一種溫度控制系統(tǒng)及控制方法與流程

1.本發(fā)明涉及供熱溫度控制技術領域，特別涉及一種溫度控制系統(tǒng)及控制方法。


背景技術：

2.對一目標空間/物料進行供熱或者維持一目標空間/物料的恒溫環(huán)境時需要依賴的電熱設備溫度控制系統(tǒng)或控制裝置。但現(xiàn)有的電熱溫度控制系統(tǒng)通常是根據(jù)普通的加熱器(例如小太陽、空調(diào))來設計，但是這些加熱器自身的溫度難于控制，難以達到對目標空間/物料控溫的要求。


技術實現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明的目的是提供一種溫度控制系統(tǒng)及控制方法。
4.本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術中存在的現(xiàn)有的電熱溫度控制系統(tǒng)及方法難以達到對目標空間/物料控溫的技術問題。
5.為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
6.一種溫度控制系統(tǒng)，其包括主控模塊，及均與所述主控模塊連接的電熱元件溫度采集模塊、目標空間/物料溫度采集模塊和能量管理驅(qū)動模塊；
7.所述電熱元件溫度采集模塊用于連續(xù)采集電熱元件的溫度和/或濕度并將采集到的電熱元件溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊；
8.所述目標空間/物料溫度采集模塊用于連續(xù)采集目標空間/物料的溫度和/或濕度并將采集到的目標空間/物料溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊；
9.所述能量管理驅(qū)動模塊，連接在電熱元件和主控模塊之間；
10.所述主控模塊接收、分析、處理接收到的所述電熱元件溫度和/或濕度信息和所述目標空間/物料溫度和/或濕度信息，結(jié)合預設的目標空間/物料溫度，調(diào)節(jié)所述電熱元件的供熱量，所述能量管理驅(qū)動模塊根據(jù)所述主控模塊的調(diào)節(jié)信息對電熱元件負載電流進行通斷；
11.所述電熱元件為膜狀電熱元件。
12.進一步地，所述主控模塊調(diào)節(jié)所述電熱元件的供熱量包括：分檔：將電熱元件溫度分成多個溫度檔位，控制每個溫度檔的通電系數(shù)，進而控制每個溫度檔的平均功率；不同的元件溫度檔，對應于不同的通電系數(shù)以及相應的平均功率，從而控制不同溫度檔的供熱量；還包括：調(diào)檔：結(jié)合目標空間/物料溫度的預設值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設值的可接受偏差范圍內(nèi)時，維持電熱元件當下的溫度檔位不變；當采集到的目標空間/物料的溫度大于預設值的上偏差值時，控制電熱元件下調(diào)一個溫度檔位；當采集到的目標空間/物料的溫度小于預設值的下偏差值時，控制電熱元件上調(diào)一個溫度檔位。
13.進一步地，所述目標空間/物料的溫度范圍為0～220℃，誤差為
±
0.2～
±
0.5℃。
14.進一步地，所述電熱元件的可變溫度范圍為0～280℃，誤差為
±
2～
±
3℃。
15.進一步地，所述電熱元件相鄰溫度檔的溫差為5～10℃，調(diào)溫周期為1～30min/次。
16.進一步地，所述電熱元件的升溫速率為1℃/20秒～1℃/2秒。
17.進一步地，所述主控模塊還分別連接有電源模塊、時鐘校準模塊、顯示模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊，所述電源模塊為主控模塊提供電源，所述時鐘校準模塊用于準確校準所述溫度控制系統(tǒng)的時間，所述顯示模塊用于呈現(xiàn)所述溫度控制系統(tǒng)的預設參數(shù)和/或?qū)崟r數(shù)檢測數(shù)據(jù)顯示，所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲所述溫度控制系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。
18.進一步地，所述電熱元件溫度采集模塊連接有元件溫度和/或濕度采集傳感器。
