CN107390747B - 一种温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种温度控制系统，包括温度控制器、温度传感器网络、加热器网络和电源，其中温度控制器包括测温输入模块、CPU模块、加热器控制模块和电源转换模块；温度控制器模块变换、采集、判断温度数据以及采集加热器网络所有工作状态信息，产生加热器控制指令，控制加热器供电通路的接通和断开，实现温度闭环控制；温度传感器网络，包括多个带序号的独立温度传感器，用于从一个或多个温控对象获取多个温度测量数据。加热器网络，包括多个带序号的独立加热器，用于对一个或多个温控对象进行加热。电源用于直接对温度控制器和间接对加热器网络进行供电。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度控制系统。
背景技术
在低温环境下，为保证环境温度敏感设备能够正常启动、工作，需要对温度敏感设备进行加热保温，使其工作在理想温度范围内，因此需要增加温控系统。温控系统一般由温控器、加热组件、测温传感器等组成，使温控对象的相关结构保持在适当的温度范围内。传统的温控系统采用硬件电路控制，由30V或28V电源供电，利用比较器完成温度判断，再通过继电器开关对加热器进行接通和关断控制。这种传统的温控系统只适用于一个传感器测点对应一路加热器的简单控制，如果加热路数或传感器路数增多，温控系统随之需要成倍增加，同时供电电压偏低不利于快速加热的目的。因此这种设计方法和温控系统严重受限于测量点和温控对象的数量，且不适用于大功率加热或快速加热的使用需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种温度控制系统。采用传感器网络实时测量温度数据，通过温度控制器模块变换、采集、判断温度数据以及采集加热器网络工作状态信息，产生加热器控制指令，控制加热器供电通路的接通和断开，实现温度闭环控制；同时在加热器供电通路中增加了具备短路保护能力的熔断器，实现对温控对象准确、可靠、快速地温控效果。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种温度控制系统，包括温度控制器、温度传感器网络、加热器网络和电源；其中所述温度控制器包括测温输入模块、CPU模块、加热器控制模块和电源转换模块；
测温输入模块，用于从温度传感器网络获取全部温度传感器电阻信号，将全部温度传感器电阻信号转换为温度传感器电压信号，根据CPU模块输入控制指令中的多个传感器序号，将对应序号的传感器电压信号进行模数转换，得到多个带序号的温度传感器的数据；同时采集加热器控制模块中所有加热器网络供电通路的接通和断开状态信息；测温输入模块将多个带序号的温度传感器的数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息输出给CPU模块；
CPU模块，将含有多个传感器序号的控制指令发送给测温输入模块，然后接收测温输入模块输出的多个带序号的温度传感器的数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息；CPU模块对多个带序号的温度传感器的数据进行判断，输出带加热器序号的供电控制指令给加热器控制模块，对存在异常和故障的状态上报状态信息；
加热器控制模块，用于接收CPU模块输入的带加热器序号的供电控制指令，将加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息发送给测温输入模块；加热器控制模块由电源转换器模块供电，根据CPU模块输入的带加热器序号的供电控制指令控制加热器网络中相应加热器供电通路的接通和断开。
电源转换模块，由电源供电，将电源供给的一次电源输出给加热器控制模块；同时电源转换模块将电源输入的一次电源进行变换，输出二次电源给测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块；
温度传感器网络，包括多个带序号的独立温度传感器，用于从一个或多个温控对象获取多个温度测量数据；
加热器网络，包括多个带序号的独立加热器，用于对一个或多个温控对象进行加热；
电源，用于对温度控制器进行供电。
上述种温度控制系统，所述测温输入模块包括传感器信号调理电路、多路选择控制电路、A/D电路；
传感器信号调理电路，用于从温度传感器网络获取全部温度传感器电阻信号，将全部温度传感器电阻信号转换为温度传感器电压信号，然后将温度传感器电压信号输出给多路选择控制器；
多路选择控制电路，根据CPU模块输入控制指令中的多个传感器序号，接收对应序号的传感器的电压信号，然后输出给A/D电路；
A/D电路，将传感器信号调理电路输入的温度传感器电压信号进行模数转换，得到多个带序号的温度传感器的数据；同时采集加热器控制模块中所有加热器网络供电通路的接通和断开状态信息；A/D电路将多个温度传感器数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息输出给CPU模块。
上述种温度控制系统，所述CPU模块对多个带序号的温度传感器的数据进行判断，输出带加热器序号的供电控制指令给加热器控制模块，对存在异常和故障的状态上报状态信息，所述判断数据、输出指令和上报信息的具体步骤为：
(1)根据温度传感器的测量范围，若部分温度传感器数据超出测量范围，上报温度传感器异常；若全部温度传感器数据均超出测量范围，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，上报温度传感器故障，转入步骤(8)；
(2)若最高温度大于故障温度上限，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超上限故障，转入步骤(8)；
(3)若最低温度小于故障温度下限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超下限故障，转入步骤(8)；
