專利名稱：溫度均衡控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度控制器。
背景技術(shù)：
溫度的測(cè)量與控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要任務(wù)之一。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛，如在電廠建設(shè)、石油化工、冶金、機(jī)械制造、食品加工等行業(yè)中應(yīng)用十分普遍。 主要是通過(guò)將工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的溫度模擬量通過(guò)傳感器采集，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，由溫度控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、顯示的過(guò)程。PID控制器在實(shí)際控制工程中應(yīng)用最廣，其被廣泛應(yīng)用主要是因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在實(shí)際中容易被理解和實(shí)現(xiàn)，而且許多高級(jí)控制都是以PID控制為基礎(chǔ)的。傳統(tǒng)的PID控制器主要問(wèn)題是參數(shù)整定問(wèn)題，方法是在獲取對(duì)象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)某一整定原則來(lái)確定PID參數(shù)，其整定一般需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來(lái)完成，既耗時(shí)又耗力，加之實(shí)際系統(tǒng)千差萬(wàn)別，又有滯后、非線性等因素，使PID參數(shù)的整定有一定的難度，致使許多PID控制器沒(méi)能整定的很好，這樣的系統(tǒng)自然無(wú)法工作在令人滿意的狀態(tài)。而且參數(shù)一旦整定計(jì)算好以后，在整個(gè)控制過(guò)程中都是固定不變的。而在實(shí)際系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)在控制過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)和參數(shù)的不確定性，因此在現(xiàn)代工業(yè)控制中，采用傳統(tǒng)的PID控制器已難以獲得滿意的控制效果，應(yīng)用在溫度控制器上缺陷更加突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中引入PID的溫度控制器所存在的技術(shù)缺陷，提供一種溫度均衡控制器。其技術(shù)解決方案是
一種溫度均衡控制器，包括單片機(jī)、測(cè)溫單元、溫控輸出單元及按鍵式輸入單元，上述測(cè)溫單元、溫控輸出單元與按鍵式輸入單元均連接單片機(jī)；由上述按鍵式輸入單元輸入的溫度值作為溫度設(shè)定值，測(cè)溫單元實(shí)時(shí)測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度值作為溫度反饋值，引入PID控制， 根據(jù)溫度設(shè)定值與溫度反饋值之間的溫度誤差信號(hào)獲得PID參數(shù)，單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)作出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)溫控輸出單元控制現(xiàn)場(chǎng)溫度。上述單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)的不同，產(chǎn)生不同占空比的矩形波，送入溫控輸出單元， 當(dāng)矩形波為高電平時(shí)，繼電器閉合，由該繼電器控制的加熱電爐工作；當(dāng)矩形波為低電平時(shí)，繼電器斷開，加熱電爐停止工作。上述溫度均衡控制器還包括4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道、通訊單元與報(bào)警單元。在上述按鍵式輸入單元與單片機(jī)的輸入緩沖器之間的設(shè)置有光耦隔離電路；在標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道中的D/A轉(zhuǎn)換器與后續(xù)電路之間設(shè)置有線性光耦隔離電路。在按鍵式輸入單元中設(shè)置有能夠去除按鍵抖動(dòng)的RC濾波電路。上述單片機(jī)設(shè)置有按鍵按下延時(shí)模塊，當(dāng)有按鍵按下后，即調(diào)用延時(shí)模塊，判斷按鍵的開關(guān)狀態(tài)。
上述測(cè)溫單元包括四路熱電偶電路與一路熱電阻電路，能夠循環(huán)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)五組溫度的電信號(hào)，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)代表的溫度值，把五組溫度值的均值作為現(xiàn)場(chǎng)溫度值。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果
本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，并根據(jù)測(cè)溫情況和人為設(shè)置情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)溫度，其中人為設(shè)置可通過(guò)操作按鍵完成，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)溫度控制器的最優(yōu)化控制。此外，本發(fā)明還設(shè)置了 4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道，便于遠(yuǎn)程傳輸；以及本系統(tǒng)還具有溫度超越界限時(shí)的報(bào)警功能。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明 圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意框圖。圖2為圖1方式的一種控制方式流程圖。圖3為圖2方式中單片機(jī)的一種工作流程圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2及圖3，一種溫度均衡控制器，包括單片機(jī)1、測(cè)溫單元2、溫控輸出單元3及按鍵式輸入單元4 ；上述測(cè)溫單元、溫控輸出單元與按鍵式輸入單元均連接單片機(jī)。由上述按鍵式輸入單元輸入的溫度值作為溫度設(shè)定值，測(cè)溫單元實(shí)時(shí)測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度值作為溫度反饋值，引入PID控制，根據(jù)溫度設(shè)定值與溫度反饋值之間的溫度誤差信號(hào)獲得PID參數(shù)，單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)作出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)溫控輸出單元控制現(xiàn)場(chǎng)溫度。