CN204360232U - 一种温度过程控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于教学模型，提供了一种温度过程控制装置，所述装置包括固体电加热器、温度传感器、温度变送器、模拟量输入电路、功率驱动模块、PWM信号输入电路、切换开关和电源；其中，电源分别与温度变送器和模拟量输入电路连接，模拟量输入电路与功率驱动模块连接，功率驱动模块和PWM信号输入电路通过切换开关与固体电加热器连接，温度传感器与固体电加热器连接，温度变送器与温度传感器连接。本实用新型由于同时具有模拟量输入电路和PWM信号输入电路，通过切换开关进行切换，从而可以集合模拟量及PWM输出控制方式来做闭环控制系统，扩展了学生应知、应会知识面，高集成度有效节约了设备的投入。

Description

一种温度过程控制装置

技术领域

本实用新型属于教学模型，尤其涉及一种温度过程控制装置。

背景技术

工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。其中，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，温度过程控制装置是比较常见的和典型的过程装置。

现有技术作为教学模型的温度过程控制装置大多采用加热水介质的锅炉形式，这种形式的温度过程控制装置用在教学上存在以下几个缺点：

a、水介质的锅炉形式控制惯量大，在教学上使用比较费时间，往往是一节课结束都无法完成一个实验项目；

b、水介质的锅炉每次实验前后必须换水，不然水会变质污染环境，且频繁换水严重浪费水资源；

c、水介质的锅炉在课堂上使用容易造成误伤人，因为加热水的锅炉大多没有做隔热处理；

d、水介质的锅炉，设备体积庞大，占用过多的实训空间，设备价值高；

e、控制方式单一，现有技术的温度过程控制装置上都只配了模拟量或PWM单一形式的输出控制方式来做闭环控制系统，无法扩展学生应知、应会知识面。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种温度过程控制装置，旨在解决水介质的锅炉存在的各种缺点以及现有技术的温度过程控制装置上都只配了模拟量或PWM单一形式的输出控制方式来做闭环控制系统，控制方式单一的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种温度过程控制装置，所述装置包括固体电加热器、温度传感器、温度变送器、模拟量输入电路、功率驱动模块、PWM信号输入电路、切换开关和电源；

其中，电源分别与温度变送器和模拟量输入电路连接，模拟量输入电路与功率驱动模块连接，功率驱动模块和PWM信号输入电路通过切换开关与固体电加热器连接，温度传感器与固体电加热器连接，温度变送器与温度传感器连接。

进一步地，所述温度传感器是热电偶传感器或热电阻传感器。

进一步地，所述模拟量输入电路包括电流信号输入电路和电压信号输入电路，所述电流信号输入电路和电压信号输入电路之间通过所述功率驱动模块的不同跳线实现切换。

进一步地，所述装置还包括降温模块，所述降温模块与所述电源连接。

进一步地，所述装置还包括参考测量值显示模块，所述参考测量值显示模块与所述电源连接，所述参考测量值显示模块还与所述温度传感器连接。

进一步地，所述装置还包括参考测量值显示模块，所述参考测量值显示模块是温度计，所述温度计嵌入到固体电加热器中。

在本实用新型中，由于采用固体电加热器作为加热介质，因此能有效减小温度过程控制装置的控制惯量，节约实训教学时间，减小了装置的体积，有效降低实训场所的使用，降低了装置的成本，有效减少发热器件的裸露面积，降低课堂上不必要事故的产生，且解决了由于水的变质而污染环境，且频繁换水严重浪费水资源的问题。另外，由于同时具有模拟量输入电路和PWM信号输入电路，通过切换开关进行切换，从而可以集合模拟量及PWM输出控制方式来做闭环控制系统，扩展了学生应知、应会知识面，高集成度有效节约了设备的投入。又由于具有参考测量值显示模块显示固体电加热器的实时温度值，作为实验参考测量值，学生能够快速将实验值与参考测量值做比较，实时掌握实验值的正确与否；另外，由于具有降温模块，因此可随时快速降低温度，使温度控制更加灵活。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的温度过程控制装置的示意图。

图2是本实用新型实施例二提供的温度过程控制装置的示意图。

图3是本实用新型实施例二提供的温度过程控制装置的面板上印刷的控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本实用新型实施例一提供的温度过程控制装置包括固体电加热器11、温度传感器12、温度变送器13、模拟量输入电路14、功率驱动模块15、PWM(脉冲宽度调制)信号输入电路16、切换开关17和电源18。

其中，电源18分别与温度变送器13和模拟量输入电路14连接，模拟量输入电路14与功率驱动模块15连接，功率驱动模块15和PWM信号输入电路16通过切换开关17与固体电加热器11连接，温度传感器12与固体电加热器11连接，温度变送器13与温度传感器12连接。