(4)若最低温度大于正常温度下限，最高温度小于正常温度上限，将带加热器序号的加热器的当前供电通路的状态信息作为指令输出给加热器控制模块，转入步骤(8)；
(5)若最低温度大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，转入步骤(8)；
(6)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度不大于正常温度上限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，转入步骤(8)；
(7)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超限异常，转入步骤(8)；
(8)CPU模块判断数据、输出指令和上报信息结束。
上述种温度控制系统，所述加热控制器模块包括熔断器网络和光MOS网络；
熔断器网络，包括多个独立的熔断器，用于加热器网络的短路保护，每一个加热器均对应有一个熔断器；
光MOS网络，包括多个独立的带序号的光MOS继电器，每一个加热器均对应有一个光MOS继电器，光MOS继电器的序号与加热器序号一一对应；根据CPU模块输出的带加热器序号的控制指令，接通或断开相应序号的光MOS继电器，同时光MOS网络将所有光MOS继电器接通或断开的状态信息输出给测温输入模块。
上述温度控制系统，所述电源转换模块包括电源转换电路和电源熔断器；
电源转换电路，将电源供给的一次电源输出给加热器控制模块，同时将电源输入的一次电源进行变换，输出二次电源给测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块；
电源熔断器，用于测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块的短路保护。
上述温度控制系统，所述电源输出的正端依次通过熔断器网络和光MOS网络，输出至加热器网络中加热器的正端。
上述温度控制系统，所述电源输出正端通过电源熔断器，输出至电源转换电路的正端。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明对于多个温控对象，采用温度传感器网络测量温度，并利用加热器网络加热，同一个温控对象可设置多个温度测点和多个加热器，本发明的温控系统通过温度控制器实现多个温度测量数据的变换、采集和判断，结合采集加热器网络工作状态信息，同时控制多个加热器供电通路的接通和断开；相比于传统温控系统一个传感器测点对应一路加热器的简单控制，在满足多个温控对象需求时，可大幅压缩了温控系统的体积；
(2)本发明的温度判断采用CPU模块完成，其可靠性高于传统温控电路的比较器；
(3)本发明对温度传感器的数据进行了判断，可有效剔除不正常数据，提升温度控制的准确性；
(4)、本发明的供电电压远高于传统温控电路，能够满足快速加热和大功率加热的使用要求；同时供电电压的升高，有利于降低电路传输过程中的功率损耗，提升加热器的工作效率；
(5)、本发明采用电源熔断器作为短路保护，同时在电源正端和加热器正端之间增加熔断器网络，确保了各加热通路之间的隔离，同时有效提升了系统工作的可靠性。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
图1给出了本发明温控系统的结构示意图，包括温度控制器100、温度传感器网络200、加热器网络300和电源400。
温度控制器100包括测温输入模块110、CPU模块120、加热器控制模块130和电源转换模块140；温度传感器网络200包括多个带序号的独立温度传感器，用于从一个或多个温控对象获取多个温度测量数据；加热器网络300包括多个带序号的独立加热器，用于对一个或多个温控对象进行加热；电源400对温度控制器100进行供电，并通过温度控制器100间接对加热器网络300进行供电。
测温输入模块110包括传感器信号调理电路111、多路选择控制电路112、A/D电路113；加热控制器模块130包括熔断器网络131和光MOS网络132；电源转换模块140包括电源熔断器141和电源转换电路142。
温度传感器网络200，包括多个带序号的独立温度传感器，用于从一个或多个温控对象获取多个温度测量数据，输出给测温输入模块110中的传感器信号调理电路111。
温度传感器网络200将全部温度传感器的电阻信号输出给传感器信号调理电路111；传感器信号调理电路111将全部温度传感器电阻信号转换为温度传感器电压信号，将然后将温度传感器电压信号输出给多路选择控制器112；多路选择控制电路112根据CPU模块120输入的控制指令中的多个传感器序号，接收对应序号的传感器的电压信号，然后输出给A/D电路113；A/D电路113将温度传感器电压信号进行模数转换，得到多个带序号的温度传感器的数据，A/D电路113同时采集加热器控制模块130中加热器网络300所有供电通路的接通和断开状态信息，即光MOS网络132中各光MOS继电器的接通、断开状态信息，A/D电路113将多个温度传感器数据、加热器网络300所有供电通路的接通和断开状态信息输出给CPU模块120。
CPU模块120对多个带序号的温度传感器的数据进行判断，输出带加热器序号的供电控制指令给加热器控制模块130，对存在异常和故障的状态上报信息1。其中CPU模块内嵌了所有温控对象的序号，同时存储了测量每个温控对象的温度传感器的序号以及加热每个温控对象的加热器的序号。CPU模块120通过任何一个温度传感器的序号，可根据该温度传感器的序号确定温控对象的序号，然后根据温控对象的序号确定加热该温控对象的所有加热器的序号。在温度控制过程中，CPU模块120对任何一个温度传感器的温度测量数据进行判断后，根据该温度传感器的序号可确定温控对象的序号，然后确定该温控对象对应的所有加热器的序号，输出带加热器序号的供电通路接通或断开控制指令给加热器控制模块130，加热器序号与光MOS继电器序号一一对应，加热器控制模块130根据加热器序号控制相应光MOS继电器的接通与断开，实现对该温控对象对应的所有加热器进行供电控制。
