一种自适应调节功率输出智能加热控制卡及其控制方法与流程

本发明涉及温度控制技术领域，更具体的涉及一种自适应调节功率输出智能加热控制卡及其控制方法。

背景技术：

传统温度控制大都采用热电偶采集现场温度反馈的pid闭环控制方式，这种控温方式适合控温点数不多、接线不复杂情况，大量的温度控制点采用这种方式不仅成本高，大量热电偶和强电安装走线在一起很难确保热电偶检测不受到强电干扰，随时出现干扰使整个控温系统变得非常不稳定。影响控温稳定性的主要原因是加热元器件功率、供电电压和环境温度变化。

综上所述，现有技术中的温度控制，存在成本高，及控温系统稳定性差的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡及其控制方法，用以解决现有技术中存在成本高，及控温系统稳定性差的问题。

本发明实施例提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡，包括：光电隔离16路可控硅输出端、电流互感器、电压互感器、温度传感器和微处理器；

所述光电隔离16路可控硅输出端分别与加热电网的16个加热通道连接；

所述电流互感器，用于分时检测每个加热通道的电流；

所述电压互感器，用于分时检测每个加热通道的电压；

所述温度传感器，用于检测环境温度；

所述微处理器，用于根据每个加热通道的电流和电压，获得每个加热通道的的实际功率；以及用于根据每个加热通道的实际功率、每个加热通道的预设功率、每个加热通道的动态供电电压和环境温度，通过所述光电隔离16路可控硅输出端输出自适应调节功率。

一种自适应调节功率输出智能加热控制卡，其特征在于，所述光电隔离16路可控硅输出端包括：第一光电隔离8路可控硅输出端和第二光电隔离8路可控硅输出端；所述第一光电隔离8路可控硅输出端(51)为带自适应调节时间占控比调节功率输出端，所述第二光电隔离8路可控硅输出端(52)为带自适应调节pwm调节功率输出端。

优选地，所述微处理器还与485通讯接口电连接；所述485通讯接口，用于连接另一个自适应调节功率输出智能加热控制卡。

优选地，所述微处理器还与数据存储器电连接。

优选地，所述微处理器还与电源管理模块电连接。

优选地，所述微处理器还与集成电量计量芯片电连接，且所述集成电量计量芯片分别与所述电流互感器和所述电压互感器电连接。

优选地，所述微处理器还与光电隔离16路输入端电连接；所述光电隔离16路输入端，用于实时检测每个加热通道的短路、断路。

本发明实施例提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的控制方法，包括：

步骤1：分时获取每个加热通道的实际功率；

步骤2：获取每个加热通道的动态供电电压；

步骤3：获取环境温度；

步骤4：通过公式(1)，确定加热功率和供电电压变化调压功率输出；

步骤5：通过公式(2)，确定环境温度变化调节功率量；

步骤6：通过公式(3)，确定自适应调节功率输出；

所述公式(1)如下：

加热功率和供电电压变化调压功率输出＝加热功率额定值*功率设定值*标准功率*标准功率/(实测电压*实测电压*实测功率)；

所述公式(2)如下：

环境温度变化调节功率量＝(参考环境温度-环境温度)*调节系数；

所述公式(3)如下：

自适应调节功率输出＝环境温度变化调节功率量+加热功率和供电电压变化调压功率输出。

优选地，本发明实施例提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的控制方法，还包括：将所述自适应调节功率输出通过带自适应调节时间占控比输出方式控温；其中，所述时间占控比输出，包括：将1秒时间段分成1000个等份进行时间脉宽宽度调节功率输出。

优选地，本发明实施例提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的控制方法，还包括：将所述自适应调节功率输出通过带自适应调节pwm调功输出方式控温；其中，所述pwm调功输出，包括：将每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为pwm波形调节功率输出。

本发明实施例中，提供一种自适应调节功率输出智能加热控制卡及其控制方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

为了实现每个控温点稳定可控，又要降低设备控制成本，本发明采用对每个加热控制点的实际功率、供电电压、环境温度变化相关变量，通过相关算法，在设定功率一定情况下，自动调节温度控制点的功率输出，使实际输出加热功率和设定功率相一致，温度达到精确控制。这种控温方式投资少、简单、可靠、稳定，安装调试方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自适应调节功率输出智能加热控制卡原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的控制方法示意图；

