物料加热温控智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了物料加热温控智能控制系统，具体涉及电磁场加热智能控制技术领域，根据使用电阻加热金属钾的工艺过程，设计出的一种电阻加热的自阻加热装置，配套实时温度采集和温度状态分析的智能控制系统，包括电源电极夹具动静触头接触电阻R1与含熔融金属钾时电阻R0；本发明专利技术具体通过采用ANSYS

【技术实现步骤摘要】
物料加热温控智能控制系统


[0001]本专利技术涉及电磁场加热智能控制
，更具体地说，本专利技术涉及物料加热温控智能控制系统。

技术介绍

[0002]随着碱金属在电子、工业及机械制造领域的应用发展，众多工业领域通过精制提炼金属物料发展企业化经济，然而，在金属物料提取工艺中，现有的炼制工艺是在敞口的坩埚炉中将粗金属熔融，液态金属钾和固体杂质在油介质中分层后分离，浇铸得到工业级金属，这种炼制设备工艺存在分离的效果不好，产品中经常会混有较多的盐类和氧化物杂质，同时产品中含油较高的问题；以及由于金属物料掺杂其它物质的含量较高，熔炼时存在较大的安全隐患问题；因此，在金属物料加热提取的过程中，温度精确控制和加热的方式是改善提取的重要因素。
[0003]目前，物料加热技术是通过对电阻加热控制方式对金属钾提炼金属物料进行智能控制，与传统的炉内加热方法相比，电阻传导加热具有显著优点，相比之下，能够更有效地利用能源，减少加热的时间和空间，从而能够降低成本；但是，电阻加热存在物料加热温控智能控制系统中电源自身有一定内阻，随着金属钾电阻变小在金属钾上的分压降低，控制总功率不变的情况下，金属钾上的功率下降，影响金属钾的加热速率及不能保温；金属钾电阻率变化、不可忽略的热辐射、不规则的几何尺寸和试件内部夹杂，导致建立对应的温度稳态数学模型困难；以及物料加热温控智能控制系统的时间常数较大，需要解决动态响应慢和超调问题带来的电源稳定性差和温度控制精度差的问题。
[0004]因此，结合现有的物料加热温控技术，针对于小电压大电流情况下小电阻的非线性变化对加热系统的影响、温度场均匀分布和基于小电阻的非线性变化的温度控制模型、金属钾电流场不均、温度场不均、小电阻的非线性变化因素的电阻加热炼制金属钾的工艺技术，本实施例设计了一种物料金属自阻加热温控智能控制系统，通过采用DSP、CPLD和PID组成的系统进行智能控制，实现人机交互友好，温度实时控制精度高，时间常数小，高效率提炼到较高纯度的金属物料的功能，是亟不可待的。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供物料加热温控智能控制系统，通过采用ANSYS
‑
Workbench软件建立金属钾等效模型和MATLAB仿真软件建立电源等效模型，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：物料加热温控智能控制系统，是根据使用电阻加热炼制金属钾的工艺过程，设计出的一种电阻加热的自阻加热装置，配套实时温度采集和温度状态分析的智能控制系统，包括电源电极夹具动静触头接触电阻R1与含熔融金属钾时电阻R0，满足公式的关系；智能控制系统对电阻加热进行实时采样，实
时显示温度值，给定步进值，步进温度小于0.1％最高温度的系统，稳态控温精度
±
l℃；以及能承受最高加热温度为200℃，工作温度范围60℃
‑
70℃，空炉升温到64℃的时候，其升温用时t≤10min；具体的智能控制温度处理的步骤如下：
[0007]S1、金属自电阻加热系统设计；
[0008]S2、低压大功率电源设计研究；
[0009]S3、研究物料对金属钾导电率的变化影响。
[0010]在一个优选地实施方式中，所述电阻加热的自阻加热装置是包括电源、温度控制仪、功率调节器、金属钾物料设备组成的，其中，电源是给物料金属自阻加热温控智能控制系统提供电能的供电设备，并通过电路传输电能至功率调节器和温度控制仪中，调节电能输出功率和将电能转换成热能；温度控制仪是调控一体化的智能温度控制仪表，采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程、定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、手动切换、自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询及计算机通讯的功能；功率调节器是通过智能数字控制电路的控制电源输出电压、电流的功率，具有节约电能和精确温控的特点；金属自电阻加热是利用金属自身内部含有电阻性，通过电源直接给金属物料施加电能，导电传输将电能转换为热能的过程，其电加热的功率转换热能满足1Kw＝864Kcal/hr。
[0011]在一个优选地实施方式中，所述电阻加热自电阻加热系统设计是搭建温度能够精确控制电阻加热自阻加热系统，通过建立整个自阻加热系统的数学研究模型，因为夹持好后电流在金属钾表面形成的电流场很难保持均匀，导致金属钾表面温度场不均匀，所以通过电路接收电流场和温度场的模拟信号，将夹持策略建立数值进行模型分析，其分析的步骤如下：
[0012]A1、首先根据空炉升温到64℃，用时t≤10min，利用公式计算出最低电源功率；
[0013]A2、然后在物料金属自阻加热温控智能控制系统中结合ANSYS
‑
Workbench软件使用，利用其界面操作系统的Thermal
‑
Electric分析模块进行物料金属自阻加热温控智能控制系统的热电耦合数据分析，通过建立电源电极与金属钾之间的夹持策略模型，接收温度和电能数据的模拟信号进行智能数字化分析，研究不同的夹持测量对金属钾上温度场分布均匀性的影响，用于设计出最佳的夹持测量；