具体步骤如下：
(1)根据温度传感器的测量范围，测量范围典型值为-20℃～100℃，若部分温度传感器数据超出测量范围，CPU模块120上报温度传感器异常；若全部温度传感器数据均超出测量范围，CPU模块120将带有加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130断开相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器停止加热，CPU模块120上报温度传感器故障，转入步骤(8)；
(2)若最高温度大于故障温度上限，典型的故障温度上限为80℃，CPU模块120将带有加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130断开相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器停止加热，CPU模块120上报温度超上限故障，转入步骤(8)；
(3)若最低温度小于故障温度下限，典型的故障温度下限为0℃，CPU模块120将带有加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130接通相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器开始加热，CPU模块120上报温度超下限故障，转入步骤(8)；
(4)若最低温度大于正常温度下限，典型的正常温度下限为10℃，最高温度小于正常温度上限，典型的正常温度上限为60℃，CPU模块120将带有加热器序号的加热器的当前供电通路的状态信息作为指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130保持相应序号加热器的供电通路不变，加热器网络300中的相应加热器工作状态不变，转入步骤(8)；
(5)若最低温度大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，CPU模块120将带有加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130断开相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器停止加热，转入步骤(8)；
(6)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度不大于正常温度上限，CPU模块120将带有加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130接通相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器开始加热，转入步骤(8)；
(7)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，CPU模块120将带有加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块130，加热器控制模块130接通相应序号加热器的供电通路，加热器网络300中的相应加热器开始加热，CPU模块120上报温度超限异常，转入步骤(8)；
(8)CPU模块120判断温度数据、输出加热器供电控制指令和上报信息结束，然后CPU模块120将测量下一温控对象的多个传感器序号作为控制指令发送给测温输入模块110，接收测温输入模块110输出的多个带序号的温度传感器的数据、加热器网络300供电通路的接通和断开状态信息，继续进行温度数据判断、加热器供电控制指令输出和信息上报。
光MOS网络132包括多个带序号的独立光MOS继电器，每一个加热器均对应有一个光MOS继电器，光MOS继电器的序号与加热器序号一一对应；光MOS网络根据CPU模块120输入的带加热器序号的控制指令，用于接通或断开相应加热器供电通路上的光MOS继电器，同时光MOS网络将所有光MOS继电器接通或断开的状态信息输出给测温输入模块110中的A/D电路113。
电源400将一次电源输出给电源转换模块140，同时间接输出至加热器控制模块130；电源转换模块140将一次电源变换为二次电源输出给测温输入模块110、CPU模块120和加热器控制模块130；在电源400和电源转换电路142之间设置电源熔断器141，用于实现对测温输入模块110、CPU模块120和加热器控制模块130的短路保护。在电源400和光MOS网络132之间设置熔断器网络131，熔断器网络131包括多个独立的熔断器，每一个加热器均对应有一个熔断器。加热器控制模块130通过熔断器网络131和光MOS网络132将一次电源输出给加热器网络300，光MOS网络132连接在加热器网络300中加热器的正端，加热器网络300中的任何一个加热器发生短路故障时，该加热器对应的熔断器能够实现对故障加热器的隔离，用于一次电源的短路保护。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种温度控制系统，其特征在于：包括温度控制器、温度传感器网络、加热器网络和电源；其中所述温度控制器包括测温输入模块、CPU模块、加热器控制模块和电源转换模块；
测温输入模块，用于从温度传感器网络获取全部温度传感器电阻信号，将全部温度传感器电阻信号转换为温度传感器电压信号，根据CPU模块输入控制指令中的多个传感器序号，将对应序号的传感器电压信号进行模数转换，得到多个带序号的温度传感器的数据；同时采集加热器控制模块中所有加热器网络供电通路的接通和断开状态信息；测温输入模块将多个带序号的温度传感器的数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息输出给CPU模块；
