本發(fā)明涉及烘箱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及烘箱溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前汽車、電子、家電等行業(yè)需要在完成產(chǎn)品裝配后需對產(chǎn)品進行加熱處理，以避免因材料熱脹冷縮的物理性質(zhì)引起產(chǎn)品的損傷。目前的加熱處理大多使用電熱烘箱進行。然而市場上使用的電熱烘箱普遍存在箱體一旦放滿產(chǎn)品，箱體各部分溫度升溫不均勻，加熱超溫或者沒有達到溫度要求的缺陷，造成需要加熱的產(chǎn)品因超溫變形或未到溫度要求而產(chǎn)生的工藝性損傷。

目前的烘箱生產(chǎn)工藝使用通過PID程序控制的電熱器加熱后通過風(fēng)機送風(fēng)到箱體內(nèi)對產(chǎn)品進行加熱。由于實際使用過程中箱體內(nèi)的產(chǎn)品阻隔了熱風(fēng)在箱體內(nèi)的流動，又由于加熱器在升溫過程中的升溫速率無法與箱體內(nèi)產(chǎn)品的升溫均勻度的一致。箱體內(nèi)不同部位的產(chǎn)品在升溫過程中的溫度差異導(dǎo)致局部產(chǎn)品存在溫度過高(超溫)的風(fēng)險，或者導(dǎo)致局部產(chǎn)品的溫度無法達到設(shè)定溫度(欠溫)的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)烘箱內(nèi)產(chǎn)品快速均勻升溫的同時避免了超溫及欠溫的風(fēng)險的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具有如下構(gòu)成：

該基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制方法，包括以下步驟：

(1)設(shè)定用于烘箱溫度控制的參數(shù)；

(2)啟動烘箱，檢查參數(shù)的合法性，并打印參數(shù)；

(3)開始升溫，并對烘箱溫度進行控制；

(4)清除本次設(shè)置參數(shù)，停止所有輸出，并結(jié)束本次操作。

較佳地，所述的參數(shù)包括基準(zhǔn)溫度、最高溫度、最低溫度、工作時間和保溫時間。

較佳地，所述的步驟(2)包括以下步驟：

(2-1)啟動烘箱，讀取Code并關(guān)閉烘箱門；

(2-2)讀取參數(shù)并判斷參數(shù)是否合法，如果是，則繼續(xù)步驟(2-3)，否則，繼續(xù)步驟(2-4)；

(2-3)打印參數(shù)；

(2-4)報錯，排除錯誤，繼續(xù)步驟(4)。

更佳地，所述的判斷參數(shù)是否合法，具體為：

判斷各參數(shù)是否在合法區(qū)間內(nèi)，其中，基準(zhǔn)溫度的合法區(qū)間為(70度，150度)，最高溫度的合法區(qū)間為(-0，+10)，最低溫度的合法區(qū)間為(-5，+0)，工作時間的合法區(qū)間為(10分鐘，90分鐘)，保溫時間的合法區(qū)間為(0分鐘，90分鐘)。

較佳地，所述的步驟(3)，具體包括以下步驟：

(3-1)開始加熱控制；

(3-2)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)選取至少6個測溫點，并判斷各個所述的測溫點的溫度是否都高于設(shè)定的最低溫度，如果是，則繼續(xù)步驟(3-3)，否則，繼續(xù)步驟(3-4)；

(3-3)開始工作計時；

(3-4)判斷6個測溫點中是否存在高于設(shè)定的最高溫度的測溫點，如果是，則開始散熱，點亮紅色指示燈，打開蜂鳴器，繼續(xù)步驟(3-9)；

(3-5)判斷工作時間是否達到參數(shù)要求，如果是，則關(guān)閉加熱器；

(3-6)判斷參數(shù)中是否設(shè)置有保溫時間，如果是，則繼續(xù)步驟(3-7)，否則，繼續(xù)步驟(3-8)；

(3-7)關(guān)閉風(fēng)機，并啟動保溫定時器，直至保溫時間達到參數(shù)要求；

(3-8)開始散熱，點亮黃色指示燈，打開蜂鳴器；

(3-9)停止烘箱或打開烘箱門；

(3-10)關(guān)閉風(fēng)機、加熱器、黃色指示燈、紅色指示燈和蜂鳴器，并打印監(jiān)控數(shù)據(jù)繼續(xù)步驟(4)。

更佳地，所述的步驟(3-1)，具體包括以下步驟：

(3-1-1)打開加熱器；

(3-1-2)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)所選取的各個所述的測溫點計算左側(cè)平均溫度和右側(cè)平均溫度；

