CN201600609U - 高速类比相位曲线温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种利用高速类比相位控制技术、以改善能源效率的高速类比相位曲线温度控制系统。在技术手段方面，该系统是由高速运算处理器、运算指令输出控制模块、电力控制调整器、功率输出变压器、加热器、及温度回授输入控制模块所构成；该电力控制调整器，能根据运算指令输出控制模块所输入的讯号、并以相位控制法、控制电源的电力输出；而该功率输出变压器，能根据电力控制调整器所输入的电力，而相对的改变其输出功率；又该温度回授输入控制模块，能将加热器的温度变化，实时传回高速运算处理器，以使其能立即调整输出、精确供给加热器所需功率。

Description

高速类比相位曲线温度控制系统

技术领域

本实用新型是涉及一种高速类比相位曲线温度控制系统。

背景技术

通常用加热器(Heater)用来加热外，必须有感温器来检测加热器或工作物的温度，并在加上温控器设定目标温度与升温速度，这是一般的温度控制方式。

目前，常用的传统加热控制系统，是为脉冲控制系统，主要是利用温度控制器，输出脉宽调变(PWM)脉冲讯号，透过固态继电器(SSR/SolidState Relay)，控制变压器，输出功率至加热器，而此种控制方式的优点为：整体的系统成本低、经济、节约空间、抗噪性能力强。

所欲解决的问题点：

前述脉冲加热控制系统，存在着下列问题点：

1.电源控制采全开/全关(ON/OFF)的方式，容易消耗过多做功电源，非常浪费能源。

有鉴于此，如何在让加热器不会浪费能源，便成为本实用新型欲改进的目的之一。

2.对变压器组件存在电力冲击，其功耗相对于工作组件两端电压与电流的乘积成正比，所以容易产生发烫及损坏，减少组件寿命。

有鉴于此，如何在让组件寿命延长、减少电力冲击，便成为本实用新型欲改进的目的之二。

3.加热器温度控制不易，尽管类比脉冲控制看起来，可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的，其中一点就是，类比电路容易随时间漂移，因而难以调节，能够解决这个问题的精密类比电路，可能非常庞大、笨重和昂贵，类比电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声，都肯定会改变电流值的大小，让输出温度产生抖动飘浮，使温度控制不精准。

有鉴于此，如何在让温度控制更精准，便成为本实用新型欲改进的目的之三。

4.加热器结构尺寸上，受到限制，无法满足所有的应用需求。

有鉴于此，如何在让加热器的结构尺寸，能有更大的应用范围，便成为本实用新型欲改进的目的之四。

5.温度回授响应速度较慢，导致控制设定之温度曲线与实际输出之温度曲线，两者之间、容易产生失真。

有鉴于此，如何在让温度回授响应的速度加快，以避免失真的问题，便成为本实用新型欲改进的目的之五。

6.固态继电器(SSR)采电气接线方式，来达到控制的目的，无法实现加热器远程控制目标。

有鉴于此，如何在让加热器，能远程控制，便成为本实用新型欲改进的目的之六。

新型内容

本实用新型目的在于提供一种利用高速类比相位控制技术、以改善能源效率的高速类比相位曲线温度控制系统。

为解决前述问题及达到本实用新型的目的，本实用新型技术手段为一种高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：

