包括:运行该控制程序一个程序段；在当前程序段的斜率温控和到温计时均有效时，输出即时设定温度 值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，在当前程序段为第一程序段时所述上一程序段的设定温度值为O，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，随后判断来自温度控制器的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，进入下一个程序段，否则继续重复本操作；在当前程序段的斜率温控有效和到温计时无效时，输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，进入下一个程序段；在当前程序段的斜率温控无效和到温计时有效时，输出当前程序段的设定温度，判断来自温度控制器的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，则开始进行计时，在计时达到设定时间时进入下一个程序段，否则继续重复本操作；在当前程序段的斜率温控和到温计时均无效时，输出当前程序段的设定温度，开始进行计时，在计时达到设定时间时下一个程序段；其中在结束为有效时，表明当前程序段为结束段，在结束当前程序段后结束该控制程序，在斜率温控无效时，设定的时间/斜率表示设定时间，在斜率温控有效时，设定的时间/斜率表示设定斜率。再进一步的，所述工控计算机显示所述可编程逻辑控制器的运行的控制程序的运行控制程序号、运行控制程序的程序段号、当前程序段运行进度时间、当前程序段运行剩余时间、当前段运行实际时间和当前程序运行总时间。更进一步的，所述加热炉控制系统还包括碳势控制器、碳势执行器和事件执行器，所述加热炉还包括碳势传感器，所述碳势传感器探测所述加热炉的炉内实测碳势，所述碳势控制器将所述碳势传感器得到的炉内实测碳势提供给所述可编程逻辑控制器，每个程序段的可编程参数还包括设定碳势和各种事件，其中每个程序段中的设定碳势可设定为不同的值，每个程序段中的各种事件可被设置为有效或无效，所述可编程逻辑控制器在执行所述控制程序时还会根据各程序段输出设定碳势和有效事件信号，所述事件执行器根据所述可编程逻辑控制器输出的有效事件信号在所述加热炉内执行相应事件，所述碳势控制器根据所述可编程逻辑控制器输出的设定碳势指示所述碳势控制执行器对所述加热炉中的炉内碳势进行碳势控制。 更进一步的，所述可编程逻辑控制器还会将从所述温度控制器得到的炉内实测温度和从所述碳势控制器得到的炉内实测碳势提供给所述工控计算机，所述工控计算机对所述炉内实测温度和实测碳势进行记录。进一步的，所述工控计算机控制所述可编程逻辑控制器的工作状态，所述工作状态包括运行、复位、暂停、结束和快进。与现有技术相比，在本发明中用户可以在所述工控计算机上为所述可编程逻辑控制器进行各种控制工艺的编程，之后所述可编程逻辑控制器根据已编程的控制工艺对温度、碳势和/或各种事件进行控制，方便用户自主定制控制工艺。此外，由于不需要采用单片机专门开发或由计算机配以专用软件来实现，而采用低成本的可编程逻辑控制器来进行工艺编程，可以大大降低系统的成本。关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式
中详细描述。
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中:
图1为本发明中的加热炉控制系统在一个实施例中的示意图；和
图2为本发明中的可编程逻辑控制器运行一个控制程序的温度控制示例。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。本文中的“多个”表示两个或两个以上
本发明提出一种可编程的加热炉控制系统，允许用户自主设定控制工艺，并根据设定的控制工艺进行温度、碳势和/或事件进行控制。
请参考图1所示，其为本发明中的加热炉控制系统100在一个实施例中的示意图，所述加热炉控制系统100包括工控计算机110、可编程逻辑控制器(Programmable LogicController) 120、温度控制器130、碳势控制器140、温度执行器150、碳势执行器160、事件执行器170和加热炉180。
所述加热炉180可以对放置于其内的各种产品进行各种处理，其包括温度传感器181和碳势传感器182。所述温度传感器181可以探测所述加热炉180的炉内实测温度，所述碳势传感器182可以探测所述加热炉180的炉内实测碳势。
所述温度控制器130可以将所述温度传感器181得到的炉内实测温度提供给所述可编程逻辑控制器120，也可以根据所述可编程逻辑控制器120输出的设定温度指示所述温度控制执行器150对所述加热炉180中的炉内温度进行温度控制。
