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

背景技術：

隨著熱解技術的不斷發(fā)展，熱解爐的應用也越來越廣泛，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，會產(chǎn)生一些報廢品和裁切邊框，如果將其作為垃圾來處理，將會對環(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值。

目前，廢PCB處理的處理方法有機械物理法、冶金提取法、生物處理法、超臨界流體法、熱解法等。其中運用熱解技術，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運送到爐子的尾部，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)有幾個溫度區(qū)，每個區(qū)的溫度單獨控制，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，在利用熱解爐的進行工業(yè)化生產(chǎn)的過程中，對于熱解爐溫度控制至關重要。

現(xiàn)有技術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，通過導通或關斷固態(tài)繼電器來控制爐溫的控制系統(tǒng)和方法。然而，其缺點在于該方法控制固態(tài)繼電器的導通或關斷，從而控制電阻爐的加熱時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制，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，且控制的響應時間較長。

現(xiàn)有技術還公開了一種爐溫控制裝置，該裝置包括用于測量電阻爐溫度并將溫度信號傳輸給微處理器的數(shù)字溫度傳感器，電阻爐的溫度測量端電連接數(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)出的控制信號依次控制光耦、驅(qū)動電路和加熱器；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)動電路的輸入端，驅(qū)動電路的輸出端電連接加熱器；用于人機交互和系統(tǒng)監(jiān)控的工控機和觸摸屏，工控機通過其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。其缺點在于該方法需要開發(fā)的爐溫控制系統(tǒng)，同時還需要工控機和觸摸屏，系統(tǒng)復雜，增加了成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種易于實現(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。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于LabView的熱解試驗裝置的爐溫控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于LabView控制設計。優(yōu)點在于LabView利用計算機強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機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。軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關、指示燈及其他控制部件。在操作時，用戶通過鼠標或鍵盤操作軟面板，來檢驗儀器的通信和操作。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。其還可以實時、直接地對數(shù)據(jù)進行編輯。

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

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

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

所述爐溫測量模塊，與所述串口服務器的串行端口COM1相連，用于檢測試驗裝置三個區(qū)的溫度，并將溫度數(shù)值傳遞給在所述工控機上運行的LabView監(jiān)控程序。

所述調(diào)功器電流/電壓測量模塊，與所述串口服務器的串行端口COM2相連，用于測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上運行的LabView監(jiān)控程序。

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

進一步地，所述系統(tǒng)還包括顯示器，與所述工控機相連，用于顯示爐溫測量模塊、調(diào)功器電流/電壓測量模塊所測數(shù)據(jù)及所述系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

進一步地，所述爐溫測量模塊包括智能數(shù)顯表和熱電偶。所述熱電偶分別設置在試驗裝置爐體的各區(qū)內(nèi)，所述熱電偶兩端設置有所述智能數(shù)顯表。

進一步地，所述調(diào)功器電流/電壓測量模塊，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。

更進一步地，所述模擬量輸出模塊包括多個通道，分別與所述調(diào)功器、試驗裝置的進料調(diào)速器及加熱調(diào)速器相連。所述模擬量輸出模塊接 收來自所述工控機的控制信號，然后通過電壓信號控制所述調(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的控制信號，進而依照控制信號控制試驗裝置的進料螺旋輸送機及加熱螺旋輸送機的輸送速度。

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

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

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

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

具體地，所述計算誤差e(k)＝SV(k)-PV(k)，其中，

k是時間k*t處采樣信號的索引，e(k)表示當前計算誤差，SV表示期望溫度值，PV表示實際溫度值。

更具體地，所述電壓信號的表達式為

其中，

U_out是傳遞給所述調(diào)功器的電壓信號，V_max是所述調(diào)功器接收的所述電壓信號的最大值，P是需用負荷率，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子程序計算輸出結果而得到一個全局變量電壓給定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現(xiàn)，大大節(jié)省了開發(fā)時間，且由LabView軟件開發(fā)的監(jiān)控程序，易于實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的記錄，為熱解實驗數(shù)據(jù)分析奠定了良好的基礎。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是熱解試驗裝置的爐溫控制的系統(tǒng)結構示意圖。

