本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于LabView的熱解試驗(yàn)裝置的爐溫控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

隨著熱解技術(shù)的不斷發(fā)展，熱解爐的應(yīng)用也越來越廣泛，比如在處理生活垃圾或者工業(yè)垃圾中，熱解爐起到了非常重要的作用，例如工業(yè)上處理廢印刷電路板(PCB)。在印刷電路板(PCB)的生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生一些報(bào)廢品和裁切邊框，如果將其作為垃圾來處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，污染環(huán)境。而且廢PCB中含有如紫銅等金屬，其有很高的被再利用的價(jià)值。

目前，廢PCB處理的處理方法有機(jī)械物理法、冶金提取法、生物處理法、超臨界流體法、熱解法等。其中運(yùn)用熱解技術(shù)，所排放的有毒有害物質(zhì)比其他方法少得多。

廢PCB的熱解通常需要首先把廢PCB破碎，然后通過料斗和螺旋輸送機(jī)送入到電阻爐里面。在爐子里，廢PCB碎料以一定的速度被螺旋輸送機(jī)運(yùn)送到爐子的尾部，變成熱解渣和熱解氣，被分別收集起來，以待后續(xù)處理。通常爐內(nèi)有幾個(gè)溫度區(qū)，每個(gè)區(qū)的溫度單獨(dú)控制，以形成階梯溫度，滿足熱解工藝的要求。因此，在廢PCB熱解過程中，對(duì)于溫度的精確控制尤為重要，這將直接影響熱解的效果。

由上述內(nèi)容可知，在利用熱解爐的進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的過程中，對(duì)于熱解爐溫度控制至關(guān)重要。

現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種通過數(shù)字溫度傳感器與電阻爐連接采集爐 溫，PLC控制器連接數(shù)字溫度傳感器和固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器連接電阻爐，通過導(dǎo)通或關(guān)斷固態(tài)繼電器來控制爐溫的控制系統(tǒng)和方法。然而，其缺點(diǎn)在于該方法控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通或關(guān)斷，從而控制電阻爐的加熱時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制，與通過調(diào)功器來控制加在電阻絲兩端的電壓來控制爐溫方法比較，其控制精度不高，且控制的響應(yīng)時(shí)間較長。

現(xiàn)有技術(shù)還公開了一種爐溫控制裝置，該裝置包括用于測(cè)量電阻爐溫度并將溫度信號(hào)傳輸給微處理器的數(shù)字溫度傳感器，電阻爐的溫度測(cè)量端電連接數(shù)字溫度傳感器的輸入端，溫度傳感器的輸出端電連接微處理器的GPIO端；用于電阻爐加熱的加熱器，微處理器的EVA端發(fā)出的控制信號(hào)依次控制光耦、驅(qū)動(dòng)電路和加熱器；微處理器的EVA端電連接光耦的輸入端，光耦的輸出端電連接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端電連接加熱器；用于人機(jī)交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機(jī)和觸摸屏，工控機(jī)通過其I/O接口電連接觸摸屏，通過CAN總線接口電路與微處理器電連接。其缺點(diǎn)在于該方法需要開發(fā)的爐溫控制系統(tǒng)，同時(shí)還需要工控機(jī)和觸摸屏，系統(tǒng)復(fù)雜，增加了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種易于實(shí)現(xiàn)且溫度控制精度高的爐溫控制系統(tǒng)和方法，有利于熱解爐的迅速升溫和穩(wěn)定保溫。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于LabView的熱解試驗(yàn)裝置的爐溫控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于LabView控制設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)在于LabView利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時(shí)，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板，來檢驗(yàn)儀器的通信和操作。另外，用戶可以根據(jù)自己的需要靈活地定義儀器的功能，通過不同功能模塊的組合可構(gòu)成多種儀器，而不必受限于儀器廠商提供的特定功能。其還可以實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。

本發(fā)明所述系統(tǒng)包括工控機(jī)、串口服務(wù)器、爐溫測(cè)量模塊、調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊及模擬量輸出模塊。

所述工控機(jī)，用于運(yùn)行LabView監(jiān)控程序，監(jiān)控所述爐溫控制系統(tǒng)。

所述串口服務(wù)器，通過以太網(wǎng)與所述工控機(jī)相連提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，所述串口服務(wù)器包括串行端口COM1、COM2及COM3。

所述爐溫測(cè)量模塊，與所述串口服務(wù)器的串行端口COM1相連，用于檢測(cè)試驗(yàn)裝置三個(gè)區(qū)的溫度，并將溫度數(shù)值傳遞給在所述工控機(jī)上運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序。