19.本發(fā)明還提供了一種溫度控制方法，其包括以下步驟：
20.連續(xù)采集電熱元件的溫度和/或濕度并將采集到的電熱元件溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊；
21.連續(xù)采集目標空間/物料的溫度和/或濕度并將采集到的目標空間/物料溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊；
22.所述主控模塊接收所述電熱元件溫度信息和所述目標空間/物料溫度信息后進行分析處理，結(jié)合目標空間/物料溫度的預設值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設值的可接受偏差范圍內(nèi)時，維持電熱元件當下的溫度檔位不變；當采集到的目標空間/物料的溫度大于預設值的上偏差值時，控制電熱元件下調(diào)一個溫度檔位；當采集到的目標空間/物料的溫度小于預設值的下偏差值時，控制電熱元件上調(diào)一個溫度檔位；
23.主控模塊根據(jù)接收的所述電熱元件溫度信息，對加熱元件進行如下控制：在設定的溫度檔位對應的溫度值基礎上，若采集到的電熱元件溫度高于設定的溫度檔位對應的溫度值上偏差值，則控制電熱元件斷電；若采集到的電熱元件溫度低于設定的溫度檔位對應的溫度值下偏差值，則控制電熱元件通電。
24.進一步地，所述目標空間/物料預設值的可接受偏差為
±
0.2～
±
0.5℃。
25.與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：
26.1、本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)同時對電熱元件和目標空間/物料的溫度進行雙重控制，且該系統(tǒng)配合的電熱元件為膜狀電熱元件，膜狀電熱元件熱慣性好，易于控制電熱元件自身的溫度，可實現(xiàn)對目標空間/物料的控溫；
27.2、目標空間/物料的恒溫溫度、目標空間/物料恒溫時的熱量散失值、電熱元件的供熱量，三者之間存在關聯(lián)平衡關系；本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)，通過把元件溫度，細分成多個溫度檔位，控制每個溫度檔的通電系數(shù)，進而控制每個溫度檔的平均功率；不同的元件溫度檔，對應于不同的通電系數(shù)以及相應的平均功率，從而控制不同溫度檔的供熱量；本發(fā)明能較快找到三者之間的“供熱平衡點”，并穩(wěn)定維持“平衡供熱”；“平衡供熱”狀態(tài)能使控溫感量更靈敏、控溫更、供熱更節(jié)能；
28.3、本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)在供熱過程中可以動態(tài)的控制電熱元件的溫度(0℃～280℃)、通電系數(shù)(3％～100％)、平均功率(額定功率的3％～100％)等性能參數(shù)，以“平衡供熱”狀態(tài)，實現(xiàn)對目標空間/物料溫度的控制；
29.4、本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)或控制方法能使電熱元件常態(tài)化的處于“平衡供熱狀態(tài)”，元件供熱溫度較低，供熱更均勻更柔和，目標空間/物料的濕度保持自然，具體應用時，可使供熱的人體感受更舒適，烘干的農(nóng)產(chǎn)品，內(nèi)在品質(zhì)更高。
附圖說明
30.圖1：本發(fā)明的溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構框圖。
31.圖中：
32.1、電熱元件溫度采集模塊，2、主控模塊，3、元件溫度和/或濕度采集傳感器，4、電熱元件模組，5、能量管理驅(qū)動模塊，6、接收天線，7、時鐘校準模塊，8、顯示模塊，9、數(shù)據(jù)存儲模塊，10、電源模塊，11、室溫/物料溫度采集模塊。
具體實施方式
33.現(xiàn)有技術中存在電熱溫度控制系統(tǒng)及方法無法達到對目標空間/物料控溫的技術問題。所以本發(fā)明提出新的方案，為更加清楚的表示，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做詳細的說明。