该高速类比相位曲线温度控制系统，是由至少一个的高速运算处理器(CPU Module/Central Processing Unit Module)；

至少一个与该高速运算处理器连接的运算指令输出控制模块；

至少一个与该运算指令输出控制模块连接、并与电源连接的电力控制调整器，该电力控制调整器能根据运算指令输出控制模块所输入的讯号、并以相位控制法、控制电源电力的输出；

至少一个与该电力控制调整器电连接的功率输出变压器(Transformer)，该功率输出变压器能根据电力控制调整器所输入的电力，而相对的改变其输出功率；

至少一个与该功率输出变压器电连接的加热器(Heater)；以及

至少一个与加热器及高速运算处理器连接的温度回授输入控制模块所组成，该温度回授输入控制模块能将加热器的温度变化，实时传回高速运算处理器，以立即调整输出、精确供给加热器所需功率。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述运算指令输出控制模块，是为下列之一：类比输出模块、通讯输出模块；而所述电力控制调整器是为交流硅控整流器(SCR/Silicon Controlled Rectifier)。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述温度回授输入控制模块，是为下列之一：类比输入模块、通讯输入模块。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述加热器，是为下列之一：红外线加热器、金属加热器、碳硅发热体。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述加热器的一端，更设有一能发出温度讯号、并传送至温度回授输入控制模块、以使高速运算处理器能得知加热器之实际温度的温度传感器。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述温度传感器是为下列之一：热敏电阻(Thermistor)、电阻式温度传感器(PT sensor)、热电偶(Thermocouple)、感温IC(Thermal Sensor)。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述加热器(5)与温度回授输入控制模块(6)间，还更设有一能将类比式讯号、转为数字式讯号、以传递给温度回授输入控制模块的中继设备。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述中继设备是由下列之一或混合所组成：信号转换器(Converter)、网间连接器(Gateway)。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述高速运算处理器的一端，更设有一与高速运算处理器电连接，能供人操作与控制、以进行近端控制、并能对高速运算处理器、输入一温度数据的人机界面(HMI/HumanMachine Interface)。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述高速运算处理器的一端，更设有一与高速运算处理器电连接，能供人操作与控制、以进行远程控制、并能对高速运算处理器、输入一温度数据的监控器(Monitor)电连接。

根据上述的高速类比相位曲线温度控制系统，所述功率输出变压器，是为下列之一：低压大电流型变压器、高压低电流型变压器。

本实用新型可获以下优点：

1.本实用新型的重点，就是利用高速运算处理器运行程序，配合高速响应之类比输出模块，输出一类比讯号(analogy signal)，透过为交流硅控整流器(SCR/Silicon Controlled Rectifier)之电力控制调整器的相位调整功能，控制功率输出变压器输出功率至加热器方式，达到前述本实用新型所欲达成的目标，优于传统加热控制系统。

2.本实用新型透过高速运算处理器、运算指令输出控制模块、及温度回授输入控制模块的配合应用，能立即调整类比输出结果，精确供给加热器所需功率，改善能源效率。

3.本实用新型中，透过软件缓冲[高速运算处理器所运行的程序]与硬件缓冲[电力控制调整器]的功能设定，可控制输出反应速率，降低电力输出对组件所造成的冲击，以延长装置的使用寿命。

4.本实用新型的加热器，因为使用此种控制系统，所以其温度输出稳定，与传统加热控制系统不同，不会有温度抖动的问题，所以不受尺寸限制，不管多大或多小，都能稳定的控制温度，能扩展本实用新型的应用范围。

5.本实用新型中，加热器的温度曲线，非常精确，能符合设定者需求，不会有设定之温度曲线与实际输出之温度曲线，差异过大的问题，能达到温度曲线可程控之目的。

6.另一方面，本实用新型中所使用的电力控制调整器，可藉由实行电气接线或通讯接线的方式，不管是远程、中程、近程控制，都能加以实现。

7.本实用新型中，透过中继设备的使用，以信号转换器(Converter)、或是配合网间连接器(Gateway)来使用，就能达到中、远程控制的效果，能延长本实用新型的控制范围，如果使用无线传输的网间连接器(Gateway)，其控制距离还能更远，大大的优于传统加热控制系统。

附图说明

图1：本实用新型第一实施例的方块示意图。

图2：本实用新型第二实施例的方块示意图。

图3：本实用新型另种第二实施例的方块示意图。

图4：本实用新型运作流程的方块示意图。

其中

1     高速运算处理器

2     运算指令输出控制模块

21    类比输出模块

22    通讯输出模块

3     电力控制调整器

4     功率输出变压器

5     加热器

51    温度传感器

6     温度回授输入控制模块

61    类比输入模块

62    通讯输入模块

7     电源

8     中继设备

81    信号转换器

82    网间连接器

10    人机界面

20    监控器

30    类比讯号

40    温度讯号

50    数字讯号

60    网络讯号

70    温度数据

100   高速类比相位曲线温度控制系统

具体实施方式

为了更具体呈现本实用新型的内容，以下参考图式，针对本实用新型的实施型态作详细说明。

如图1所示为本实用新型第一实施例的方块示意图，如图2所示为本实用新型第二实施例的方块示意图，如图3所示为本实用新型另种第二实施例的方块示意图。

图式中揭示出，一种高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：该高速类比相位曲线温度控制系统100，是由至少一个的高速运算处理器1(CPU Module/Central Processing Unit Module)；