所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊，與所述串口服務(wù)器的串行端口COM2相連，用于測(cè)量功率輸出線上的電壓，并將電壓數(shù)值傳遞給在所述工控機(jī)上運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序。

所述模擬量輸出模塊，與所述串口服務(wù)器的串行端口COM3相連，用于接收來自所述工控機(jī)上運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序的控制信號(hào)，然后將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并發(fā)送該電壓信號(hào)到所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括顯示器，與所述工控機(jī)相連，用于顯示爐溫測(cè)量模塊、調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊所測(cè)數(shù)據(jù)及所述系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述爐溫測(cè)量模塊包括智能數(shù)顯表和熱電偶。所述熱電偶分別設(shè)置在試驗(yàn)裝置爐體的各區(qū)內(nèi)，所述熱電偶兩端設(shè)置有所述智能數(shù)顯表。

進(jìn)一步地，所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊，包括電流互感器、單相電能表及調(diào)功器。所述調(diào)功器功率輸出線上設(shè)置有電流互感器，所述電流互感器與所述單相電能表相連。

更進(jìn)一步地，所述模擬量輸出模塊包括多個(gè)通道，分別與所述調(diào)功器、試驗(yàn)裝置的進(jìn)料調(diào)速器及加熱調(diào)速器相連。所述模擬量輸出模塊接 收來自所述工控機(jī)的控制信號(hào)，然后通過電壓信號(hào)控制所述調(diào)功器。

另外所述模擬量輸出模塊還可接收來自所述工控機(jī)的控制信號(hào)，進(jìn)而依照控制信號(hào)控制試驗(yàn)裝置的進(jìn)料螺旋輸送機(jī)及加熱螺旋輸送機(jī)的輸送速度。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)的控制爐溫的方法，其包括以下步驟：

1)基于LabView控制程序設(shè)置期望溫度值SV，以及所述期望溫度值SV的下限T_L與上限T_H；

2)用所述爐溫測(cè)量模塊測(cè)得該區(qū)溫度，將其定義為實(shí)際溫度值PV，并通過所述串口服務(wù)器上傳到所述工控機(jī)；

3)所述工控機(jī)判斷該實(shí)際溫度值PV和期望溫度值SV的下限T_L與上限T_H的關(guān)系，將其定義為計(jì)算誤差e，然后執(zhí)行LabView監(jiān)控程序；

4)所述工控機(jī)中的LabView監(jiān)控程序發(fā)出控制信號(hào)，所述模擬量輸出模塊將該控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)傳給所述調(diào)功器，然后所述調(diào)功器控制試驗(yàn)裝置的加熱管兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)爐溫控制。

具體地，所述LabView監(jiān)控程序通過所述串口服務(wù)器向上連接所述工控機(jī)，向下連接支持ModBus RTU協(xié)議的所述智能數(shù)顯表、所述單項(xiàng)電能表和所述模擬量輸出模塊。

具體地，所述計(jì)算誤差e(k)＝SV(k)-PV(k)，其中，

k是時(shí)間k*t處采樣信號(hào)的索引，e(k)表示當(dāng)前計(jì)算誤差，SV表示期望溫度值，PV表示實(shí)際溫度值。

更具體地，所述電壓信號(hào)的表達(dá)式為

其中，

U_out是傳遞給所述調(diào)功器的電壓信號(hào)，V_max是所述調(diào)功器接收的所述電壓信號(hào)的最大值，P是需用負(fù)荷率，單位％，T_L是所述期望溫度的下限，T_H是所述期望溫度的上限。

此外，所述LabView監(jiān)控程序還包括PID子程序，所述PID子程序計(jì)算輸出結(jié)果而得到一個(gè)全局變量電壓給定U(k)，將該電壓給定傳來的數(shù)值傳遞給所述調(diào)功器，可逐漸使實(shí)際溫度PV接近期望溫度SV。

本發(fā)明的有益效果在于基于本發(fā)明的溫度控制易于實(shí)現(xiàn)，大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間，且由LabView軟件開發(fā)的監(jiān)控程序，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，為熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析奠定了良好的基礎(chǔ)。該分段式溫度控制方法有利于迅速升溫和穩(wěn)定保溫，溫度控制精度高。

附圖說明

圖1是熱解試驗(yàn)裝置的爐溫控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一區(qū)溫度分段式控制程序圖。

附圖標(biāo)記說明如下：

1：工控機(jī)

