一种温度控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及供热温度控制技术领域，特别涉及一种温度控制系统及控制方法。


背景技术：

2.对一目标空间/物料进行供热或者维持一目标空间/物料的恒温环境时需要依赖的电热设备温度控制系统或控制装置。但现有的电热温度控制系统通常是根据普通的加热器(例如小太阳、空调)来设计，但是这些加热器自身的温度难于控制，难以达到对目标空间/物料控温的要求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种温度控制系统及控制方法。
4.本发明要解决的是现有技术中存在的现有的电热温度控制系统及方法难以达到对目标空间/物料控温的技术问题。
5.为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种温度控制系统，其包括主控模块，及均与所述主控模块连接的电热元件温度采集模块、目标空间/物料温度采集模块和能量管理驱动模块；
7.所述电热元件温度采集模块用于连续采集电热元件的温度和/或湿度并将采集到的电热元件温度和/或湿度信息传送给主控模块；
8.所述目标空间/物料温度采集模块用于连续采集目标空间/物料的温度和/或湿度并将采集到的目标空间/物料温度和/或湿度信息传送给主控模块；
9.所述能量管理驱动模块，连接在电热元件和主控模块之间；
10.所述主控模块接收、分析、处理接收到的所述电热元件温度和/或湿度信息和所述目标空间/物料温度和/或湿度信息，结合预设的目标空间/物料温度，调节所述电热元件的供热量，所述能量管理驱动模块根据所述主控模块的调节信息对电热元件负载电流进行通断；
11.所述电热元件为膜状电热元件。
12.进一步地，所述主控模块调节所述电热元件的供热量包括：分档：将电热元件温度分成多个温度档位，控制每个温度档的通电系数，进而控制每个温度档的平均功率；不同的元件温度档，对应于不同的通电系数以及相应的平均功率，从而控制不同温度档的供热量；还包括：调档：结合目标空间/物料温度的预设值，当采集到的目标空间/物料温度处于预设值的可接受偏差范围内时，维持电热元件当下的温度档位不变；当采集到的目标空间/物料的温度大于预设值的上偏差值时，控制电热元件下调一个温度档位；当采集到的目标空间/物料的温度小于预设值的下偏差值时，控制电热元件上调一个温度档位。
13.进一步地，所述目标空间/物料的温度范围为0～220℃，误差为
±
0.2～
±
0.5℃。
14.进一步地，所述电热元件的可变温度范围为0～280℃，误差为
±
2～
±
3℃。
15.进一步地，所述电热元件相邻温度档的温差为5～10℃，调温周期为1～30min/次。
16.进一步地，所述电热元件的升温速率为1℃/20秒～1℃/2秒。
17.进一步地，所述主控模块还分别连接有电源模块、时钟校准模块、显示模块及数据存储模块，所述电源模块为主控模块提供电源，所述时钟校准模块用于准确校准所述温度控制系统的时间，所述显示模块用于呈现所述温度控制系统的预设参数和/或实时数检测数据显示，所述数据存储模块用于存储所述温度控制系统的运行数据。
18.进一步地，所述电热元件温度采集模块连接有元件温度和/或湿度采集传感器。
19.本发明还提供了一种温度控制方法，其包括以下步骤：
20.连续采集电热元件的温度和/或湿度并将采集到的电热元件温度和/或湿度信息传送给主控模块；
21.连续采集目标空间/物料的温度和/或湿度并将采集到的目标空间/物料温度和/或湿度信息传送给主控模块；
22.所述主控模块接收所述电热元件温度信息和所述目标空间/物料温度信息后进行分析处理，结合目标空间/物料温度的预设值，当采集到的目标空间/物料温度处于预设值的可接受偏差范围内时，维持电热元件当下的温度档位不变；当采集到的目标空间/物料的温度大于预设值的上偏差值时，控制电热元件下调一个温度档位；当采集到的目标空间/物料的温度小于预设值的下偏差值时，控制电热元件上调一个温度档位；