图3为本发明实施例提供的一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的应用接线图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

图1为本发明实施例提供的一种自适应调节功率输出智能加热控制卡。如图1所示，该控制卡包括：光电隔离16路可控硅输出端、电流互感器1、电压互感器2、温度传感器3和微处理器4。

具体地，光电隔离16路可控硅输出端分别与加热电网的16个加热通道连接；电流互感器1，用于分时检测每个加热通道的电流；电压互感器2，用于分时检测每个加热通道的电压；温度传感器3，用于检测环境温度；微处理器4，用于根据每个加热通道的电流和电压，获得每个加热通道的的实际功率；以及用于根据每个加热通道的实际功率、每个加热通道的预设功率、每个加热通道的动态供电电压和环境温度，通过光电隔离16路可控硅输出端输出自适应调节功率。

需要说明的是，本发明采用数字温度传感器，arm处理器和数字温度传感器通讯，检测环境温度。

需要说明的是，本发明16路可控硅输出采用光电隔离器隔离强电、弱电部分，消除强电对系统的干扰。

较佳地，光电隔离16路可控硅输出端包括：第一光电隔离8路可控硅输出端51和第二光电隔离8路可控硅输出端52；第一光电隔离8路可控硅输出端51为带自适应调节时间占控比调节功率输出端，第二光电隔离8路可控硅输出端52为带自适应调节pwm调节功率输出端。

较佳地，微处理器4还与485通讯接口6电连接；485通讯接口6，用于连接另一个自适应调节功率输出智能加热控制卡。采用rs485通讯，具有通讯距离长，抗干扰能力强的特点。

较佳地，微处理器4还与数据存储器7电连接。采用铁电处理器，能保存长达50年的数据。

较佳地，微处理器4还与电源管理模块8电连接。采用高效开关电源，输出3.3v，5v2路电压提供给处理器及外围备件，降低控制板上的温升。

较佳地，微处理器4还与集成电量计量芯片9电连接，且集成电量计量芯片9分别与电流互感器1和电压互感器2电连接。

较佳地，微处理器4还与光电隔离16路输入端10电连接；光电隔离16路输入端10，用于采用光电隔离器隔离强电、弱电部分，实时检测加热每个通道的短路、断路。

需要说明的是，微处理器4采用arm芯片处理器具有16路pwm输出功能，能满足硬件实现加热调功的需要；具有72兆的处理速度，能有效保证通讯、数据处理、16个加热通道实时自适应调节输出处理。

需要说明的是，采用集成电量计量芯片9、电流互感器1、电压互感器2自动检测a、b相电压、16个加热通道功率、总用电量。加热通道功率检测本系统通过分时(如每隔0.5秒,时间范围可设置在0.1-2秒之间)给每相每个加热通道分别通电待功率输出稳定后，系统自动检测该通道电流，电量专用芯片自动计算该通道输出功率。其中，如图3所示，a、b分别是两相不同电源进线，n是零线，a相给通道1-8供加热电源，b相给通道9-16供加热电源；加热控制卡线路板上在a、b两相分别按装电流互感器和电压传感器；工作时电流互感器和电压传感器加热控制卡实时检测，这样可实时检测出每相供电电压和16个通道用电量(电源芯片计量)；检测每个加热通道的功率时，要停止所有通道加热，每相分别分时给每个通道通电(假如通电1秒停止，在给下一个通道通电)，这样通过每个通道的电流和每相电压即可计算出每个通道功率。

本发明原理为：采用模块化集成组合设计方式，每个加热控制卡共16个输出通道，每个加热控制卡供两相电，每相控制8个通道，每个通道额定电压220v输出，可控硅输出最大电流一般小于30安培，多个加热控制卡通过底板总线485通讯方式连接；加热控制卡可记录16个通道的用电总量；加热控制卡能对两相供电电压、电流进行实时检测，可检测每个加热通道的实际功率；加热控制卡可检测一路环境温度。提供带自适应调节时间占控比、带自适应pwm调功输出两种控温方式。