在本实用新型实施例一中，温度传感器12可以是热电偶传感器或热电阻传感器。固体电加热器11可采用一个6W/100Ω的水泥电阻，固体电加热器11通过功率驱动模块15进行驱动，也可以直接通过模拟量输入电路14采用模拟量电流或电压信号进行控制加热，也可以通过PWM信号输入电路16采用PWM脉宽调制形式进行控制加热，可以通过切换开关17自行切换控制加热固体电加热器11的方式。通过温度传感器12和温度变送器13，可按需求输出当前温度值相对应的模拟量电流或电压值，用于作闭环温度控制时的温度反馈信号。模拟量输入电路14可以包括电流信号输入电路和电压信号输入电路，通过功率驱动模块15的不同跳线实现电流信号输入电路和电压信号输入电路之间的切换。为了便于使用，固体电加热器11的最大功率控制在智能控制器(例如可编程序控制器PLC)集成的24V DC传感器供电电压可用范围内，其它所有工作电路额定电压设计均为DC24V。

本实用新型实施例一提供的温度过程控制装置的工作原理如下：

当采用模拟量输入控制时，模拟量输入电路14接收外部智能控制器(例如PLC)的模拟量(电流或电压)信号，通过功率驱动模块15放大处理后驱动固体电加热器11进行连续可调的加热控制；同时，固体电加热器11的温度可按需求通过温度传感器12和温度变送器13把当前温度值，变换成与之对应的标准的电流或电压值作为反馈信号输出使用。

当采用PWM信号输入控制时，只需通过切换开关17把信号流切换到PWM信号输入电路16上，接收外部智能控制器(例如PLC)的PWM信号来驱动固体电加热器11进行连续可调的加热控制，同时，固体电加热器11的温度可按需求通过温度传感器12和温度变送器13把当前温度值，变换成与之对应的标准的电流或电压值作为反馈信号输出使用。

本实用新型实施例一提供的温度过程控制装置的使用说明如下：

1、使用PLC的模拟量输出实现温度闭环控制

使用时把温度过程控制装置的温度变送器13的信号输出端口接到PLC对应的模拟量输入端，温度过程控制装置的模拟量输入电路14通过硬件接线接到PLC的模拟量输出端口，PLC的模拟量输出可选择电流或电压信号，但必须在温度过程控制装置内部的功率驱动模块15做好相应的跳线设置。温度过程控制装置的电源18接PLC的传感器电源输出，温度过程控制装置的切换开关17切换到模拟量输入电路14，用以选择温度过程控制装置的加热控制方式为模拟量控制。PLC模拟量通道获取温度变送器13送来的模拟量信号值变换成对应的数定量信号后，配合相应的用户程序就可以使PLC的模拟量输出端口输出一个模拟量信号来控制固体电加热器11进行加热，形成一个闭环控制系统。

2、使用PLC的PWM实现温度闭环控制

使用时把温度过程控制装置的PWM信号输入电路16通过硬件接线接到PLC对应的PWM输出端口，温度过程控制装置的切换开关17切换到PWM信号输入电路16，其它接线不变。用户程序把原来的模拟量输出改为PWM输出程序段即可。

在本实用新型实施例一中，由于采用固体电加热器作为加热介质，因此能有效减小温度过程控制装置的控制惯量，节约实训教学时间，减小了装置的体积，有效降低实训场所的使用，降低了装置的成本，有效减少发热器件的裸露面积，降低课堂上不必要事故的产生，且解决了由于水的变质而污染环境，且频繁换水严重浪费水资源的问题。另外，由于同时具有模拟量输入电路和PWM信号输入电路，通过切换开关进行切换，从而可以集合模拟量及PWM输出控制方式来做闭环控制系统，扩展了学生应知、应会知识面，高集成度有效节约了设备的投入。

实施例二：

请参阅图2，本实用新型实施例二提供的温度过程控制装置除了包括本实用新型实施例一提供的温度过程控制装置的固体电加热器21、温度传感器22、温度变送器23、模拟量输入电路24、功率驱动模块25、PWM(脉冲宽度调制)信号输入电路26、切换开关27和电源28外，还包括降温模块29和/或参考测量值显示模块30。

其中，电源28分别与温度变送器23、模拟量输入电路24、降温模块29和参考测量值显示模块30连接，模拟量输入电路24与功率驱动模块25连接，功率驱动模块25和PWM信号输入电路26通过切换开关27与固体电加热器21连接，温度传感器22与固体电加热器21连接，温度变送器23和参考测量值显示模块30分别与温度传感器22连接。

在本实用新型实施例二中，降温模块29可以是风扇等降温模块。风扇面向固体电加热器21，以对固体电加热器21进行降温，模拟控制现场的降温过程。参考测量值显示模块30将温度传感器22获取的固体电加热器21的温度显示出来。参考测量值显示模块30可以是温度计，则参考测量值显示模块30也可以不与温度传感器22和电源28连接，而是直接嵌入到固体电加热器21中，用于显示固体电加热器21的实时温度作为实验参考值。