23.主控模块根据接收的所述电热元件温度信息，对加热元件进行如下控制：在设定的温度档位对应的温度值基础上，若采集到的电热元件温度高于设定的温度档位对应的温度值上偏差值，则控制电热元件断电；若采集到的电热元件温度低于设定的温度档位对应的温度值下偏差值，则控制电热元件通电。
24.进一步地，所述目标空间/物料预设值的可接受偏差为
±
0.2～
±
0.5℃。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
26.1、本发明提供的温度控制系统同时对电热元件和目标空间/物料的温度进行双重控制，且该系统配合的电热元件为膜状电热元件，膜状电热元件热惯性好，易于控制电热元件自身的温度，可实现对目标空间/物料的控温；
27.2、目标空间/物料的恒温温度、目标空间/物料恒温时的热量散失值、电热元件的供热量，三者之间存在关联平衡关系；本发明提供的温度控制系统，通过把元件温度，细分成多个温度档位，控制每个温度档的通电系数，进而控制每个温度档的平均功率；不同的元件温度档，对应于不同的通电系数以及相应的平均功率，从而控制不同温度档的供热量；本发明能较快找到三者之间的“供热平衡点”，并稳定维持“平衡供热”；“平衡供热”状态能使控温感量更灵敏、控温更、供热更节能；
28.3、本发明提供的温度控制系统在供热过程中可以动态的控制电热元件的温度(0℃～280℃)、通电系数(3％～100％)、平均功率(额定功率的3％～100％)等性能参数，以“平衡供热”状态，实现对目标空间/物料温度的控制；
29.4、本发明提供的温度控制系统或控制方法能使电热元件常态化的处于“平衡供热状态”，元件供热温度较低，供热更均匀更柔和，目标空间/物料的湿度保持自然，具体应用时，可使供热的人体感受更舒适，烘干的农产品，内在品质更高。
附图说明
30.图1：本发明的温度控制系统的结构框图。
31.图中：
32.1、电热元件温度采集模块，2、主控模块，3、元件温度和/或湿度采集传感器，4、电热元件模组，5、能量管理驱动模块，6、接收天线，7、时钟校准模块，8、显示模块，9、数据存储模块，10、电源模块，11、室温/物料温度采集模块。
具体实施方式
33.现有技术中存在电热温度控制系统及方法无法达到对目标空间/物料控温的技术问题。所以本发明提出新的方案，为更加清楚的表示，下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明。
34.请参阅图1所示，本发明提供了一种温度控制系统，其包括电热元件1、主控模块2、元件温度和/或湿度采集传感器3、电热元件模组4、能量管理驱动模块5、接收天线6、时钟校准模块7、显示模块8、数据存储模块9、电源模块10以及室温/物料温度采集模块11。其中，电热元件1、元件温度和/或湿度采集传感器3、电热元件模组4、能量管理驱动模块5、接收天线6、时钟校准模块7、显示模块8、数据存储模块9、电源模块10以及室温/物料温度采集模块11均直接或间接与主控模块2通过电连接和/或信号连接。
35.该温度控制系统由主控模块集中管理和协调各模块的分工协作。主控模块2可以是mcu单片机或其他常见的微控制装置。
36.电热元件温度采集模块1用于连续采集电热元件模组4(即电热元件)的温度和/或湿度并将采集到的电热元件温度和/或湿度信息传送给主控模块2；电热元件温度采集模块1通过元件温度和/或湿度采集传感器3采集电热元件模组4的温度和/或湿度信息，具体的可以是通过k型热电偶感知电热元件模组4上的温度，通过现有常见的系列保护及硬件滤波、陷波过滤掉杂波送主控模块处理。
37.室温/物料温度采集模块11(即目标空间/物料温度采集模块)用于连续采集目标空间/物料的温度和/或湿度并将采集到的目标空间/物料温度和/或湿度信息传送给主控模块，室温/物料温度采集模块11可以采集例如雪茄发酵房的室温，亦可以采集烤烟柜里的干球温度及湿球温度，该模块具备各种常见的软硬件滤波处理，给主控模块2提供高质量的温度信息。
38.能量管理驱动模块5，连接在电热元件和主控模块2之间，主控模块2接收、分析、处理接收到的所述电热元件温度和/或湿度信息和所述目标空间/物料温度和/或湿度信息，调节所述电热元件的供热量，能量管理驱动模块5根据主控模块2的调节信息准确地按算法要求导通或者关断电热元件的负载电流。