所述碳势控制器140可以将所述碳势传感器182得到的炉内实测碳势提供给所述可编程逻辑控制器120，并根据所述可编程逻辑控制器120输出的设定碳势指示所述碳势控制执行器160对所述加热炉180中的炉内碳势进行碳势控制。
所述事件执行器170根据所述可编程逻辑控制器120输出的有效事件信号在所述加热炉180内执行相应事件，比如开启搅拌机，打开某一阀门等。
所述工控计算机110可以与所述可编程逻辑控制器120进行通讯，并作为可编程逻辑控制器120的人机界面。所述工控计算机110可以允许用户在其上为可编程逻辑控制器120设定控制工艺(也可以称为控制程序)。所述工控计算机110可以为个人计算机、触摸屏计算设备或其他任何计算设备。
用户可以设定多个控制工艺，每个控制工艺包括有多个程序段，在编程每个工艺的每个程序段时，可以设置时间或斜率、设定温度、设定碳势、各种事件(TS1、TS2等，比如开启各种阀门，搅拌机的开启等)、结束、斜率温控、到温等待(GS)中的部分和全部可编程参数。其中，每个程序段中的设定温度、设定碳势、时间/斜率等可编程参数可以设定为不同的值，每个程序段中的结束、到温等待、斜率温控、事件等可编程参数仅可被设置为有效或无效。对于一些控制工艺可以只设置设定温度、时间/斜率、结束、到温等待、斜率温控等可编程参数。在斜率温控无效时，设定的时间/斜率表示设定时间，在斜率温控有效时，设定的时间/斜率表示设定的斜率，即温度按照预定的斜率升高或降低，比如斜率的单位可以为。C /0.1MIN,比如斜率值设为0.1，则表示0.1分钟上升或下降0.1度。在斜率温控无效且到温等待无效时，当前程序段可以直接输出设定温度，并开始进行计时，在计时达到设定时间时进入下一个程序段。在斜率温控有效且到温等待无效时，当前程序段可以输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，在当前程序段为第一程序段时上一程序段的设定温度值为0，升温时为加，降温时为减，当即时设定温度值到达本段设定温度值时，斜率完成，进入下一程序段。在一个实施例中，斜率的单位可以为。C /0.lmin，斜率值设为0.1，实际执行时可以每I分钟更新一次即时温度设定值，即每分钟增加或减少I 度。在斜率温控有效且到温等待有效时，当前程序段可以输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，此时判断来自温度控制器130的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，则进入下一程序段，否则继续等待，在斜率完成后，该程序段一直输出当前程序段的设定温度值。在斜率温控无效且到温等待有效时，当前程序段可以直接输出设定温度，之后判断来自温度控制器130的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，则开始进行计时，在计时达到设定时间时进入下一个程序段，否则继续等待。在结束为有效时，表明当前程序段为结束段，在结束该程序段后结束该控制工艺。在一些控制工艺中，还可以为各个程序段设置设定碳势，在运行各个程序段时，则输出对应的设定碳势。此外，在一些控制工艺中，还可以为各个程序段设定各种事件，比如事件一 TSl有效，则表示在该程序段需要开启搅拌机等。下面是一个控制工艺的设定示例:
程序段号~I~~2 ~3 ~4 ~5 ~6 ~7 ~8 ~9 ~10
设定温度(度) 300 300 600 600 900 900设定碳势(C% ) 070 0.8 078 Γδ ITo ITo~B寸间 / 斜率 07Τ 60.0 0.1 607ο α 600
结束■
到温等待
斜率温控
TSl
■表示此程序段对应的该可编程参数设置为有效。
在所述控制工艺设定完成后，可以通过所述工控计算机110将所述控制工艺保存在所述可编程逻辑控制器120中，所述可编程逻辑控制器120中可以存储多个控制工艺或程序。
所述工控计算机110还可以控制所述可编程逻辑控制器120的工作状态，所述工作状态包括运行(RUN)、复位(RST)、暂停010))、跳进(STEP)、快进(FAST)、结束(END)。
用户可以选择所述可编程逻辑控制器120中的一个控制程序运行。图2为本发明中的可编程逻辑控制器120运行一个控制程序的温度控制流程示例。请参阅图2所示，所述温度控制流程包括如下步骤。
步骤210，运行一个控制程序的第一个程序段。
步骤220，判断运行的当前程序段的斜率温控和到温计时的组合逻辑，在斜率温控和到温计时均有效时进入步骤230，在斜率温控有效和到温计时无效时进入步骤240，在斜率温控无效和到温计时有效时进入步骤250，在斜率温控和到温计时均无效进入步骤260。