34.請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種溫度控制系統(tǒng)，其包括電熱元件1、主控模塊2、元件溫度和/或濕度采集傳感器3、電熱元件模組4、能量管理驅(qū)動模塊5、接收天線6、時鐘校準模塊7、顯示模塊8、數(shù)據(jù)存儲模塊9、電源模塊10以及室溫/物料溫度采集模塊11。其中，電熱元件1、元件溫度和/或濕度采集傳感器3、電熱元件模組4、能量管理驅(qū)動模塊5、接收天線6、時鐘校準模塊7、顯示模塊8、數(shù)據(jù)存儲模塊9、電源模塊10以及室溫/物料溫度采集模塊11均直接或間接與主控模塊2通過電連接和/或信號連接。
35.該溫度控制系統(tǒng)由主控模塊集中管理和協(xié)調(diào)各模塊的分工協(xié)作。主控模塊2可以是mcu單片機或其他常見的微控制裝置。
36.電熱元件溫度采集模塊1用于連續(xù)采集電熱元件模組4(即電熱元件)的溫度和/或濕度并將采集到的電熱元件溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊2；電熱元件溫度采集模塊1通過元件溫度和/或濕度采集傳感器3采集電熱元件模組4的溫度和/或濕度信息，具體的可以是通過k型熱電偶感知電熱元件模組4上的溫度，通過現(xiàn)有常見的系列保護及硬件濾波、陷波過濾掉雜波送主控模塊處理。
37.室溫/物料溫度采集模塊11(即目標空間/物料溫度采集模塊)用于連續(xù)采集目標空間/物料的溫度和/或濕度并將采集到的目標空間/物料溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊，室溫/物料溫度采集模塊11可以采集例如雪茄發(fā)酵房的室溫，亦可以采集烤煙柜里的干球溫度及濕球溫度，該模塊具備各種常見的軟硬件濾波處理，給主控模塊2提供高質(zhì)量的溫度信息。
38.能量管理驅(qū)動模塊5，連接在電熱元件和主控模塊2之間，主控模塊2接收、分析、處理接收到的所述電熱元件溫度和/或濕度信息和所述目標空間/物料溫度和/或濕度信息，調(diào)節(jié)所述電熱元件的供熱量，能量管理驅(qū)動模塊5根據(jù)主控模塊2的調(diào)節(jié)信息準確地按算法要求導通或者關斷電熱元件的負載電流。
39.接收天線6、時鐘校準模塊7、顯示模塊8、數(shù)據(jù)存儲模塊9為進一步優(yōu)化本發(fā)明所設置的，在一些實施例中，也可根據(jù)需要選擇性設置。其中，時鐘校準模塊7與接收天線6連接，時鐘校準模塊7用以達成故障事件的準確記錄要求，其可以通過接收天線6接收信號，采取gps及北斗衛(wèi)星定位校時，確保在偏遠地區(qū)、無wifi及信號覆蓋的地方也能準確校準時間；顯示模塊8通過串口屏，把溫度控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)(例如溫度控制系統(tǒng)的預設參數(shù)和/或?qū)崟r數(shù)檢測數(shù)據(jù))顯示出來，其中各種關鍵設定參數(shù)通過串口屏，輸入經(jīng)rs485通訊寫入主控
模塊2；數(shù)據(jù)存儲模塊9，包括eeprom及sd卡，將關鍵數(shù)據(jù)及運行數(shù)據(jù)分別存入特定存儲單位，方便主控模塊2及用戶下載、查看等。
40.電源模塊10電源模塊，為主控模塊2或者主控模塊2和其他模塊提供穩(wěn)定可靠的電源。
41.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)中，電熱元件是供熱的熱源，其供熱量取決于膜狀電熱元件功率、元件溫度、元件與目標空間/物料的溫差；當膜狀電熱元件對目標空間/物料的供熱量等于目標空間/物料恒溫時(對環(huán)境)的熱量散失值時，目標空間/物料即可穩(wěn)定恒溫；當供熱量大于熱量散失值，目標空間/物料升溫；當供熱量小于熱量散失值，目標空間/物料降溫；目標空間/物料的恒溫溫度、目標空間/物料恒溫時的熱量散失值、電熱元件的供熱量三者之間存在關聯(lián)平衡關系。