(3-1-3)實時比較并判斷左側(cè)平均溫度和右側(cè)平均溫度的大小，如果左側(cè)平均溫度較大，則開啟左側(cè)風(fēng)機，如果右側(cè)平均溫度較大，則開啟右側(cè)風(fēng)機，以確保各個所述的測溫點均勻升溫，并通過二維正交PID函數(shù)控制加熱器，然后繼續(xù)步驟(3-2)。

更進一步地，所述的通過二維正交PID函數(shù)控制加熱器，具體包括以下步驟：

(3-1-3-1)通過中間一組溫度傳感器的平均溫度值作為PID的輸入計算出PID輸出u(t)

(3-1-3-2)通過各路溫度傳感器中的最高溫度值作為有限定參數(shù)的積分計算輸出C(t)，具體為

其中，tmax為當(dāng)前各點的最高溫度，Tc為設(shè)定的起始調(diào)整的溫度，Tmax為設(shè)定的最高溫度，N為可設(shè)置的積分深度參數(shù)，t為采樣時間；

(3-1-3-2)計算加熱器可控硅控制輸出uout(t)＝C(t)×u(t)。

更佳地，所述的開始散熱，具體為：

關(guān)閉加熱器，啟動風(fēng)機，風(fēng)機的啟動可以按照程序設(shè)定的時間間隔切換啟動左右風(fēng)機或進入手動模式同時啟動左右風(fēng)機。

還包括一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)，包括：

烘箱，用于加熱產(chǎn)品，所述的烘箱包括加熱器、至少左右2個風(fēng)機和至少3個出氣口；

打印機，用于打印設(shè)置的參數(shù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)；

至少6個溫度傳感器，用于測量測溫點的溫度，所述的測溫點與溫度傳感器一一對應(yīng)；

計算機，用于設(shè)定用于烘箱溫度控制的參數(shù)，對加熱過程進行控制，所述的計算機分別與所述的烘箱、打印機和溫度傳感器相連接。

較佳地，所述的計算機還包括顯示器，所述的顯示器用于向工作人員顯示系統(tǒng)工作情況。

較佳地，所述的系統(tǒng)還包括二維碼掃描槍，所述的二維碼掃描槍用于獲取被加熱的產(chǎn)品的產(chǎn)品型號。

采用該基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制的系統(tǒng)及方法，通過在箱體內(nèi)分布三組多路感溫傳感器，交互計算3組傳感器的輸入值，建立二維正交PID函數(shù)，用以控制加熱器的功率，并通過左右風(fēng)機交替運作，實現(xiàn)在烘箱內(nèi)產(chǎn)品快速均勻升溫的同時避免了超溫及欠溫的風(fēng)險，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法的控制示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法的溫度控制功能塊的流程圖。

圖3為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法的烘箱主控流程圖。

圖4為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法烘箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法發(fā)熱溫度上升過程示意圖。

圖6為本發(fā)明的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)及方法PID輸出曲線示意圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。

在一種可行的實施方式中，該基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制方法，如圖2和圖3所示，包括以下步驟：

(1)設(shè)定用于烘箱溫度控制的參數(shù)；

(2)啟動烘箱，檢查參數(shù)的合法性，并打印參數(shù)；

(3)開始升溫，并對烘箱溫度進行控制；

(4)清除本次設(shè)置參數(shù)，停止所有輸出，并結(jié)束本次操作。

在一種較佳的實施方式中，所述的參數(shù)包括基準(zhǔn)溫度、最高溫度、最低溫度、工作時間和保溫時間。

在一種較佳的實施方式中，所述的步驟(2)包括以下步驟：

(2-1)啟動烘箱，讀取Code并關(guān)閉烘箱門；

(2-2)讀取參數(shù)并判斷參數(shù)是否合法，如果是，則繼續(xù)步驟(2-3)，否則，繼續(xù)步驟(2-4)；

(2-3)打印參數(shù)；

(2-4)報錯，排除錯誤，繼續(xù)步驟(4)。

在一種更佳的實施方式中，所述的判斷參數(shù)是否合法，具體為：

判斷各參數(shù)是否在合法區(qū)間內(nèi)，其中，基準(zhǔn)溫度的合法區(qū)間為(70度，150度)，最高溫度的合法區(qū)間為(-0，+10)，最低溫度的合法區(qū)間為(-5，+0)，工作時間的合法區(qū)間為(10分鐘，90分鐘)，保溫時間的合法區(qū)間為(0分鐘，90分鐘)。