在本实用新型实施例二中，温度过程控制装置包括面板和壳体，其中面板与壳体之间的一侧通过活页连接，可以随时打开看到壳体内的各个部件的连接方式。合上时，面板与壳体之间的另一侧通过永久磁钢吸紧。

本实用新型实施例二提供的温度过程控制装置的工作原理如下：

当采用模拟量输入控制时，模拟量输入电路24接收外部智能控制器(例如PLC)的模拟量(电流或电压)信号，通过功率驱动模块25放大处理后驱动固体电加热器21进行连续可调的加热控制，加热实时温度值可通过参考测量值显示模块30显示出来；通过降温模块29可以人为随时改变固体电加热器21的温度；同时，固体电加热器21的温度可按需求通过温度传感器22和温度变送器23把当前温度值，变换成与之对应的标准的电流或电压值作为反馈信号输出使用。

当采用PWM信号输入控制时，只需通过切换开关27把信号流切换到PWM信号输入电路26上，接收外部智能控制器(例如PLC)的PWM信号来驱动固体电加热器21进行连续可调的加热控制，同时，固体电加热器21的温度可按需求通过温度传感器22和温度变送器23把当前温度值，变换成与之对应的标准的电流或电压值作为反馈信号输出使用。

请结合参阅图3所示的印刷在温度过程控制装置的面板上的控制原理示意图，本实用新型实施例二提供的温度过程控制装置的使用说明如下：

1、使用PLC的模拟量输出实现温度闭环控制

使用时把温度过程控制装置的温度变送器23的信号输出端口AO接到PLC对应的模拟量输入端，温度过程控制装置的模拟量输入电路24的输入端口AI通过硬件接线接到PLC的模拟量输出端口，PLC的模拟量输出可选择电流或电压信号，但必须在温度过程控制装置内部的功率驱动模块25做好相应的跳线设置。温度过程控制装置的电源接PLC的传感器电源输出，风扇接到一个PLC的数字量输出端口；然后，温度过程控制装置的切换开关27切换到模拟量输入电路24，用以选择温度过程控制装置的加热控制方式为模拟量控制。PLC模拟量通道获取温度变送器23送来的模拟量信号值变换成对应的数定量信号后，配合相应的用户程序就可以使PLC的模拟量输出端口输出一个模拟量信号来控制固体电加热器21进行加热，形成一个闭环控制系统。通过温度过程控制装置的面板上安装的参考测量值显示模块30，可以实时观测到固体电加热器21的温度，与PLC测量值作对比，实时掌握实验数据的准确性。

2、使用PLC的PWM实现温度闭环控制

使用时把温度过程控制装置的PWM信号输入电路16的输入端口PWM通过硬件接线接到PLC对应的PWM输出端口，温度过程控制装置的切换开关17切换到PWM信号输入电路16，其它接线不变。用户程序把原来的模拟量输出改为PWM输出程序段即可。

在本实用新型实施例二中，由于具有参考测量值显示模块显示固体电加热器的实时温度值，作为实验参考测量值，学生能够快速将实验值与参考测量值做比较，实时掌握实验值的正确与否；另外，由于具有降温模块，因此可随时快速降低温度，使温度控制更加灵活；另外，由于在温度过程控制装置的面板上印刷控制原理示意图，因此便于学生掌握所学习的温度过程控制装置结构图。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度过程控制装置，其特征在于，所述装置包括固体电加热器、温度传感器、温度变送器、模拟量输入电路、功率驱动模块、PWM信号输入电路、切换开关和电源；

其中，电源分别与温度变送器和模拟量输入电路连接，模拟量输入电路与功率驱动模块连接，功率驱动模块和PWM信号输入电路通过切换开关与固体电加热器连接，温度传感器与固体电加热器连接，温度变送器与温度传感器连接。

2.如权利要求1所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述温度传感器是热电偶传感器或热电阻传感器。

3.如权利要求1所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述模拟量输入电路包括电流信号输入电路和电压信号输入电路，所述电流信号输入电路和电压信号输入电路之间通过所述功率驱动模块的不同跳线实现切换。

4.如权利要求1所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述装置还包括降温模块，所述降温模块与所述电源连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述装置还包括参考测量值显示模块，所述参考测量值显示模块与所述电源连接，所述参考测量值显示模块还与所述温度传感器连接。

6.如权利要求1至4任一项所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述装置还包括参考测量值显示模块，所述参考测量值显示模块是温度计，所述温度计嵌入到固体电加热器中。

7.如权利要求4任一项所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述降温模块是风扇，所述风扇面向所述固体电加热器。

8.如权利要求1所述的温度过程控制装置，其特征在于，所述固体电加热器是水泥电阻。