步骤230，输出即 时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，在当前程序段为第一程序段时上一程序段的设定温度值为0，升温时为加，降温时为减，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，此时判断来自温度控制器130的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，比如设定温度的±5度内，如果是，则进入步骤270，否则重复本步骤。举例来说，斜率的单位可以为。C /0.lmin，那么如果设置的斜率值为0.1，如果每分钟更新一次即时设定温度值，那么就是每分钟一度，如果执行了 5分钟，那么则增加或减少5度。
步骤240，输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=前程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，升温时为加，降温时为减，当即时设定温度值到达当前程序段设定温度值时，斜率完成，随后进入步骤270。
步骤250，输出当前程序段的设定温度，判断来自温度控制器130的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，则开始进行计时，在计时达到设定时间时进入步骤270，否则重复本步骤。
步骤260，输出当前程序段的设定温度，开始进行计时，在计时达到设定时间时进入步骤270。
步骤270，判断当前程序段是否为结束程序段，如果是，则在步骤290结束本控制程序，否则，在步骤280运行下一个程序段后返回步骤220。
如果该控制程序中包括有设定碳势和各种事件，则在输出设定温度或即时设定温度的同时，也输出设定碳势和各种有效事件信号。
所述工控计算机110还可以显示所述可编程逻辑控制器120的运行的控制程序的各种参数，比如运行控制程序号、运行控制程序的程序段号、当前程序段运行进度时间、当前程序段运行剩余时间、当前段运行实际时间、当前程序运行总时间等。
用户可以在通过所述工控计算机110的人机界面控制所述可编程逻辑控制器120的工作状态。下面介绍一下各个工作状态的作用。
复位(RST):系统保持某一工艺的起点并处于待机状态，此状态下输出的设定温度、设定碳势值及事件信号设定均有效。RST操作时会解除RUN、HLD等状态。
运行(RUN):使程序运行起来，此状态下输出的设定温度、设定碳势值及事件信号均有效，程序顺序执行设定操作。
暂停(HLD):使程序运行停止，此状态下输出的设定温度、设定碳势值及事件信号均有效，程序停止在原操作处。再次RUN则解除HLD。
跳进(STEP):使程序强制进入下一程序段，如果下一段为结束段则不进行。STEP操作与RUN/HLD/RST/FAST无关，每按一次进一个程序段。
快进(FAST):使程序快速运行起来，此状态下输出的设定温度、设定碳势值及事件信号均有效，程序快速顺序执行设定操作。每按一次，反转一次，ON时按原速度的60倍执行，OFF时返回原状态RST/RUN/HLD。
结束(END):直接执行到结束程序段并执行完所有动作，进入暂停保持状态，此状态下输出的设定温度、设定碳势值及事件信号均有效。RUN、HLD、STEP及FAST操作无效，仅RST操作有效。
在运行控制程序时，所述可编程逻辑控制器120还会将从所述温度控制器130得到的炉内实测温度和从所述碳势控制器140得到的炉内实测碳势提供给所述工控计算机110，所述工控计算机110对所述炉内实测温度和实测碳势进行记录以备以后查询。
在本发明中，用户可以在所述工控计算机110上为所述可编程逻辑控制器120进行各种控制工艺的编程，之后所述可编程逻辑控制器根据已编程的控制工艺对温度、碳势和/或各种事件进行控制，方便用户自主定制控制工艺。此外，由于不需要采用单片机专门开发或由计算机配以专用软件来实现，而采用低成本的可编程逻辑控制器来进行工艺编程，可以大大降低系统的成本。另外，本发明中的编程方式简单，温度控制灵活。
上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
权利要求
1.一种加热炉控制系统，其特征在于，其包括工控计算机、可编程逻辑控制器、温度控制器、温度执行器和加热炉， 所述加热炉包括温度传感器，所述温度传感器探测所述加热炉的炉内实测温度，所述温度控制器将所述温度传感器得到的炉内实测温度提供给所述可编程逻辑控制器，所述工控计算机允许为可编程逻辑控制器设定控制程序，在所述控制程序设定完成后，所述工控计算机将所述控制程序保存在所述可编程逻辑控制器中，所述可编程逻辑控制器执行控制程序时，输出设定温度给所述温度控制器，所述温度控制器根据收到的设定温度指示所述温度控制执行器对所述加热炉中的炉内温度进行温度控制。