在一種較佳的實施方式中，所述的步驟(3)，具體包括以下步驟：

(3-1)開始加熱控制；

(3-2)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)選取至少6個測溫點，并判斷各個所述的測溫點的溫度是否都高于設(shè)定的最低溫度，如果是，則繼續(xù)步驟(3-3)，否則，繼續(xù)步驟(3-4)；

(3-3)開始工作計時；

(3-4)判斷6個測溫點中是否存在高于設(shè)定的最高溫度的測溫點，如果是，則開始散熱，點亮紅色指示燈，打開蜂鳴器，繼續(xù)步驟(3-9)；

(3-5)判斷工作時間是否達到參數(shù)要求，如果是，則關(guān)閉加熱器；

(3-6)判斷參數(shù)中是否設(shè)置有保溫時間，如果是，則繼續(xù)步驟(3-7)，否則，繼續(xù)步驟(3-8)；

(3-7)關(guān)閉風(fēng)機，并啟動保溫定時器，直至保溫時間達到參數(shù)要求；

(3-8)開始散熱，點亮黃色指示燈，打開蜂鳴器；

(3-9)停止烘箱或打開烘箱門；

(3-10)關(guān)閉風(fēng)機、加熱器、黃色指示燈、紅色指示燈和蜂鳴器，并打印監(jiān)控數(shù)據(jù)繼續(xù)步驟(4)。

在一種更佳的實施方式中，所述的步驟(3-1)，具體包括以下步驟：

(3-1-1)打開加熱器；

(3-1-2)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)所選取的各個所述的測溫點計算左側(cè)平均溫度和右側(cè)平均溫度；

(3-1-3)實時比較并判斷左側(cè)平均溫度和右側(cè)平均溫度的大小，如果左側(cè)平均溫度較大，則開啟左側(cè)風(fēng)機，如果右側(cè)平均溫度較大，則開啟右側(cè)風(fēng)機，以確保各個所述的測溫點均勻升溫，并通過二維正交PID函數(shù)控制加熱器，然后繼續(xù)步驟(3-2)。

在一種更進一步的實施方式中，所述的通過二維正交PID函數(shù)控制加熱器，具體包括以下步驟：

(3-1-3-1)通過中間一組溫度傳感器的平均溫度值作為PID的輸入計算出PID輸出u(t)

(3-1-3-2)通過各路溫度傳感器中的最高溫度值作為有限定參數(shù)的積分計算輸出C(t)，具體為：

其中，tmax為當(dāng)前各點的最高溫度，Tc為設(shè)定的起始調(diào)整的溫度，Tmax為設(shè)定的最高溫度，N為可設(shè)置的積分深度參數(shù)，t為采樣時間參數(shù)；

(3-1-3-2)計算加熱器可控硅控制輸出uout(t)＝C(t)×u(t)。

在一種更佳的實施方式中，所述的開始散熱，具體為：

關(guān)閉加熱器，啟動風(fēng)機，風(fēng)機的啟動可以按照程序設(shè)定的時間間隔切換啟動左右風(fēng)機或進入手動模式同時啟動左右風(fēng)機。

還包括一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法的基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制系統(tǒng)，包括：

烘箱，用于加熱產(chǎn)品，所述的烘箱包括加熱器、至少左右2個風(fēng)機和至少3個出氣口；

打印機，用于打印設(shè)置的參數(shù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)；

至少6個溫度傳感器，用于測量測溫點的溫度，所述的測溫點與溫度傳感器一一對應(yīng)；

計算機，用于設(shè)定用于烘箱溫度控制的參數(shù)，對加熱過程進行控制，所述的計算機分別與所述的烘箱、打印機和溫度傳感器相連接。

在一種較佳的實施方式中，所述的計算機還包括顯示器，所述的顯示器用于向工作人員顯示系統(tǒng)工作情況。

在一種較佳的實施方式中，所述的系統(tǒng)還包括二維碼掃描槍，所述的二維碼掃描槍用于獲取被加熱的產(chǎn)品的產(chǎn)品型號。

在一種更具體的實施方式中，本發(fā)明的控制系統(tǒng)如圖1所示，由以下要素組成：

系統(tǒng)的輸入包括：

1.1)溫度：溫度采集模塊采用分度號J或K的熱電偶，三組同時采集，目前采用左邊一組3路；右邊一組3路；中間一組2路的方案；

1.2)烘箱狀態(tài)：使用開關(guān)輸入量：烘箱門開啟/關(guān)閉狀態(tài)；

1.3)產(chǎn)品參數(shù)設(shè)置：控制的基準(zhǔn)溫度(70度，150度)，最高溫度(-0，+10)，最低溫度(-5，+0)，工作時間(10分鐘，90分鐘)，保溫時間(0分鐘，90分鐘)；