图2为本发明实施例提供的一种自适应调节功率输出智能加热控制卡的控制方法示意图；如图2所示，所述方法包括：

步骤1：分时获取每个加热通道的实际功率。

步骤2：获取每个加热通道的动态供电电压。

步骤3：获取环境温度。

步骤4：通过公式(1)，确定加热功率和供电电压变化调压功率输出。

公式(1)如下：

加热功率和供电电压变化调压功率输出＝加热功率额定值*功率设定值*标准功率*标准功率/(实测电压*实测电压*实测功率)。

步骤5：通过公式(2)，确定环境温度变化调节功率量。

公式(2)如下：

环境温度变化调节功率量＝(参考环境温度-环境温度)*调节系数。

步骤6：通过公式(3)，确定自适应调节功率输出。

公式(3)如下：

自适应调节功率输出＝环境温度变化调节功率量+加热功率和供电电压变化调压功率输出。

较佳地，将所述自适应调节功率输出通过带自适应调节时间占控比输出方式控温；其中，所述时间占控比输出，包括：将1秒时间段分成1000个等份进行时间脉宽宽度调节功率输出。

较佳地，将所述自适应调节功率输出通过带自适应调节pwm调功输出方式控温；其中，所述pwm调功输出，包括：将每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为pwm波形调节功率输出。

具体地，本发明提供两种不同于传统温度控制(即给每个控制点加装温度检测pid控制)控温方式可选：

第一种方式：带自适应调节时间占控比输出控温，时间脉宽宽度调功法。其中，时间占控比输出：由电脑将1秒(时间范围可设置在0.5-10秒之间)时间段分成1000个等份(每等份1毫秒)进行时间脉宽宽度调功法，设置500此时加热控制点功率是现有功率50％。

第二种方式：带自适应调节pwm调功输出控温，调整可控硅输出功率调功法。其中，pwm调功输出：通过对电脑编程，把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为pwm波形输出，本方法是通过改变脉冲的宽度产生矩形波输出到加热控制点，这样可以调节加热控制点功率输出大小目的。

需要说明的是，两种带自适应调节输出控制温度方法，首先智能加热控制卡对某个加热控制点进行功率设定，系统启动时自动检测每个通道功率，正常工作时动态检测加热点供电电压、环境温度，通过软件的特定计算实现自动调节输出，自动适应影响每点温度控制稳定相关因素变化，使设定功率与输出功率保持一致。具体算法如下：

(1)加热功率和供电电压变化调压功率输出

加热每个通道实测功率p，由加热控制卡检测，要换算成特定参考电压(参考如220v、110v等)的标准功率，本系统用220v标准功率。

加热功率和供电电压变化调压功率输出＝加热功率额定值*功率设定值*220*220/(实测电压v*实测电压v*实测功率p)。

(2)环境温度变化调节功率量

环境温度变化调节功率要换算到特定环境温度(如25度、20度等)做参考调节，本系统参考环境温度是25度。

环境温度变化调节功率量＝(25-环境温度t)*1.5；(1.5是调节系数，可自行设置)。

(3)自适应调节功率输出

自适应调节功率输出＝环境温度变化调节功率量+加热功率和供电电压变化调压功率输出。

实施例：

例：加热功率额定值＝1000瓦,功率设定值＝400,实测电压v＝222v,实测功率p＝900瓦,环境温度t＝15度。

自适应调节计算后功率输出

＝1000*400*220*220/(222*222*900)+(25-15)*1.5＝436+15＝451。

两种控温方式带自适应调节的结果

1)设定值＝400带自适应调节时间占控比输出451，实际输出加热功率400瓦。

2)设定值＝400带自适应调节pwm调功输出控温，此方法首先将451转化为0-10v(对应0-1000输入线性关系)模拟量4.51v输入通过计算机查表法找出对应功率输出，控制触发可控硅导通角，使实际输出加热功率400瓦。

通过上面的相关算法，在设定功率一定情况下，软件自动调节因加热控制点功率、供电电压、环境温度等变化造成的功率输出影响，使每个加热控制点的加热功率输出稳定，温度达到精确控制。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。