上述方式中，單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)的不同，產(chǎn)生不同占空比的矩形波，送入溫控輸出單元，當(dāng)矩形波為高電平時(shí)，繼電器閉合，由該繼電器控制的加熱電爐工作；當(dāng)矩形波為低電平時(shí)，繼電器斷開，加熱電爐停止工作。上述不同占空比的矩形波控制了加熱電爐的加熱功率，進(jìn)而控制維持不同的溫度。上述方式中，溫度均衡控制器還可包括4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道5、通訊單元6 與報(bào)警單元7。上述方式中，在上述按鍵式輸入單元與單片機(jī)的輸入緩沖器之間的設(shè)置有光耦隔離電路；在標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道中的D/A轉(zhuǎn)換器與后續(xù)電路之間設(shè)置有線性光耦隔離電路。上述方式中，在按鍵式輸入單元中設(shè)置有能夠去除按鍵抖動(dòng)的RC濾波電路。以及，上述單片機(jī)設(shè)置有按鍵按下延時(shí)模塊，當(dāng)有按鍵按下后，即調(diào)用延時(shí)模塊，判斷按鍵的開關(guān)狀態(tài)。上述方式中，上述測(cè)溫單元包括四路熱電偶電路與一路熱電阻電路，能夠循環(huán)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)五組溫度的電信號(hào)，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)代表的溫度值(可運(yùn)用分段線性化方法)，把五組溫度值的均值(或根據(jù)實(shí)際情況加權(quán)平均)作為現(xiàn)場(chǎng)溫度值。由于熱電阻等器件的溫度-阻值存在非線性，在將單片機(jī)接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的熱電偶的阻值后，再將阻值對(duì)應(yīng)成相應(yīng)溫度時(shí)，要運(yùn)用分段線性化的方法，即將溫度-阻值的非線性曲線劃分為若干段，每一段內(nèi)近似成線性關(guān)系，將實(shí)際的阻值對(duì)應(yīng)找到其所在的段，則根據(jù)段內(nèi)的線性關(guān)系，可得出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度。上述方式中未述及的技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以作出這樣或那樣的容易變化方式，諸如等同方式，或明顯變形方式。上述的變化方式均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溫度均衡控制器，包括單片機(jī)、測(cè)溫單元、溫控輸出單元及按鍵式輸入單元，上述測(cè)溫單元、溫控輸出單元與按鍵式輸入單元均連接單片機(jī)；其特征在于由所述按鍵式輸入單元輸入的溫度值作為溫度設(shè)定值，測(cè)溫單元實(shí)時(shí)測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度值作為溫度反饋值，引入PID控制，根據(jù)溫度設(shè)定值與溫度反饋值之間的溫度誤差信號(hào)獲得PID參數(shù)，單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)作出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)溫控輸出單元控制現(xiàn)場(chǎng)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度均衡控制器，其特征在于所述單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)的不同，產(chǎn)生不同占空比的矩形波，送入溫控輸出單元，當(dāng)矩形波為高電平時(shí)，繼電器閉合，由該繼電器控制的加熱電爐工作；當(dāng)矩形波為低電平時(shí)，繼電器斷開，加熱電爐停止工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度均衡控制器，其特征在于所述溫度均衡控制器還包括 4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道、通訊單元與報(bào)警單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度均衡控制器，其特征在于在所述按鍵式輸入單元與單片機(jī)的輸入緩沖器之間的設(shè)置有光耦隔離電路；在標(biāo)準(zhǔn)電流輸出通道中的D/A轉(zhuǎn)換器與后續(xù)電路之間設(shè)置有線性光耦隔離電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度均衡控制器，其特征在于在所述按鍵式輸入單元中設(shè)置有能夠去除按鍵抖動(dòng)的RC濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度均衡控制器，其特征在于所述單片機(jī)設(shè)置有按鍵按下延時(shí)模塊，當(dāng)有按鍵按下后，即調(diào)用延時(shí)模塊，判斷按鍵的開關(guān)狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度均衡控制器，其特征在于所述測(cè)溫單元包括四路熱電偶電路與一路熱電阻電路，能夠循環(huán)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)五組溫度的電信號(hào)，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)代表的溫度值，把五組溫度值的均值作為現(xiàn)場(chǎng)溫度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度均衡控制器，包括單片機(jī)、測(cè)溫單元、溫控輸出單元及按鍵式輸入單元，測(cè)溫單元、溫控輸出單元與按鍵式輸入單元均連接單片機(jī)；特征是由所述按鍵式輸入單元輸入的溫度值作為溫度設(shè)定值，測(cè)溫單元實(shí)時(shí)測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)溫度值作為溫度反饋值，引入PID控制，根據(jù)溫度設(shè)定值與溫度反饋值之間的溫度誤差信號(hào)獲得PID參數(shù)，單片機(jī)根據(jù)PID參數(shù)作出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)溫控輸出單元控制現(xiàn)場(chǎng)溫度。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，并根據(jù)測(cè)溫情況和人為設(shè)置情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)溫度，其中人為設(shè)置可通過(guò)操作按鍵完成，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)溫度控制器的最優(yōu)化控制。
文檔編號(hào)G05D23/19GK102364400SQ20111020416
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者張士芳, 彭志遠(yuǎn), 陳成磊 申請(qǐng)人:青島沈源水務(wù)科技有限公司