[0014]A3、最后根据夹持策略搭建试验台，接上可控功率的已有电源，在有物料、无物料两种情况下对金属钾进行加热，控制加热温度在0
‑
200℃范围，在加热过程中，对物料金属自阻加热温控智能控制系统的电阻变化范围阈值进行对应温度的记录，并对电阻变化进行定性分析，结合电源功率求解出电流的浮动范围。
[0015]在一个优选地实施方式中，所述电阻加热的低压大功率电源设计研究是在物料金属自阻加热温控智能控制系统中搭建24V/2000A，即48KW的低压大功率电源，该系统主要包括主功率电流、控制电路两个部分；电源电流控制的步骤如下：
[0016]B1、首先采用移相全桥ZVS策略，结合同步整流技术，提高电源效率和克服电流应力；
[0017]B2、其次设计电源电流环及其反馈回路，结合状态空间平均法对物料金属自阻加
热温控智能控制系统进行建模，得到物料金属自阻加热温控智能控制系统的传递函数，利用自动控制原理的相关理论，分析物料金属自阻加热温控智能控制系统的波特图；
[0018]B3、然后在物料金属自阻加热温控智能控制系统中插入MATLAB仿真软件使用，利用MATLAB搭建低压大功率电源系统，包括主功率模块、辅助电源模块和PID控制模块，验证系统存在的问题并进行优化；
[0019]B4、最后搭建优化后的低压大功率电源试验平台。
[0020]6、在一个优选地实施方式中，所述研究物料物理性能变化对金属钾导电率的变化影响是将物料金属自阻加热温控智能控制系统在加热过程中出现的电阻非线性变化，通过热电偶和红外温度成像仪传感器进行整定PID控制参数，整定的步骤如下：
[0021]C1、首先将自阻加热系统接入低压大功率电源试验平台，通过热电偶和红外温度成像仪传感器，搭建整个装置的温度闭环PID控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.物料加热温控智能控制系统，其特征在于：是根据使用电阻加热炼制金属钾的工艺过程，设计出的一种电阻加热的自阻加热装置，配套实时温度采集和温度状态分析的智能控制系统，包括电源电极夹具动静触头接触电阻R1与含熔融金属钾时电阻R0，满足公式的关系；智能控制系统对电阻加热进行实时采样，实时显示温度值，给定步进值，步进温度小于0.1％最高温度的系统，稳态控温精度
±
l℃；以及金属钾电阻加热处理能承受最高加热温度为200℃，工作温度范围60℃
‑
70℃，空炉升温到64℃的时候，其升温用时t≤10min；具体的智能控制温度处理的步骤如下：S1、金属自电阻加热系统设计；S2、低压大功率电源设计研究；S3、研究物料对金属钾导电率的变化影响。2.根据权利要求1所述的物料加热温控智能控制系统，其特征在于：所述电阻加热的自阻加热装置是包括电源、温度控制仪、功率调节器、金属钾物料设备组成的，其中，电源是给物料加热温控智能控制系统提供电能的供电设备，并通过电路传输电能至功率调节器和温度控制仪中，调节电能输出功率和将电能转换成热能；温度控制仪是调控一体化的智能温度控制仪表，采用了全数字化集成设计；功率调节器是通过智能数字控制电路的控制电源输出电压、电流的功率；金属自电阻加热是利用金属自身内部含有电阻性，通过电源直接给金属物料施加电能，导电传输将电能转换为热能的过程；是将电能转换成热能过程，采用流体热力学原理，均匀地带走电热元件工作时产生的热量，通过把物料加热，其电加热的功率转换热能满足1Kw＝864Kcal/hr。3.根据权利要求1所述的物料加热温控智能控制系统，其特征在于：所述电阻加热自电阻加热系统设计是搭建温度能够精确控制电阻加热自阻加热系统，通过建立整个自阻加热系统的数学研究模型，因为夹持好后电流在金属钾表面形成的电流场很难保持均匀，导致金属钾表面温度场不均匀，所以通过电路接收电流场和温度场的模拟信号，将夹持策略建立数值进行模型分析，其分析的步骤如下：A1、首先根据空炉升温到64℃，用时t≤10min，利用公式计算出最低电源功率；A2、然后在物料加热温控智能控制系统中结合ANSYS
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Workbench软件使用，利用其界面操作系统的Thermal
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Electric分析模块进行物料金属自阻加热温控智能控制系统的热电耦合数据分析，通过建立电源电极与金属钾之间的夹持策略模型，接收温度和电能数据的模拟信号进行智能数字化分析，研究不同的夹持测量对金属钾上温度场分布均匀性的影响，用于设计出最佳的夹持测量；A3、最后根据夹持策略搭建试验台，接上可控功率的已有电源，在有物料、无物料两种情况下对金属钾进行加热，控制加热温度在0
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200℃范围，在加热过程中，对物料金属自阻加热温控智能控制系统的电阻变化范围阈值进行对应温度的记录，并对电阻变化进行定性分析，结合电源功率求解出电流的浮动范围。4.根据权利要求1所述的物料加热温控智能控制系统，其特征在于：所述电阻加热的低压大功率电源设计研究是在物料金属自阻加热温控智能控制系统中搭建24V/2000A，即
48KW的低压大功率电源，该系统主要包括主功率电流、控制电路两个部分；电源电流控制的步骤如下：B1、首先采用移相全桥ZVS策略，结合同步整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋春蕾，熊仕林，褚晓锐，唐飞龙，张瑞龙，
申请(专利权)人：西昌学院，
类型：发明
国别省市：