101：顯示器

2：串口服務(wù)器

3：爐溫測(cè)量模塊

301：智能數(shù)顯表

302：熱電偶

4：調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊

401：電流互感器

402：單相電能表

403：調(diào)功器

5：模擬量輸出模塊

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

針對(duì)本發(fā)明需要提供如下所述的試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置由熱解爐、進(jìn)料部分、加熱輸送部分、出渣部分、出油氣部分等組成。熱解爐本體分為3個(gè)區(qū)，有3個(gè)加熱管，熱解爐內(nèi)溫度由加熱管產(chǎn)生的熱量來提供。進(jìn)料和加熱主要有兩個(gè)螺旋輸送機(jī)構(gòu)成，上料斗里面的垃圾碎料(如廢PCB)通過進(jìn)料螺旋輸送機(jī)送給加熱螺旋輸送機(jī)。加熱螺旋輸送機(jī)以一定的速度旋進(jìn)，保證垃圾碎料在熱解爐中有足夠的時(shí)間完成熱解，產(chǎn)生的油氣由儲(chǔ)氣罐收集，熱解渣收集做進(jìn)一步處理。

下面結(jié)合熱解試驗(yàn)裝置對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述：

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于LabView的熱解試驗(yàn)裝置的爐溫控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括工控機(jī)1、串口服務(wù)器2、爐溫測(cè)量模塊3、調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊4及模擬量輸出模塊5。

如圖1所示，所述工控機(jī)1，用于運(yùn)行LabView監(jiān)控程序，監(jiān)控所述爐溫控制系統(tǒng)。所述工控機(jī)1還連接有顯示器101，用于顯示爐溫測(cè)量模塊3、調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊4所測(cè)數(shù)據(jù)及所述系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

如圖1所示，所述串口服務(wù)器2，通過以太網(wǎng)與所述工控機(jī)相連提供串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)功能，所述串口服務(wù)器2包括串行端口COM1、COM2及COM3。

如圖1所示，所述爐溫測(cè)量模塊3，與所述串口服務(wù)器2的串行端口COM1相連，用于檢測(cè)試驗(yàn)裝置三個(gè)區(qū)的溫度，并將溫度數(shù)值傳遞給在所述工控機(jī)1上運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序。所述爐溫測(cè)量模塊3包括智能數(shù)顯表301和熱電偶302。所述熱電偶302分別設(shè)置在試驗(yàn)裝置爐體的各區(qū)內(nèi)，所述熱電偶302兩端設(shè)置有所述智能數(shù)顯表301，用所述智能數(shù)顯表301測(cè)量熱電偶302的溫度，該溫度也就是快速熱解試 驗(yàn)裝置的爐溫。

如圖1所示，所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊4，與所述串口服務(wù)器2的串行端口COM2相連，用于測(cè)量功率輸出線上的電壓，并將電壓數(shù)值傳遞給在所述工控機(jī)1上運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序。所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊4，包括電流互感器401、單相電能表402及調(diào)功器403。所述調(diào)功器403功率輸出線上設(shè)置有所述電流互感器401，所述電流互感器401與所述單相電能表402相連，用來測(cè)量調(diào)功器403的電流與電壓。

如圖1所示，所述模擬量輸出模塊5，與所述串口服務(wù)器2的串行端口COM3相連，用于接收來自所述工控機(jī)上1運(yùn)行的LabView監(jiān)控程序的控制信號(hào)，然后將所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并發(fā)送該電壓信號(hào)到所述調(diào)功器電流/電壓測(cè)量模塊4。

如圖1所示，所述模擬量輸出模塊5包括多個(gè)通道，分別與所述調(diào)功器403、試驗(yàn)裝置的進(jìn)料調(diào)速器及加熱調(diào)速器(未示出)相連。所述模擬量輸出模塊5接收來自所述工控機(jī)1的控制信號(hào)，然后通過電壓信號(hào)控制所述調(diào)功器403。

此外，如圖2所示，本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)控制爐溫的方法，該方法包括以下步驟：

1)基于LabView控制程序設(shè)置期望溫度值SV，參見圖2所示一區(qū)期望溫度，以及所述期望溫度值SV的下限T_L與上限T_H，參見圖2所示的低限與高限；所述LabView監(jiān)控程序通過所述串口服務(wù)器2向上連接所述工控機(jī)1，向下連接支持ModBus RTU協(xié)議的所述智能數(shù)顯表301、所述單項(xiàng)電能表402和所述模擬量輸出模塊5。

2)用所述爐溫測(cè)量模塊3測(cè)得該區(qū)溫度，將其定義為實(shí)際溫度值PV，并通過所述串口服務(wù)器2上傳到所述工控機(jī)1；

3)所述工控機(jī)1判斷該實(shí)際溫度值PV和期望溫度值SV的下限T_L與上限T_H的關(guān)系，將其定義為計(jì)算誤差e，該誤差的計(jì)算公式為計(jì)算誤差e(k)＝SV(k)-PV(k)，其中，

k是時(shí)間k*t處采樣信號(hào)的索引，e(k)表示當(dāng)前計(jì)算誤差，SV表示 期望溫度值，PV表示實(shí)際溫度值。然后執(zhí)行LabView監(jiān)控程序；