至少一个与该高速运算处理器1连接的运算指令输出控制模块2；

至少一个与该运算指令输出控制模块2连接、并与电源7连接的电力控制调整器3，该电力控制调整器3能根据运算指令输出控制模块2所输入的讯号、并以相位控制法、控制电源7电力的输出；

至少一个与该电力控制调整器3电连接的功率输出变压器4(Transformer)，该功率输出变压器4(Transformer)能根据电力控制调整器(3)所输入的电力，而相对的改变其输出功率；

至少一个与该功率输出变压器4电连接的加热器5(Heater)；以及

至少一个与加热器5及高速运算处理器1连接的温度回授输入控制模块6所组成，该温度回授输入控制模块6能将加热器5的温度变化，实时传回高速运算处理器1，以立即调整输出、精确供给加热器5所需功率。

其中，利用高速运算处理器1来高速运行程序，并配合能高速响应的运算指令输出控制模块2，输出一类比讯号30(analogy signal)，透过为交流硅控整流器(SCR/Silicon Controlled Rectifier)的电力控制调整器3，以相位控制法所产生的相位调整功能，控制功率输出变压器4输出功率至加热器5方式，达到免除传统加热控制系统缺点的目标。

其次，透过高速运算处理器1、运算指令输出控制模块2、及温度回授输入控制模块6的配合应用，能立即调整类比输出结果，精确供给加热器5所需功率，改善能源效率，而另一方面，更是透过软件缓冲[高速运算处理器1所运行的程序]与硬件缓冲[电力控制调整器3]的功能设定，可控制输出的反应速率，降低电力输出对组件所造成的冲击，以延长整体装置的使用寿命。

再者，因为使用此种控制系统，本实用新型的加热器5温度输出稳定，与传统加热控制系统不同，不会有温度抖动的问题，所以不受尺寸限制，不管多大或多小，都能稳定的控制温度，且本实用新型中的加热器5之温度曲线，能非常的精确，可以符合设定者需求，不会有设定之温度曲线与实际输出之温度曲线，差异过大的问题，达到温度曲线可程控之目的。

上述中，所述电力控制调整器3是为交流硅控整流器(SCR/SiliconControlled Rectifier)。

其中，使用交流硅控整流器(SCR)做为电力控制调整器3使用，除了能免除传统所使用之固态继电器(SSR)的各种缺点外，可藉由实行电气接线或通讯接线的方式，不管是远程、中程、近程控制，都能加以实现，让本实用新型实现传统加热控制系统所无法实现的目标。

上述中，所述加热器5，是为下列之一：红外线加热器、金属加热器、碳硅发热体。

其中，不同的加热器5，能提供不同的用途，让本实用新型的应用范围，更加的广泛。

上述中，所述加热器5的一端，更设有一能发出温度讯号40(T/CSignal)、并传送至温度回授输入控制模块6、以使高速运算处理器1能得知加热器5之实际温度的温度传感器51。

其中，透过温度传感器51的设置，能有效的侦测与监控加热器5的温度变化，以提供高速运算处理器1正确的温度数据，让加热器5能在操作人员的控制下，保持运作，产生符合操作人员需求的温度。

上述中，所述温度传感器52是为下列之一：热敏电阻(Thermistor)、电阻式温度传感器(PT sensor)、热电偶(Thermocouple)、感温IC(ThermalSensor)。

