一种大型罐箱智能电加热控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大型罐箱智能电加热控制系统及方法，系统组成为主控制器、副控制器、温度监测模块、参数设置模块、控制算法模块、固态继电器(SSR)输出模块。控制算法采用自适应神经网络，以罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间与罐箱内实时温度为输入神经元，加热通道数与加热功率为输出神经元。本系统关键在于将罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定温度、加热时间、实时温度与加热通道数、加热功率建立联系，将实时温度输入至神经网络，实现对加热温度的调节与控制。通过本加热控制系统，可以自动调节不同尺寸罐箱的加热参数，整个控制系统运行稳定，控制误差小，实现了对大型罐箱内液体的智能加热与温度控制。大型罐箱内液体的智能加热与温度控制。大型罐箱内液体的智能加热与温度控制。

A large tank intelligent electric heating control system and method

【技术实现步骤摘要】
一种大型罐箱智能电加热控制系统及方法


[0001]本专利技术属于罐箱控制
，具体的为一种大型罐箱智能电加热控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着远程储运行业的发展，罐式集装箱近年来急速发展，罐式集装箱的应用越来越广泛，而电加热罐式集装箱在化工领域得到愈来愈多的应用。目前罐式集装箱用电加热系统主要依赖进口，国内仍缺少相关研究和产品。因此研究适用于大型罐箱的智能电加热系统能够有效解决目前亟需的电加热型罐箱。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种大型罐箱智能电加热控制系统及方法。
[0004]技术方案：一种大型罐箱智能电加热控制系统，所述系统包括依次串接的一级控制器、二级控制器、固态继电器输出模块、加热模块、温度检测模块；所述温度检测模块还连接于所述二级控制器；
[0005]所述一级控制器包括主控制器、显示模块、控制算法模块、参数设置模块；所述显示模块、控制算法模块、参数设置模块均连接于所述主控制器，所述参数设置模块包括薄膜开关按键，所述薄膜开关按键通过电路连接于所述控制算法模块；
[0006]所述二级控制器包括副控制器1，2，...，10；多个所述副控制器均连接于所述主控制器；
[0007]所述固态继电器输出模块包括固态继电器1，2，...，10，每个所述固态继电器均连接有SSR驱动电路，所述固态继电器和所述副控制器按编号一一对应连接；
[0008]所述加热模块包括电阻加热器1，2，...，10，所述电阻加热器和所述固态继电器按编号一一对应连接，10个所述电阻加热器分布于罐箱的不同位置，对罐箱多个位置进行加热；
[0009]所述温度检测模块包括温度传感器1，2，...，10，每个所述温度传感器均连接于温度采集电路，所述温度传感器和所述电阻加热器以及所述副控制器按编号一一对应连接，用于采集罐箱不同位置温度，并将采集信号发送至所述副控制器，从而控制加热状态；
[0010]所述控制算法模块包括自适应神经网络，以罐箱信息为输入神经元，加热信息为输出神经元，将加热信息输入所述主控制器，通过所述主控制器与所述副控制器进行分级控制，实现罐箱的加热控制。
[0011]优选的，所述罐箱信息包括罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间与罐箱内实时温度，所述加热信息包括加热通道数与加热功率。
[0012]优选的，所述自适应神经网络包括含有5个神经元X1、X2、X3、X4、X5的输入层、7个神经元的隐含层以及2个神经元Y1、Y2的输出层；其中神经元X1、X2、X3、X4、X5分别表示罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间与罐箱内实时温度，神经元Y1、Y2分别表示
加热通道数与加热功率，所述薄膜开关按键通过电路连接于所述神经元X1、X2、X3、X4、X5。
[0013]优选的，将设定加热温度X3与罐箱内实时温度X5差值的平方作为整定目标A即：
[0014][0015]加热通道数与加热功率Y1、Y2两个参数自整定采用梯度下降法进行：
[0016]D(t)＝ΔD+αD(t
‑
1)
[0017]式中：α为惯性因子，取值(0,1)；D(t)为t时刻权值梯度，采用梯度下降法使得权值调整量与A(t)的负梯度成正比，则：
[0018][0019]式中：为被控制对象的Jacobian雅克比信息，η为学习因子，取值(0,1)，由此可以计算出Y1、Y2。
[0020]优选的，所述SSR驱动电路包括二极管D2，所述二极管D2正极接3.3V直流正极，负极接电阻R1，功率管Q2栅极连接副控制器的与R1，漏极连接电阻R4与光耦Pin1，源极连接GND与光耦Pin2，电容C1连接功率管源极、栅极与光耦Pin1、Pin2，SSR+连接光耦Pin3，SSR
‑
连接光耦Pin4，电容C2一端接光耦Pin3与SSR+，另一端接光耦Pin4与SSR
‑
，二极管D2正极接光耦Pin4与SSR
‑
，负极接光耦Pin3与SSR+。
[0021]优选的，所述温度采集电路包括24位精度CS1237模数转换芯片，电阻R6、R10、R9串联连接到Pin3，电阻R7、R11串联连接到Pin4，Pin5、Pin6连接到主控制器。