4)所述工控機(jī)中的LabView監(jiān)控程序發(fā)出控制信號(hào)，所述模擬量輸出模塊5將該控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)的表達(dá)式為

其中，

U_out是傳遞給所述調(diào)功器的電壓信號(hào)；V_max是所述調(diào)功器接收的所述電壓信號(hào)的最大值，為150V；P是需用負(fù)荷率，單位％；T_L是所述期望溫度的下限；T_H是所述期望溫度的上限。

該電壓信號(hào)的范圍一般在0～10V，將該電壓信號(hào)通過模擬量輸出模塊5傳給所述調(diào)功器403，然后所述調(diào)功器403控制試驗(yàn)裝置加熱管兩端的電壓和進(jìn)料螺旋輸送機(jī)和加熱螺旋輸送機(jī)的熱解試驗(yàn)裝置的硬件配置，實(shí)現(xiàn)爐溫控制。

此外，所述LabView監(jiān)控程序還包括PID子程序，所述PID子程序計(jì)算輸出結(jié)果而得到一個(gè)全局變量電壓給定U(k)，將該電壓給定傳來的數(shù)值傳遞給所述調(diào)功器403，可逐漸使實(shí)際溫度PV接近期望溫度SV。

更詳細(xì)地，因所述試驗(yàn)裝置分為三個(gè)區(qū)，且每個(gè)區(qū)的溫度控制原理相同，所以下面僅以一區(qū)的溫度控制對(duì)發(fā)明進(jìn)行闡述。如圖2所示，本發(fā)明所述LabView監(jiān)控程序主要以兩個(gè)嵌套的條件結(jié)構(gòu)和一個(gè)選擇函數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制。

如圖2所示，期望溫度SV和實(shí)際溫度PV進(jìn)行比較，以期望溫度值SV的下限T_L和上限T_H來分開加熱階段、保溫階段和停止加熱階段。

如圖2所示，一區(qū)PID電壓給定是一個(gè)全局變量，是由PID子程序計(jì)算輸出結(jié)果傳遞而得到的。本試驗(yàn)裝置以試湊法得到的P、I、D參數(shù)，一區(qū)加熱器的P、I、D參數(shù)分別為180、10、0.1；PID控制器輸出上、下限分別為150和0，需用負(fù)荷率P為80％，保證在0～150V之間調(diào)節(jié)調(diào)功器403輸出電壓。下限T_L和上限T_H(均可調(diào))這里設(shè)置的為3℃和0.5℃。期望溫度SV(可調(diào))根據(jù)工藝要求，設(shè)置在600℃。

如圖2所示，當(dāng)e(k)>T_L時(shí)，為加熱階段。此時(shí)執(zhí)行外面的條件結(jié)構(gòu)的為真的分支，同時(shí)執(zhí)行里面的條件結(jié)構(gòu)的為真的分支，使一區(qū)升溫指示燈變綠，一區(qū)保溫指示燈變紅，同時(shí)使把真值給選擇開關(guān)。通過選擇開關(guān)的局部變量，把真值傳遞給選擇函數(shù)，選擇函數(shù)把一區(qū)升溫電壓給定傳遞的值給一區(qū)調(diào)功器403，使調(diào)功器403以一定的電壓驅(qū)動(dòng)一區(qū)加熱管，實(shí)現(xiàn)迅速升溫。

如圖2所示，當(dāng)-T_H<e(k)<T_L時(shí)，為保溫階段。此時(shí)程序執(zhí)行外面的條件結(jié)構(gòu)的為真的分支，同時(shí)執(zhí)行里面的條件結(jié)構(gòu)的為假的分支，使一區(qū)升溫指示燈變紅，一區(qū)保溫指示燈變綠，同時(shí)使把假值給選擇開關(guān)。選擇函數(shù)接收到假值，即把一區(qū)PID電壓給定傳來的數(shù)值給一區(qū)調(diào)功器403，逐漸使實(shí)際溫度PV接近期望溫度SV。

如圖2所示，當(dāng)e(k)<-T_H時(shí)，為停止加熱階段。此時(shí)程序執(zhí)行外面的條件結(jié)構(gòu)的為假的分支，使一區(qū)升溫指示燈變紅，一區(qū)保溫指示燈變紅，同時(shí)把真值給選擇開關(guān)，且把0值給一區(qū)升溫電壓給定，這樣就斷開了一區(qū)加熱管兩端的電壓，使加熱管自然降溫。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。