39.接收天线6、时钟校准模块7、显示模块8、数据存储模块9为进一步优化本发明所设置的，在一些实施例中，也可根据需要选择性设置。其中，时钟校准模块7与接收天线6连接，时钟校准模块7用以达成故障事件的准确记录要求，其可以通过接收天线6接收信号，采取gps及北斗卫星定位校时，确保在偏远地区、无wifi及信号覆盖的地方也能准确校准时间；显示模块8通过串口屏，把温度控制系统内的数据(例如温度控制系统的预设参数和/或实时数检测数据)显示出来，其中各种关键设定参数通过串口屏，输入经rs485通讯写入主控
模块2；数据存储模块9，包括eeprom及sd卡，将关键数据及运行数据分别存入特定存储单位，方便主控模块2及用户下载、查看等。
40.电源模块10电源模块，为主控模块2或者主控模块2和其他模块提供稳定可靠的电源。
41.本发明提供的温度控制系统中，电热元件是供热的热源，其供热量取决于膜状电热元件功率、元件温度、元件与目标空间/物料的温差；当膜状电热元件对目标空间/物料的供热量等于目标空间/物料恒温时(对环境)的热量散失值时，目标空间/物料即可稳定恒温；当供热量大于热量散失值，目标空间/物料升温；当供热量小于热量散失值，目标空间/物料降温；目标空间/物料的恒温温度、目标空间/物料恒温时的热量散失值、电热元件的供热量三者之间存在关联平衡关系。
42.电热元件模组4(即电热元件)为膜状电热元件，所述膜状电热元件包含绝缘底材，及与所述绝缘底材连接的膜状电加热体和电极。该电加热体可以按照申请号为021110500121和/或申请号为021110493062的专利中记载的方法制备得到，也可以直接选择市售的膜状电热元件用。本发明选择具有合适的元件热惯性(升温速率约为1℃/20秒～1℃/6秒)的膜状电热元件，易于控制电热元件的自身温度(如+/-3℃)；本发明利用膜状电热元件元件自身特有的热惯性，在供热过程中，可以动态的控制膜状电热元件的温度(0℃～280℃，误差为
±
2～
±
3℃)、通电系数(3％～100％)、平均功率(额定功率的3％～100％)等性能参数，以“平衡供热”状态，实现对目标温度的控制。
43.本发明提供的温度控制系统对电热元件和目标空间/物料进行双重控温，主控模块2调节所述电热元件的供热量包括分档和调档，其中，对电热元件的温度进行分档处理是由主控mcu模块完成的；预设进行分档是在控制系统的工程交互界面中进行操作的。分档为：将电热元件温度分成多个温度档位，控制每个温度档的通电系数，进而控制每个温度档的平均功率；不同的元件温度档，对应于不同的通电系数以及相应的平均功率，从而控制不同温度档的供热量，这样可以较快找到三者之间的“供热平衡点”，并稳定维持“平衡供热”，“平衡供热状态”的优势是控温感量更灵敏、控温更，供热更节能。具体的，根据需要设定电热元件的上限温度和下限温度以及档位总数，计算每档的温度差值，电热元件相邻温度档的温差值范围为5～10℃，调温周期为1～30min/次，优选为3～15min/次。调档处理包括：结合目标空间/物料温度的预设值，当采集到的目标空间/物料温度处于预设值的可接受偏差范围内时，维持电热元件当下的温度档位不变；当采集到的目标空间/物料的温度大于预设值的上偏差值时，控制电热元件下调一个温度档位；当采集到的目标空间/物料的温度小于预设值的下偏差值时，控制电热元件上调一个温度档位。
44.应用上述温度控制系统控制温度的方法包括以下步骤：
45.连续采集电热元件的温度和/或湿度并将采集到的电热元件温度和/或湿度信息传送给主控模块2；
46.连续采集目标空间/物料的温度和/或湿度并将采集到的目标空间/物料温度和/或湿度信息传送给主控模块2；
47.主控模块2接收所述电热元件温度信息和所述目标空间/物料温度信息后进行分析处理，周期性的按照下述逻辑进行调温：当目标空间/物料温度处于预设值的可接受偏差范围内时，维持电热元件当下的温度档位不变；当目标空间/物料的温度大于预设值的上偏
差值时，控制电热元件下调一个温度档位；当目标空间/物料的温度小于预设值的下偏差值时，控制电热元件上调一个温度档位；