2.根据权利要求1所述的加热炉控制系统，其特征在于，所述控制程序包括多个程序段，每个程序段包括多个可编程参数，所述可编程参数包括时间或斜率、设定温度、结束、斜率温控和/或到温等待中的部分或全部，其中每个程序段中的设定温度、时间/斜率可设置为不同的值，每个程序段中的结束、到温等待、斜率温控可被设置为有效或无效。
3.根据权利要求2所述的加热炉控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器运行一个控制程序时包括: 运行该控制程序一个程序段， 在当前程序段的斜率温控和到温计时均有效时，输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，在当前程序段为第一程序段时所述上一程序段的设定温度值为O，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，随后判断来自温度控制器的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，进入下一个程序段，否则继续重复本操作； 在当前程序段的斜率温控有效和到温计时无效时，输出即时设定温度值，其中即时设定温度值=上一程序段的设定温度值土当前程序段的斜率值*斜率执行时间，当即时设定温度值到达当前程序段的设定温度值时，斜率完成，进入下一个程序段； 在当前程序段的斜率温控无效和到温计时有效时，输出当前程序段的设定温度，判断来自温度控制器的实测温度是否进入当前程序段的设定温度范围，如果是，则开始进行计时，在计时达到设定时间时进入下一个程序段，否则继续重复本操作； 在当前程序段的斜率温控和到温计时均无效时，输出当前程序段的设定温度，开始进行计时，在计时达到设定时间时下一个程序段； 其中在结束为有效时，表明当前程序段为结束段，在结束当前程序段后结束该控制程序，在斜率温控无效时，设定的时间/斜率表示设定时间，在斜率温控有效时，设定的时间/斜率表示设定斜率。
4.根据权利要求3所述的加热炉控制系统，其特征在于，所述工控计算机显示所述可编程逻辑控制器的运行的控制程序的运行控制程序号、运行控制程序的程序段号、当前程序段运行进度时间、当前程序段运行剩余时间、当前段运行实际时间和当前程序运行总时间。
5.根据权利要求2所述的加热炉控制系统，其特征在于，其还包括碳势控制器、碳势执行器和事件执行器，所述加热炉还包括碳势传感器，所述碳势传感器探测所述加热炉的炉内实测碳势， 所述碳势控制器将所述碳势传感器得到的炉内实测碳势提供给所述可编程逻辑控制器，每个程序段的可编程参数还包括设定碳势和各种事件，其中每个程序段中的设定碳势可设定为不同的值，每个程序段中的各种事件可被设置为有效或无效， 所述可编程逻辑控制器在执行所述控制程序时还会根据各程序段输出设定碳势和有效事件信号，所述事件执行器根据所述可编程逻辑控制器输出的有效事件信号在所述加热炉内执行相应事件，所述碳势控制器根据所述可编程逻辑控制器输出的设定碳势指示所述碳势控制执行器对所述加热炉中的炉内碳势进行碳势控制。
6.根据权利要求5所述的加热炉控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还会将从所述温度控制器得到的炉内实测温度和从所述碳势控制器得到的炉内实测碳势提供给所述工控计算机，所述工控计算机对所述炉内实测温度和实测碳势进行记录。
7.根据权利要求1所述的加热炉控制系统，其特征在于，所述工控计算机控制所述可编程逻辑控制器 的工作状态，所述工作状态包括运行、复位、暂停、结束和快进。
全文摘要
本发明公开了一种加热炉控制系统，其包括工控计算机、可编程逻辑控制器、温度控制器、温度执行器和加热炉。所述加热炉包括探测所述加热炉的炉内实测温度的温度传感器。所述工控计算机允许为可编程逻辑控制器设定控制程序，在所述控制程序设定完成后，所述工控计算机将所述控制工艺保存在所述可编程逻辑控制器中。所述可编程逻辑控制器执行所述控制程序时，输出设定温度给所述温度控制器，所述温度控制器根据收到的设定温度指示所述温度控制执行器对所述加热炉中的炉内温度进行温度控制。由于不需要采用单片机专门开发或由计算机配以专用软件来实现，而采用低成本的可编程逻辑控制器来进行工艺编程，从而可以大大降低系统的成本。
文档编号G05D23/30GK103186151SQ20111045905
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者张志鹏, 李健锋, 陈雪峰 申请人:江苏丰东热技术股份有限公司