CN102364400B - 温度均衡控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度均衡控制器，包括单片机、测温单元、温控输出单元及按键式输入单元，测温单元、温控输出单元与按键式输入单元均连接单片机；特征是由所述按键式输入单元输入的温度值作为温度设定值，测温单元实时测得的现场温度值作为温度反馈值，引入PID控制，根据温度设定值与温度反馈值之间的温度误差信号获得PID参数，单片机根据PID参数作出相应的控制信号，通过温控输出单元控制现场温度。本发明能够实时测量现场温度，并根据测温情况和人为设置情况调节现场温度，其中人为设置可通过操作按键完成，本发明可实现温度控制器的最优化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度控制器。
背景技术
温度的测量与控制是生产过程自动化的重要任务之一。温度控制系统在工业控制中应用广泛，如在电厂建设、石油化工、冶金、机械制造、食品加工等行业中应用十分普遍。主要是通过将工业控制现场的温度模拟量通过传感器采集，再经过A/D转换成数字量输入计算机，由温度控制系统软件实现数据的存储、处理、显示的过程。PID控制器在实际控制工程中应用最广，其被广泛应用主要是因为它结构简单、在实际中容易被理解和实现，而且许多高级控制都是以PID控制为基础的。传统的PID控制器主要问题是参数整定问题，方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定PID参数，其整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数的整定有一定的难度，致使许多PID控制器没能整定的很好，这样的系统自然无法工作在令人满意的状态。而且参数一旦整定计算好以后，在整个控制过程中都是固定不变的。而在实际系统中，由于系统在控制过程中会出现状态和参数的不确定性，因此在现代工业控制中，采用传统的PID控制器已难以获得满意的控制效果，应用在温度控制器上缺陷更加突出。
发明内容
本发明的任务在于解决现有技术中引入PID的温度控制器所存在的技术缺陷，提供一种温度均衡控制器。
其技术解决方案是：
一种温度均衡控制器，包括单片机、测温单元、温控输出单元及按键式输入单元，上述测温单元、温控输出单元与按键式输入单元均连接单片机；由上述按键式输入单元输入的温度值作为温度设定值，测温单元实时测得的现场温度值作为温度反馈值，引入PID控制，根据温度设定值与温度反馈值之间的温度误差信号获得PID参数，单片机根据PID参数作出相应的控制信号，通过温控输出单元控制现场温度。
上述单片机根据PID参数的不同，产生不同占空比的矩形波，送入温控输出单元，当矩形波为高电平时，继电器闭合，由该继电器控制的加热电炉工作；当矩形波为低电平时，继电器断开，加热电炉停止工作。
上述温度均衡控制器还包括4～20mA标准电流输出通道、通讯单元与报警单元。
在上述按键式输入单元与单片机的输入缓冲器之间的设置有光耦隔离电路；在标准电流输出通道中的D/A转换器与后续电路之间设置有线性光耦隔离电路。
在按键式输入单元中设置有能够去除按键抖动的RC滤波电路。
上述单片机设置有按键按下延时模块，当有按键按下后，即调用延时模块，判断按键的开关状态。
上述测温单元包括四路热电偶电路与一路热电阻电路，能够循环测量现场五组温度的电信号，并将电信号转换为对应代表的温度值，把五组温度值的均值作为现场温度值。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明能够实时测量现场温度，并根据测温情况和人为设置情况调节现场温度，其中人为设置可通过操作按键完成，本发明可实现温度控制器的最优化控制。此外，本发明还设置了4～20mA标准电流输出通道，便于远程传输；以及本系统还具有温度超越界限时的报警功能。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种实施方式的结构原理示意框图。
图2为图1方式的一种控制方式流程图。
图3为图2方式中单片机的一种工作流程图。
具体实施方式
结合图1、图2及图3，一种温度均衡控制器，包括单片机1、测温单元2、温控输出单元3及按键式输入单元4；上述测温单元、温控输出单元与按键式输入单元均连接单片机。由上述按键式输入单元输入的温度值作为温度设定值，测温单元实时测得的现场温度值作为温度反馈值，引入PID控制，根据温度设定值与温度反馈值之间的温度误差信号获得PID参数，单片机根据PID参数作出相应的控制信号，通过温控输出单元控制现场温度。
上述方式中，单片机根据PID参数的不同，产生不同占空比的矩形波，送入温控输出单元，当矩形波为高电平时，继电器闭合，由该继电器控制的加热电炉工作；当矩形波为低电平时，继电器断开，加热电炉停止工作。上述不同占空比的矩形波控制了加热电炉的加热功率，进而控制维持不同的温度。
上述方式中，温度均衡控制器还可包括4～20mA标准电流输出通道5、通讯单元6与报警单元7。
上述方式中，在上述按键式输入单元与单片机的输入缓冲器之间的设置有光耦隔离电路；在标准电流输出通道中的D/A转换器与后续电路之间设置有线性光耦隔离电路。
上述方式中，在按键式输入单元中设置有能够去除按键抖动的RC滤波电路。以及，上述单片机设置有按键按下延时模块，当有按键按下后，即调用延时模块，判断按键的开关状态。
上述方式中，上述测温单元包括四路热电偶电路与一路热电阻电路，能够循环测量现场五组温度的电信号，并将电信号转换为对应代表的温度值（可运用分段线性化方法），把五组温度值的均值（或根据实际情况加权平均）作为现场温度值。由于热电阻等器件的温度-阻值存在非线性，在将单片机接收的电信号转换为对应的热电偶的阻值后，再将阻值对应成相应温度时，要运用分段线性化的方法，即将温度-阻值的非线性曲线划分为若干段，每一段内近似成线性关系，将实际的阻值对应找到其所在的段，则根据段内的线性关系，可得出阻值所对应的温度。
上述方式中未述及的技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种温度均衡控制器，包括单片机、测温单元、温控输出单元及按键式输入单元，上述测温单元、温控输出单元与按键式输入单元均连接单片机；其特征在于：由所述按键式输入单元输入的温度值作为温度设定值，测温单元实时测得的现场温度值作为温度反馈值，引入PID控制，根据温度设定值与温度反馈值之间的温度误差信号获得PID参数，单片机根据PID参数作出相应的控制信号，通过温控输出单元控制现场温度；
所述单片机根据PID参数的不同，产生不同占空比的矩形波，送入温控输出单元，当矩形波为高电平时，继电器闭合，由该继电器控制的加热电炉工作；当矩形波为低电平时，继电器断开，加热电炉停止工作；
所述温度均衡控制器还包括4～20mA标准电流输出通道、通讯单元与报警单元；
在所述按键式输入单元与单片机的输入缓冲器之间的设置有光耦隔离电路；在标准电流输出通道中的D/A转换器与后续电路之间设置有线性光耦隔离电路；
在所述按键式输入单元中设置有能够去除按键抖动的RC滤波电路；
所述单片机设置有按键按下延时模块，当有按键按下后，即调用延时模块，判断按键的开关状态；
所述测温单元包括四路热电偶电路与一路热电阻电路，能够循环测量现场五组温度的电信号，并将电信号转换为对应代表的温度值，把五组温度值的均值作为现场温度值。
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