1.4)風(fēng)機電流：用以判斷風(fēng)機是否正常工作；

1.5)程序按鈕開關(guān)：程序啟動按鈕，輸入程序啟動信號；程序中止按鈕，輸入中斷程序信號。

系統(tǒng)的輸出包括：

2.1)電加熱模擬量：一路控制可控硅功率變壓器；

2.2)風(fēng)機控制開關(guān)量：兩路互鎖通過繼電器控制兩臺風(fēng)機的開關(guān)，每次只有一臺打開；

2.3)運行指示燈開關(guān)量：工作結(jié)束(黃，蜂鳴)，工作狀態(tài)(綠)，工作故障(紅)；

2.4)顯示屏輸出：多路實時溫度(中間一組的平均值為傳統(tǒng)PID計算輸入，左右兩邊兩組用于控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)換，并參與最低最高溫度的計算和判定)，累計工作計時，累計保溫時間，產(chǎn)品名稱，產(chǎn)品型號，基準(zhǔn)溫度，最高溫度，最低溫度，平均溫度等；

2.5)打印機：打印運行參數(shù)(產(chǎn)品型號，工作參數(shù)，溫度時間曲線)；

2.6)數(shù)據(jù)輸出：運行參數(shù)(產(chǎn)品型號，工作參數(shù)，溫度時間曲線，PID時間曲線，輸出信號/時間)以Excel文件形式存儲于PC。進一步的可以聯(lián)網(wǎng)輸出備份到服務(wù)器。

程序的控制要求：

3.1)烘箱重啟后開始所有的輸入檢測，清除打印機所有輸出；

3.2)讀到烘箱門關(guān)閉信號之前所有輸出關(guān)閉；

3.3)讀到烘箱門關(guān)閉信號后讀入的產(chǎn)品參數(shù)，開始烘箱工作流程；

3.4)程序工作開始在監(jiān)控屏幕上輸出工作參數(shù)，PID計算參數(shù)，各路傳感器的實時溫度，開始工作時間，目前程序的各項控制輸出，累計工作計時，累計保溫時間；

3.5)程序記錄各路傳感器的實時溫度，電加熱模擬量實時計算輸出，風(fēng)機開關(guān)量實時輸出；

3.6)按照可設(shè)定的參數(shù)調(diào)整溫度傳感器的采樣的頻率和數(shù)值濾波的深度；

3.7)以烘箱兩側(cè)的兩組溫度傳感器的左右溫度平均值控制風(fēng)機切換：

3.7.1)當(dāng)兩邊的平均溫度差超過設(shè)定的溫度值(可修改)時切換風(fēng)機方向；

3.7.2)當(dāng)單向風(fēng)機運轉(zhuǎn)超過5分鐘時切換風(fēng)機方向；

3.8)控制要求：

3.8.1)任何一點溫度不低于設(shè)定的最低溫度；

3.8.2)任何一點溫度不高于設(shè)定的最高溫度；

3.8.3)二維正交PID函數(shù)計算：

3.8.3.1)第一維通過中間一組溫度傳感器的平均溫度值作為PID的輸入計算出傳統(tǒng)PID輸出u(t)；

3.8.3.2)第二維通過各路溫度傳感器中的最高溫度值作為有限定參數(shù)的積分計算，輸出C(t)；

3.8.3.3)加熱器可控硅控制輸出uout(t)＝C(t)×u(t)，

其中：

其中：T0：設(shè)定的工作溫度；

tmax：當(dāng)前各點的最高溫度；

Tc：設(shè)定起始調(diào)整的溫度(可以取T0)