其中，不同的加热器5，需要使用不同的温度传感器52，以提供正确的温度数据。

上述中，所述加热器5与温度回授输入控制模块6间，还更设有一能将类比式讯号、转为数字式讯号、以传递给温度回授输入控制模块6的中继设备8。

其中，中继设备8的使用，能让本实用新型，不在拘泥于近程控制，且配合前述的装置设置，就算距离再远，也不会有安全上的疑虑。

又上述中，所述中继设备8是由下列之一或混合所组成：信号转换器81(Converter)、网间连接器82(Gateway)。

其中，中继设备8以信号转换器81(Converter)，能将高速运算处理器1所运算得到的数据，透过运算指令输出控制模块2传出一数字讯号50(digital signal)，经过信号转换器81的转换，转变为类比讯号30(analogysignal)，再传至电力控制调整器3，以达到精确控制加热器5运作的效果。

而加热器5开始运作之后，温度传感器51便会发出、传回一温度讯号40(T/C Signal)，经过信号转换器81的转换，转变为数字讯号50(digitalsignal)，再传至温度回授输入控制模块6，让高速运算处理器1能依程序来比对运作，透过信号转换器81，不用直接电气连接电力控制调整器3，便能达到中程控制的效果(如图2)。

此外，中继设备8以信号转换器81，配合上一网间连接器82来使用后，便能将高速运算处理器1依程序所运算得到的数据，透过运算指令输出控制模块2传出一网络讯号60，让网间连接器82接收，再以信号转换器81的转换，转变为类比讯号30(analogy signal)，好传至电力控制调整器3，以达到精确控制加热器5运作的效果。

而加热器5开始运作之后，温度传感器51便会发出一温度讯号40(T/CSignal)，经过信号转换器81的接收与转换，再经网间连接器82的转换，转变为网络讯号60并传出，传回至温度回授输入控制模块6，让高速运算处理器1能依程序来比对运作，达到中程、及远程控制的效果(如图3)。

另一方面，依使用的网间连接器82不同，如：有线传输(中程)或是无线传输(远程)两种，其控制距离还能依需求，自由的控制，大大的优于传统加热控制系统。

上述中，所述运算指令输出控制模块2，是为下列之一：类比输出模块21、通讯输出模块22。

又上述中，所述温度回授输入控制模块6，是为下列之一：类比输入模块62、通讯输入模块62。

其中，应对不同距离的控制方式(如：近程、中程、远程)，使用不同的运算指令输出控制模块2与温度回授输入控制模块6，能扩展本实用新型的应用范围，并能符合厂商的需求。

其次，当本实用新型中，没有使用中继设备8时，运算指令输出控制模块2就要使用类比输出模块21，而温度回授输入控制模块6就要使用类比输入模块62，如此一来，才能使高速运算处理器1，能以近程的方式，控制电力控制调整器3，并能接收到温度传感器52所传回的温度讯号40，以进行正确的后续控制。

再者，当本实用新型中，有使用中继设备8时，运算指令输出控制模块2就要使用通讯输出模块22，而温度回授输入控制模块6就要使用通讯输入模块62，如此一来，才能使高速运算处理器1，能以中程或远程的方式，控制电力控制调整器3，并能接收到温度传感器52所传回的温度讯号40(T/C Signal)，以进行正确的后续控制。

上述中，所述高速运算处理器1的一端，更设有一与高速运算处理器1电连接，能供人操作与控制、以进行近端控制、并能对高速运算处理器1、输入一温度数据70(Temp.Profile)的人机界面10(HMI/Human MachineInterface)。

其中，使用人机界面10(HMI/Human Machine Interface)，做为控制本实用新型的媒介，能降低成本，不用在额外开发新的界面，以供使用，能减少装置的成本与售价，让厂商更愿意使用。

此外，对于现场使用人员而言，也较容易上手，能减少人员训练的成本，并增加厂商的更新意愿。

上述中，所述高速运算处理器1的一端，更设有一与高速运算处理器1电连接，能供人操作与控制、以进行远程控制、并能对高速运算处理器1、输入一温度数据70(Temp.Profile)的监控器20(Monitor)电连接。

其中，当使用监控器20，做为输入温度数据70(Temp.Profile)的媒介时，即是用于远程控制之用(如图3)，使用监控器20，与近程或中程所使用的人机界面10相比，所占的空间较小，且整体的成本较低，也较不易故障，能利于长期运作使用。