圖2是一區(qū)溫度分段式控制程序圖。

附圖標記說明如下：

1：工控機

101：顯示器

2：串口服務器

3：爐溫測量模塊

301：智能數(shù)顯表

302：熱電偶

4：調(diào)功器電流/電壓測量模塊

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

具體實施方式

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

針對本發(fā)明需要提供如下所述的試驗裝置，該試驗裝置由熱解爐、進料部分、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個區(qū)，有3個加熱管，熱解爐內(nèi)溫度由加熱管產(chǎn)生的熱量來提供。進料和加熱主要有兩個螺旋輸送機構成，上料斗里面的垃圾碎料(如廢PCB)通過進料螺旋輸送機送給加熱螺旋輸送機。加熱螺旋輸送機以一定的速度旋進，保證垃圾碎料在熱解爐中有足夠的時間完成熱解，產(chǎn)生的油氣由儲氣罐收集，熱解渣收集做進一步處理。

下面結合熱解試驗裝置對本發(fā)明進行闡述：

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

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

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

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

如圖1所示，所述調(diào)功器電流/電壓測量模塊4，與所述串口服務器2的串行端口COM2相連，用于測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1上運行的LabView監(jiān)控程序。所述調(diào)功器電流/電壓測量模塊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，與所述串口服務器2的串行端口COM3相連，用于接收來自所述工控機上1運行的LabView監(jiān)控程序的控制信號，然后將所述控制信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并發(fā)送該電壓信號到所述調(diào)功器電流/電壓測量模塊4。

如圖1所示，所述模擬量輸出模塊5包括多個通道，分別與所述調(diào)功器403、試驗裝置的進料調(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1的控制信號，然后通過電壓信號控制所述調(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器2向上連接所述工控機1，向下連接支持ModBus RTU協(xié)議的所述智能數(shù)顯表301、所述單項電能表402和所述模擬量輸出模塊5。

2)用所述爐溫測量模塊3測得該區(qū)溫度，將其定義為實際溫度值PV，并通過所述串口服務器2上傳到所述工控機1；

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

k是時間k*t處采樣信號的索引，e(k)表示當前計算誤差，SV表示 期望溫度值，PV表示實際溫度值。然后執(zhí)行LabView監(jiān)控程序；

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

其中，

U_out是傳遞給所述調(diào)功器的電壓信號；V_max是所述調(diào)功器接收的所述電壓信號的最大值，為150V；P是需用負荷率，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。

該電壓信號的范圍一般在0～10V，將該電壓信號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控制試驗裝置加熱管兩端的電壓和進料螺旋輸送機和加熱螺旋輸送機的熱解試驗裝置的硬件配置，實現(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子程序計算輸出結果而得到一個全局變量電壓給定U(k)，將該電壓給定傳來的數(shù)值傳遞給所述調(diào)功器403，可逐漸使實際溫度PV接近期望溫度SV。

更詳細地，因所述試驗裝置分為三個區(qū)，且每個區(qū)的溫度控制原理相同，所以下面僅以一區(qū)的溫度控制對發(fā)明進行闡述。如圖2所示，本發(fā)明所述LabView監(jiān)控程序主要以兩個嵌套的條件結構和一個選擇函數(shù)來實現(xiàn)控制。

如圖2所示，期望溫度SV和實際溫度PV進行比較，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電壓給定是一個全局變量，是由PID子程序計算輸出結果傳遞而得到的。本試驗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))這里設置的為3℃和0.5℃。期望溫度SV(可調(diào))根據(jù)工藝要求，設置在600℃。

如圖2所示，當e(k)>T_L時，為加熱階段。此時執(zhí)行外面的條件結構的為真的分支，同時執(zhí)行里面的條件結構的為真的分支，使一區(qū)升溫指示燈變綠，一區(qū)保溫指示燈變紅，同時使把真值給選擇開關。通過選擇開關的局部變量，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)動一區(qū)加熱管，實現(xiàn)迅速升溫。

如圖2所示，當-T_H<e(k)<T_L時，為保溫階段。此時程序執(zhí)行外面的條件結構的為真的分支，同時執(zhí)行里面的條件結構的為假的分支，使一區(qū)升溫指示燈變紅，一區(qū)保溫指示燈變綠，同時使把假值給選擇開關。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，逐漸使實際溫度PV接近期望溫度SV。

如圖2所示，當e(k)<-T_H時，為停止加熱階段。此時程序執(zhí)行外面的條件結構的為假的分支，使一區(qū)升溫指示燈變紅，一區(qū)保溫指示燈變紅，同時把真值給選擇開關，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實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發(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)的詞包括復數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。