CPU模块，将含有多个传感器序号的控制指令发送给测温输入模块，然后接收测温输入模块输出的多个带序号的温度传感器的数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息；CPU模块对多个带序号的温度传感器的数据进行判断，输出带加热器序号的供电控制指令给加热器控制模块，对存在异常和故障的状态上报状态信息；
加热器控制模块，用于接收CPU模块输入的带加热器序号的供电控制指令，将加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息发送给测温输入模块；加热器控制模块由电源转换器模块供电，根据CPU模块输入的带加热器序号的供电控制指令控制加热器网络中相应加热器供电通路的接通和断开；
电源转换模块，由电源供电，将电源供给的一次电源输出给加热器控制模块；同时电源转换模块将电源输入的一次电源进行变换，输出二次电源给测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块；
温度传感器网络，包括多个带序号的独立温度传感器，用于从一个或多个温控对象获取多个温度测量数据；
加热器网络，包括多个带序号的独立加热器，用于对一个或多个温控对象进行加热；
电源，用于对温度控制器进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述测温输入模块包括传感器信号调理电路、多路选择控制电路、A/D电路；
传感器信号调理电路，用于从温度传感器网络获取全部温度传感器电阻信号，将全部温度传感器电阻信号转换为温度传感器电压信号，然后将温度传感器电压信号输出给多路选择控制器；
多路选择控制电路，根据CPU模块输入控制指令中的多个传感器序号，接收对应序号的传感器的电压信号，然后输出给A/D电路；
A/D电路，将传感器信号调理电路输入的温度传感器电压信号进行模数转换，得到多个带序号的温度传感器的数据；同时采集加热器控制模块中所有加热器网络供电通路的接通和断开状态信息；A/D电路将多个温度传感器数据、加热器网络所有供电通路的接通和断开状态信息输出给CPU模块。
3.根据权利要求1所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述CPU模块对多个带序号的温度传感器的数据进行判断，输出带加热器序号的供电控制指令给加热器控制模块，对存在异常和故障的状态上报状态信息，所述判断数据、输出指令和上报信息的具体步骤为：
(3a)根据温度传感器的测量范围，若部分温度传感器数据超出测量范围，上报温度传感器异常；若全部温度传感器数据均超出测量范围，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，上报温度传感器故障，转入步骤(3h)；
(3b)若最高温度大于故障温度上限，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超上限故障，转入步骤(3h)；
(3c)若最低温度小于故障温度下限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超下限故障，转入步骤(3h)；
(3d)若最低温度大于正常温度下限，最高温度小于正常温度上限，将带加热器序号的加热器的当前供电通路的状态信息作为指令输出给加热器控制模块，转入步骤(3h)；
(3e)若最低温度大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，将带加热器序号的停止加热指令输出给加热器控制模块，转入步骤(3h)；
(3f)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度不大于正常温度上限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，转入步骤(3h)；
(3g)若最低温度不大于正常温度下限，最高温度大于正常温度上限，将带加热器序号的开始加热指令输出给加热器控制模块，上报温度超限异常，转入步骤(3h)；
(3h)CPU模块判断数据、输出指令和上报信息结束。
4.根据权利要求1所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述加热器控制模块包括熔断器网络和光MOS网络；
熔断器网络，包括多个独立的熔断器，用于加热器网络的短路保护，每一个加热器均对应有一个熔断器；
光MOS网络，包括多个独立的带序号的光MOS继电器，每一个加热器均对应有一个光MOS继电器，光MOS继电器的序号与加热器序号一一对应；根据CPU模块输出的带加热器序号的控制指令，接通或断开相应序号的光MOS继电器，同时光MOS网络将所有光MOS继电器接通或断开的状态信息输出给测温输入模块。
5.根据权利要求1所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述电源转换模块包括电源转换电路和电源熔断器；
电源转换电路，将电源供给的一次电源输出给加热器控制模块，同时将电源输入的一次电源进行变换，输出二次电源给测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块；
电源熔断器，用于测温输入模块、CPU模块和加热器控制模块的短路保护。
6.根据权利要求4所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述电源输出的正端依次通过熔断器网络和光MOS网络，输出至加热器网络中加热器的正端。
7.根据权利要求5所述的一种温度控制系统，其特征在于：所述电源输出正端通过电源熔断器，输出至电源转换电路的正端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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