48.接着，主控模块2根据接收所述电热元件温度信息，对加热元件进行如下控制：在设定的温度档位对应的温度值基础上，若采集到的电热元件温度高于设定的温度档位对应的温度值上偏差值，则控制电热元件断电；若采集到的电热元件温度低于设定的温度档位对应的温度值下偏差值，则控制电热元件通电。
49.具体的，所述电热元件的可变温度范围为0～280℃，误差为
±
2～
±
3℃；所述目标空间/物料的可控温度范围为0～220℃，可接受偏差为
±
0.2～
±
0.5℃。在一示例性的实施例中，所述电热元件的可变温度范围为15～165℃，误差为
±
2℃；设定电热元件的加热温度下限为15℃，上限为165℃，档位总数为16档，第一档温度为15℃，第16档为165℃，相邻档位温差为10℃，若当前电热元件温度档为第13档，温度为135℃(15+10*12＝135℃)，高于137℃，电热元件断电，低于133℃，电热元件通电，在133-137℃之间时，分为通电和断电两种状态，(1)从低于下限值而通电的，继续通电，直至超过上限才断电；(2)从高于上限值而断电的，继续断电，直至低于下限才通断；在另一示例性的实施例中，所述目标空间/物料的温度为16～80℃，预先设定目标恒温温度为20℃(即恒温目标温度预设值为20℃)，温度可接受上下偏差值设定为
±
0.2℃；则预设值的上偏差值为20.2℃，预设值的下偏差值为19.8℃；在调控周期节点(设定调控周期为3分钟，电热元件档位每3分钟调档一次)时，若采集到的目标空间/物料温度高于预设值上偏差值20.2℃，下调一档电热元件温度档；在调控周期节点时，若采集到的目标空间/物料温度低于预设值下偏差值19.8℃，上调一档电热元件温度档；在调控周期节点时，采集到的目标空间/物料温度处于预设值下偏差值19.8℃和上偏差值20.2℃之间，则电热元件温度档维持原档位不变。如此周期性的调节，最终为温度恒定在预设值下偏差值19.8℃和上偏差值20.2℃之间，电热元件保持当下温度档位不变。
50.本发明提供的温度控制系统及温度控制方法中，主控模块2还可以进一步具有温度-时间控制程序，在需要“温度-时间，曲线拟合”控制时，可启用“温度-时间”程序控制功能；例如：烤烟房供热模组是根据烤烟标准温度-时间曲线供热的；一般需预先设定好烤烟全程的温度-时间曲线及相关控制参数，即可实现烤烟全程的“温度-时间”曲线的自动拟合控制。
51.本发明提供的温度控制系统及温度控制方法可以应用在室内取暖领域，也即温度控制系统的目标空间可以为室内，该应用能有效保持室内相对湿度在加热时不大幅降低，即有效保湿，例如在控温又要同时控制湿度的应用场景，如：雪茄发酵房，需控制发酵房内的相对湿度为75％，为维持这个相对湿度，通常采用额外加湿的方法，采用普通电暖气供热的情况，每天加湿需耗用约50公斤水；采用本系统供热控温，每天加湿仅需耗用不超过10公斤的水；另一特点室内温度为均匀、徐徐攀升，室内人无温差冲击的不适感；再次，该应用极度节能，能有效感知环境中能源变化，通过平衡供热算法智能调节能量输入，相对传统电暖器节能50％以上。
52.本发明提供的温度控制系统及温度控制方法还可应用在雪茄烟发酵领域，也即温度控制系统的目标物料为处在发酵过程的雪茄，不同于传统雪茄发酵温度控制器，该应用采用热敏电阻采集雪茄烟发酵器回风口处空气温度，及电热元件上的温度，通过其平衡供热算法，能控制雪茄的发酵，极大提高雪茄的良品率，经现场检测雪茄烟丝内的活性物
质提高1.5倍，益生菌提高3倍。
53.本发明提供的温度控制系统及温度控制方法还可应用在烤烟房温度控制领域，也即温度控制系统的目标空间为烤烟房，烤烟房干球温度、湿球温度可以由ds18b20模块提供，应用在烤烟房温度控制的温度控制系统通过其平衡供热算法结合烟草的烘制工艺要求，通过实时跟踪干湿球的温度走势，精确调配电热元件能量输出，在预设烟叶烘烤工艺温度曲线的
±
0.2℃的误差内契合。与传统烤烟供热控温器不同的地方在于，本控制系统采用膜状电热元件作为电热元件，能精细调节能量供给，减少室内温度上下波动，提高烟叶品质。能源采用电力较传统生物质、燃煤控制器能极大减少人工劳动，提高可靠性。
54.以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。