42.電熱元件模組4(即電熱元件)為膜狀電熱元件，所述膜狀電熱元件包含絕緣底材，及與所述絕緣底材連接的膜狀電加熱體和電極。該電加熱體可以按照申請?zhí)枮?21110500121和/或申請?zhí)枮?21110493062的專利中記載的方法制備得到，也可以直接選擇市售的膜狀電熱元件用。本發(fā)明選擇具有合適的元件熱慣性(升溫速率約為1℃/20秒～1℃/6秒)的膜狀電熱元件，易于控制電熱元件的自身溫度(如+/-3℃)；本發(fā)明利用膜狀電熱元件元件自身特有的熱慣性，在供熱過程中，可以動態(tài)的控制膜狀電熱元件的溫度(0℃～280℃，誤差為
±
2～
±
3℃)、通電系數(shù)(3％～100％)、平均功率(額定功率的3％～100％)等性能參數(shù)，以“平衡供熱”狀態(tài)，實現(xiàn)對目標溫度的控制。
43.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)對電熱元件和目標空間/物料進行雙重控溫，主控模塊2調(diào)節(jié)所述電熱元件的供熱量包括分檔和調(diào)檔，其中，對電熱元件的溫度進行分檔處理是由主控mcu模塊完成的；預設進行分檔是在控制系統(tǒng)的工程交互界面中進行操作的。分檔為：將電熱元件溫度分成多個溫度檔位，控制每個溫度檔的通電系數(shù)，進而控制每個溫度檔的平均功率；不同的元件溫度檔，對應于不同的通電系數(shù)以及相應的平均功率，從而控制不同溫度檔的供熱量，這樣可以較快找到三者之間的“供熱平衡點”，并穩(wěn)定維持“平衡供熱”，“平衡供熱狀態(tài)”的優(yōu)勢是控溫感量更靈敏、控溫更，供熱更節(jié)能。具體的，根據(jù)需要設定電熱元件的上限溫度和下限溫度以及檔位總數(shù)，計算每檔的溫度差值，電熱元件相鄰溫度檔的溫差值范圍為5～10℃，調(diào)溫周期為1～30min/次，優(yōu)選為3～15min/次。調(diào)檔處理包括：結(jié)合目標空間/物料溫度的預設值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設值的可接受偏差范圍內(nèi)時，維持電熱元件當下的溫度檔位不變；當采集到的目標空間/物料的溫度大于預設值的上偏差值時，控制電熱元件下調(diào)一個溫度檔位；當采集到的目標空間/物料的溫度小于預設值的下偏差值時，控制電熱元件上調(diào)一個溫度檔位。
44.應用上述溫度控制系統(tǒng)控制溫度的方法包括以下步驟：
45.連續(xù)采集電熱元件的溫度和/或濕度并將采集到的電熱元件溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊2；
46.連續(xù)采集目標空間/物料的溫度和/或濕度并將采集到的目標空間/物料溫度和/或濕度信息傳送給主控模塊2；
47.主控模塊2接收所述電熱元件溫度信息和所述目標空間/物料溫度信息后進行分析處理，周期性的按照下述邏輯進行調(diào)溫：當目標空間/物料溫度處于預設值的可接受偏差范圍內(nèi)時，維持電熱元件當下的溫度檔位不變；當目標空間/物料的溫度大于預設值的上偏
差值時，控制電熱元件下調(diào)一個溫度檔位；當目標空間/物料的溫度小于預設值的下偏差值時，控制電熱元件上調(diào)一個溫度檔位；
48.接著，主控模塊2根據(jù)接收所述電熱元件溫度信息，對加熱元件進行如下控制：在設定的溫度檔位對應的溫度值基礎上，若采集到的電熱元件溫度高于設定的溫度檔位對應的溫度值上偏差值，則控制電熱元件斷電；若采集到的電熱元件溫度低于設定的溫度檔位對應的溫度值下偏差值，則控制電熱元件通電。
49.具體的，所述電熱元件的可變溫度范圍為0～280℃，誤差為
±
2～
±
3℃；所述目標空間/物料的可控溫度范圍為0～220℃，可接受偏差為
±
0.2～
±
0.5℃。在一示例性的實施例中，所述電熱元件的可變溫度范圍為15～165℃，誤差為
±
2℃；設定電熱元件的加熱溫度下限為15℃，上限為165℃，檔位總數(shù)為16檔，第一檔溫度為15℃，第16檔為165℃，相鄰檔位溫差為10℃，若當前電熱元件溫度檔為第13檔，溫度為135℃(15+10*12＝135℃)，高于137℃，電熱元件斷電，低于133℃，電熱元件通電，在133-137℃之間時，分為通電和斷電兩種狀態(tài)，(1)從低于下限值而通電的，繼續(xù)通電，直至超過上限才斷電；(2)從高于上限值而斷電的，繼續(xù)斷電，直至低于下限才通斷；在另一示例性的實施例中，所述目標空間/物料的溫度為16～80℃，預先設定目標恒溫溫度為20℃(即恒溫目標溫度預設值為20℃)，溫度可接受上下偏差值設定為