Tmax：設(shè)定的最高溫度；

>0：e(t)值只能大于零，當(dāng)tmax小于Tc時，e(t)＝0

N：可設(shè)置的積分深度參數(shù)；

3.8.4)溫度采集：采用循環(huán)數(shù)值濾波的溫度平均值，采樣周期和數(shù)值濾波深度可設(shè)置；

3.8.5)當(dāng)所有溫度點都高于設(shè)定最低溫度時，開始累計工作時間；

3.8.6)計時達到設(shè)定工作時間，切斷加熱器輸出并切斷風(fēng)機電源開始保溫；

3.8.7)達到保溫計時打開風(fēng)機電源，輸出工作結(jié)束開關(guān)信號打開黃燈和蜂鳴；

3.9)中斷報警輸出：

3.9.1)烘箱開始工作，任何一點溫度超過設(shè)置最高溫度，輸出紅燈報警，輸出蜂鳴信號；

3.9.2)報警信號輸出后等待烘箱開門信號，烘箱開門后工作結(jié)束，等待重啟。

本發(fā)明的烘箱風(fēng)道及風(fēng)機轉(zhuǎn)向如圖4所示：

1、烘箱共采用2個分機，一左一右，左風(fēng)機箱左側(cè)送風(fēng)，右風(fēng)機向右側(cè)送風(fēng)；

2、左右風(fēng)機采用互鎖系統(tǒng)，在系統(tǒng)工作時只能有一個風(fēng)機工作；

3、風(fēng)機切換風(fēng)向必須滿足程序設(shè)定的溫度要求。

在一些其他實施方式中，本控制系統(tǒng)的主要控制對象是烘箱內(nèi)的溫度，控制的難點主要在于當(dāng)烘箱內(nèi)放置了比較多的產(chǎn)品時，由于空氣流通性比較差，造成烘箱內(nèi)溫度不均衡，解決方式主要是使用左右共計6個測溫點檢測左右兩側(cè)溫度，并使用兩個風(fēng)機根據(jù)測溫點的反饋溫度輪流向左右兩個方向吹送加熱過的熱風(fēng)。

控制系統(tǒng)輸入信號：

1、溫度反饋：6點溫度用K型熱電偶

2、產(chǎn)品型號：由二維碼掃描槍掃入

3、產(chǎn)品參數(shù)：局域網(wǎng)服務(wù)器通過文件的形式發(fā)送到主控PC

4、烘箱狀態(tài)：啟動按鈕、急停按鈕、門開關(guān)等

控制系統(tǒng)輸出信號：

1、溫度加熱控制：通過一路高速脈沖輸出控制加熱器專用的三相固態(tài)繼電器切換加熱器的打開和關(guān)斷來控制加熱器的輸出功率

2、溫度風(fēng)向切換：通過2路輸出控制風(fēng)機接觸器來控制風(fēng)機的啟停，進而控制風(fēng)向。

3、工作狀態(tài)指示：通過4路輸出控制紅綠黃三色燈和蜂鳴器

4、人機界面顯示：PC顯示器實時顯示六路溫度、累計工作時間、累計保溫時間

以及硬數(shù)據(jù)保存：平推打印機打印運行參數(shù)(產(chǎn)品型號，工作參數(shù)，溫度時間曲線)

軟數(shù)據(jù)保存：主控PC將運行參數(shù)自動保存到服務(wù)器(產(chǎn)品型號，工作參數(shù)，溫度時間曲線，PID時間曲線，輸出信號時間記錄等)。

由圖5可以看出：

1、從溫度曲線上可以得到8路溫度經(jīng)過PID控制之后，溫度上升均勻；

2、烘箱整體溫度控制在有效范圍內(nèi)，達到基本溫度要求；

3、烘箱產(chǎn)品受熱溫度時間控制在范圍內(nèi)。

由圖6可以看出：

1、加熱器在開始階段能夠100％輸出，達到開啟迅速升溫要求。

2、當(dāng)各路溫度中有任何一路達到設(shè)定的設(shè)定起始調(diào)整的溫度Tc時，控制輸出的計算函數(shù)開始工作以保證箱體中任何部分的產(chǎn)品不會出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，并使加熱器輸出功率得到有效控制。

采用該基于多點溫度傳感的烘箱溫度控制的系統(tǒng)及方法，通過在箱體內(nèi)分布三組多路感溫傳感器，交互計算3組傳感器的輸入值，建立二維正交PID函數(shù)，用以控制加熱器的功率，并通過左右風(fēng)機交替運作，實現(xiàn)在烘箱內(nèi)產(chǎn)品快速均勻升溫的同時避免了超溫及欠溫的風(fēng)險，具有廣泛的應(yīng)用范圍

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。