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(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溫度控制系統(tǒng)及控制方法。


背景技術(shù)：

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(shè)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(shè)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(shù)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(shù)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(shù)問題。
5.為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(shè)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(yīng)于不同的通電系數(shù)以及相應(yīng)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(shè)值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定的溫度檔位對應(yīng)的溫度值基礎(chǔ)上，若采集到的電熱元件溫度高于設(shè)定的溫度檔位對應(yīng)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(shè)定的溫度檔位對應(yīng)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(shè)值的可接受偏差為
±
0.2～
±
0.5℃。
25.與現(xiàn)有技術(shù)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(guān)聯(lián)平衡關(guān)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(yīng)于不同的通電系數(shù)以及相應(yīng)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(yīng)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(gòu)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(shù)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(shù)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(guān)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(shè)置的，在一些實施例中，也可根據(jù)需要選擇性設(shè)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(shè)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(guān)鍵設(shè)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(guān)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(guān)聯(lián)平衡關(guān)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(shè)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(yīng)于不同的通電系數(shù)以及相應(yīng)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(shè)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(shè)值，當采集到的目標空間/物料溫度處于預設(shè)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(shè)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(shè)值的下偏差值時，控制電熱元件上調(diào)一個溫度檔位。
44.應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定的溫度檔位對應(yīng)的溫度值基礎(chǔ)上，若采集到的電熱元件溫度高于設(shè)定的溫度檔位對應(yīng)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(shè)定的溫度檔位對應(yīng)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(shè)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(shè)定目標恒溫溫度為20℃(即恒溫目標溫度預設(shè)值為20℃)，溫度可接受上下偏差值設(shè)定為
±
0.2℃；則預設(shè)值的上偏差值為20.2℃，預設(shè)值的下偏差值為19.8℃；在調(diào)控周期節(jié)點(設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)定好烤煙全程的溫度-時間曲線及相關(guān)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(yīng)用在室內(nèi)取暖領(lǐng)域，也即溫度控制系統(tǒng)的目標空間可以為室內(nèi)，該應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用在雪茄煙發(fā)酵領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用在烤煙房溫度控制領(lǐng)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(yīng)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(shè)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(shù)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(guān)技術(shù)人員應(yīng)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(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之中。