上述中，所述功率输出变压器4，是为下列之一：低压大电流型变压器、高压低电流型变压器。

其中，使用不同种类的功率输出变压器4，以配合不同的加热器5需求，能有效的增加本实用新型的使用范围与产业利用性。

如图4所示为本实用新型运作流程的方块示意图。图中揭示出，本实用新型有两种运作方式，其两种运作方式中的最大差异点，在于一种为近程控制，另一种为中程或远程控制。

当运算指令输出控制模块2与电力控制调整器3之间，没有中继设备8时，其运作方式，会以上半部的运作方式来运作，也就是从人机界面10输入设定温度后，会依序由高速运算处理器1、运算指令输出控制模块2、电力控制调整器3、功率输出变压器4、加热器5、温度回授输入控制模块6、最后再回到高速运算处理器1，不断的重复以上流程，以确保温度是为所设定的温度，直到有新数据，从人机界面10输入后，才会有重置的动作产生，好再重新重复前述的流程。

而当运算指令输出控制模块2与电力控制调整器3之间，有中继设备8时，其运作方式，会以下半部的运作方式来运作，也就是从人机界面10或监控器20输入输入设定温度后，会依序由高速运算处理器1、运算指令输出控制模块2、中继设备8、电力控制调整器3、功率输出变压器4、加热器5、中继设备8、温度回授输入控制模块6、最后再回到高速运算处理器1，不断的重复以上流程，以确保温度是为所设定的温度，直到有新数据，从人机界面10或监控器20输入后，才会有重置的动作产生，好再重新重复前述的流程。

由上述能得知，本实用新型前述装置的配合使用，让本实用新型能免除传统加热装置的种种缺点，实为现今加热系统中，最具功效性、实用性和产业利用性的高速类比相位曲线温度控制系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：

该高速类比相位曲线温度控制系统(100)，是由至少一个的高速运算处理器(1)；

至少一个与该高速运算处理器(1)连接的运算指令输出控制模块(2)；

至少一个与该运算指令输出控制模块(2)连接、并与电源(7)连接的电力控制调整器(3)，该电力控制调整器(3)能根据运算指令输出控制模块(2)所输入的讯号、并以相位控制法、控制电源(7)电力的输出；

至少一个与该电力控制调整器(3)电连接的功率输出变压器(4)，该功率输出变压器(4)能根据电力控制调整器(3)所输入的电力，而相对的改变其输出功率；

至少一个与该功率输出变压器(4)电连接的加热器(5)；以及

至少一个与加热器(5)及高速运算处理器(1)连接的温度回授输入控制模块(6)所组成。

2.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述运算指令输出控制模块(2)，是为下列之一：类比输出模块(21)、通讯输出模块(22)；

而所述电力控制调整器(3)是为交流硅控整流器；

又所述功率输出变压器(4)，是为下列之一：低压大电流型变压器、高压低电流型变压器。

3.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述温度回授输入控制模块(6)，是为下列之一：类比输入模块(61)、通讯输入模块(62)。

4.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述加热器(5)，是为下列之一：红外线加热器、金属加热器、碳硅发热体。

5.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述加热器(5)的一端，更设有一能发出温度讯号(40)、并传送至温度回授输入控制模块(6)、以使高速运算处理器(1)能得知加热器(5)之实际温度的温度传感器(51)。

6.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述温度传感器(52)是为下列之一：热敏电阻、电阻式温度传感器、热电偶、感温IC。

7.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述加热器(5)与温度回授输入控制模块(6)间，还更设有一能将类比式讯号、转为数字式讯号、以传递给温度回授输入控制模块(6)的中继设备(8)。

8.如权利要求7所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述中继设备(8)是由下列之一或混合所组成：信号转换器(81)、网间连接器(82)。

9.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述高速运算处理器(1)的一端，更设有一与高速运算处理器(1)电连接的人机界面(10)。

10.如权利要求1所述的高速类比相位曲线温度控制系统，其特征在于：所述高速运算处理器(1)的一端，更设有一与高速运算处理器(1)电连接的监控器(20)。

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