±
0.2℃；則預設值的上偏差值為20.2℃，預設值的下偏差值為19.8℃；在調(diào)控周期節(jié)點(設定調(diào)控周期為3分鐘，電熱元件檔位每3分鐘調(diào)檔一次)時，若采集到的目標空間/物料溫度高于預設值上偏差值20.2℃，下調(diào)一檔電熱元件溫度檔；在調(diào)控周期節(jié)點時，若采集到的目標空間/物料溫度低于預設值下偏差值19.8℃，上調(diào)一檔電熱元件溫度檔；在調(diào)控周期節(jié)點時，采集到的目標空間/物料溫度處于預設值下偏差值19.8℃和上偏差值20.2℃之間，則電熱元件溫度檔維持原檔位不變。如此周期性的調(diào)節(jié)，最終為溫度恒定在預設值下偏差值19.8℃和上偏差值20.2℃之間，電熱元件保持當下溫度檔位不變。
50.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法中，主控模塊2還可以進一步具有溫度-時間控制程序，在需要“溫度-時間，曲線擬合”控制時，可啟用“溫度-時間”程序控制功能；例如：烤煙房供熱模組是根據(jù)烤煙標準溫度-時間曲線供熱的；一般需預先設定好烤煙全程的溫度-時間曲線及相關控制參數(shù)，即可實現(xiàn)烤煙全程的“溫度-時間”曲線的自動擬合控制。
51.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法可以應用在室內(nèi)取暖領域，也即溫度控制系統(tǒng)的目標空間可以為室內(nèi)，該應用能有效保持室內(nèi)相對濕度在加熱時不大幅降低，即有效保濕，例如在控溫又要同時控制濕度的應用場景，如：雪茄發(fā)酵房，需控制發(fā)酵房內(nèi)的相對濕度為75％，為維持這個相對濕度，通常采用額外加濕的方法，采用普通電暖氣供熱的情況，每天加濕需耗用約50公斤水；采用本系統(tǒng)供熱控溫，每天加濕僅需耗用不超過10公斤的水；另一特點室內(nèi)溫度為均勻、徐徐攀升，室內(nèi)人無溫差沖擊的不適感；再次，該應用極度節(jié)能，能有效感知環(huán)境中能源變化，通過平衡供熱算法智能調(diào)節(jié)能量輸入，相對傳統(tǒng)電暖器節(jié)能50％以上。
52.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法還可應用在雪茄煙發(fā)酵領域，也即溫度控制系統(tǒng)的目標物料為處在發(fā)酵過程的雪茄，不同于傳統(tǒng)雪茄發(fā)酵溫度控制器，該應用采用熱敏電阻采集雪茄煙發(fā)酵器回風口處空氣溫度，及電熱元件上的溫度，通過其平衡供熱算法，能控制雪茄的發(fā)酵，極大提高雪茄的良品率，經(jīng)現(xiàn)場檢測雪茄煙絲內(nèi)的活性物
質(zhì)提高1.5倍，益生菌提高3倍。
53.本發(fā)明提供的溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法還可應用在烤煙房溫度控制領域，也即溫度控制系統(tǒng)的目標空間為烤煙房，烤煙房干球溫度、濕球溫度可以由ds18b20模塊提供，應用在烤煙房溫度控制的溫度控制系統(tǒng)通過其平衡供熱算法結(jié)合煙草的烘制工藝要求，通過實時跟蹤干濕球的溫度走勢，精確調(diào)配電熱元件能量輸出，在預設煙葉烘烤工藝溫度曲線的
±
0.2℃的誤差內(nèi)契合。與傳統(tǒng)烤煙供熱控溫器不同的地方在于，本控制系統(tǒng)采用膜狀電熱元件作為電熱元件，能精細調(diào)節(jié)能量供給，減少室內(nèi)溫度上下波動，提高煙葉品質(zhì)。能源采用電力較傳統(tǒng)生物質(zhì)、燃煤控制器能極大減少人工勞動，提高可靠性。
54.以上實施例僅用以解釋說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管上述實施例對本發(fā)明進行了具體的說明，相關技術人員應當理解，依然可對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍之中。