[0022]一种大型罐箱智能电加热控制方法，包括如下步骤：开始工作后，首先进行程序初始化，主控制器从参数输入模块读取自适应神经网络的输入神经元参数，经过自适应神经网络计算后得到加热通道数与加热功率，分别对罐箱不同区域进行不同功率的加热，实现罐箱整体温度的一致性，温度检测模块实时监测温度信息，并将实时温度与设定温度进行比较，当温度未达到设定温度值时，加热继续，并且加热功率随着实际温度与设定温度差值的变化而变化，当实际温度达到设定温度后，加热结束。
[0023]有益效果：本专利技术关键在于将罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定温度、加热时间、实时温度与加热通道数、加热功率建立联系，将实时温度输入至神经网络，来实现对加热通道与加热功率的实时调整，从而实现对加热温度的调节与控制。通过本加热控制系统，可以自动调节不同尺寸罐箱的加热参数，整个控制系统运行稳定，控制误差小，实现了对大型罐箱内液体的智能加热与温度控制。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的系统整体结构；
[0025]图2为本专利技术的罐箱加热控制的神经网络算法；
[0026]图3为本专利技术的控制方法流程图；
[0027]图4为本专利技术的输入模块电路图；
[0028]图5为本专利技术的SSR驱动电路电路图；
[0029]图6为本专利技术的温度采集电路；
[0030]图7为本专利技术的罐箱单通道电气图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0032]如图1所示，系统整体结构整体控制系统组成为：一级控制器、二级控制器、固态继电器输出模块、加热模块、温度检测模块。一级控制器包括主控制器、显示模块、控制算法模块、参数设置模块；二级控制器由10个副控制器组成；固态继电器输出模块包括10个固态继电器，控制加热模块的工作状态；加热模块包括10个电阻加热器，分布于罐箱的不同位置，对罐箱多个位置进行加热；温度检测模块由10个温度传感器组成，采集罐箱不同位置温度，并将采集信号发送至副控制器，从而控制加热状态。在一级控制器中，参数设置模块将罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间这些参数输入到主控制器，主控制器运用控制算法模块对数据进行处理与运算，显示模块可以显示当前温度检测模块采集的罐箱不同位置的温度与每路的加热功率。主控制器与副控制器相互通信，实现数据与命令的流通，主控制器将数据处理后的结果转化成信号向副控制器发送指令，每个副控制器用来具体控制一路的加热通断与加热功率大小，并将从温度检测模块接收到的温度信号反馈给主控制器。
[0033]如图2所示。本专利采用5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型罐箱智能电加热控制系统，其特征在于，所述系统包括依次串接的一级控制器、二级控制器、固态继电器输出模块、加热模块、温度检测模块；所述温度检测模块还连接于所述二级控制器；所述一级控制器包括主控制器、显示模块、控制算法模块、参数设置模块；所述显示模块、控制算法模块、参数设置模块均连接于所述主控制器，所述参数设置模块包括薄膜开关按键，所述薄膜开关按键通过电路连接于所述控制算法模块；所述二级控制器包括副控制器1，2，...，10；多个所述副控制器均连接于所述主控制器；所述固态继电器输出模块包括固态继电器1，2，...，10，每个所述固态继电器均连接有SSR驱动电路，所述固态继电器和所述副控制器按编号一一对应连接；所述加热模块包括电阻加热器1，2，...，10，所述电阻加热器和所述固态继电器按编号一一对应连接，10个所述电阻加热器分布于罐箱的不同位置，对罐箱多个位置进行加热；所述温度检测模块包括温度传感器1，2，...，10，每个所述温度传感器均连接于温度采集电路，所述温度传感器和所述电阻加热器以及所述副控制器按编号一一对应连接，用于采集罐箱不同位置温度，并将采集信号发送至所述副控制器，从而控制加热状态；所述控制算法模块包括自适应神经网络，以罐箱信息为输入神经元，加热信息为输出神经元，将加热信息输入所述主控制器，通过所述主控制器与所述副控制器进行分级控制，实现罐箱的加热控制。2.如权利要求1所述的一种大型罐箱智能电加热控制系统，其特征在于，所述罐箱信息包括罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间与罐箱内实时温度，所述加热信息包括加热通道数与加热功率。3.如权利要求2所述的一种大型罐箱智能电加热控制系统，其特征在于，所述自适应神经网络包括含有5个神经元X1、X2、X3、X4、X5的输入层、7个神经元的隐含层以及2个神经元Y1、Y2的输出层；其中神经元X1、X2、X3、X4、X5分别表示罐箱体积、罐箱内液体比热容、设定加热温度、加热时间与罐箱内实时温度，神经元Y1、Y2分别表示加热通道数与加热功率，所述薄膜开关按键通过电路连接于所述神经元X1、X2、X...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晓峰，王典开，郭豫鹏，朱晓磊，蔚振国，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：