JP6812441B2 - ヒーターの警報および制御モジュール - Google Patents

Description

本発明は工業温度制御分野に関し、具体的にはヒーターの警報および制御モジュールに関する。

加熱は工業界において幅広く応用されている。加熱には大量のエネルギーが必要であるため、過熱の発生を防止し、設備の損害と火災等の深刻な潜在的な安全性の問題を回避するために、適切で信頼できる温度制御が必要である。

伝統的な温度制御には、温度検知装置を使用し、唯一のフィードバック信号（熱電対、熱抵抗等を含む）として温度制御を行うが、これは受動的な温度制御方法である。温度検知装置またはリレーに故障が生じた場合、温度制御は正常に機能しなくなる。例えば、熱電対が、温度が設定温度より低い測定点の位置で短絡した場合、ヒーターが過熱されてしまう。余分の安全設備、例えば、温度ヒューズを使用しても、安全設備が高温で作動するため、ヒーターを深刻に劣化させる恐れがある。また、例えば、半導体の下流配管を加熱する場合、反応室からの高温気体が加熱配管全体を加熱する恐れがあり、特に、気体の流量が極めて高い場合、従来の温度制御方法を利用する場合、温度は単に温度検知装置によりフィードバックされるため、このように高い温度は誤報を招く恐れがあり、よってプロセス過程に影響する。

一般的に、単一のヒーターは温度制御の目的を達成するために使用されるため、単一の温度制御で十分である場合が多い。しかしながら、半導体工業においては、常に長いポンプラインを加熱しなければならず、さらに統一かつ信頼できる温度制御を確保しなければならない、という要求がある。また、これらの加熱配管は予防的なメンテナンスを必要とする場合が多く、ヒーターを着脱しやすくする必要があるため、複数の温度コントローラを採用して上記要求を満たさなければならない。このためには、コストが低く、信頼できる温度コントローラが必要である。また、加熱配管は一般的に非常に長いため、エネルギー消費が深刻な問題になる。さらに、加熱の温度に対する要求はプロセス過程に対する要求によるため、設定温度と出力制御を柔軟かつ便利に変更できるようにすることは、半導体プロセス配管に対する加熱に対して非常に重要である。

また、長い配管を加熱する作動条件のもと（例えば、半導体プロセス配管の加熱）、複数の温度コントローラ（数十個に達することもある）を同時に使用するため、温度の警報と監視は一般的にプロセス配管全体に対するものであり、単一の温度コントローラに対するものではない。ヒーターの警報および制御モジュールはこの要求に応じて設計されたものであり、主に加熱配管全体の作動状態を把握し複数のヒーターを制御するのに便利である。

現在の警報装置の機能はいずれも単一であり、温度コントローラにおける警報リレーを直列接続させることにより、低温警報を提供し正常な作動状態を表示するしかない。また、多地点通信サービスプロトコル（例えば、ＲＳ４８５、イーサネット、ＥｔｈｅｒＣＡＴ）を単一の温度コントローラに対する制御に利用することができるが、各コントローラに通信ハードウェアを備えなければならないため、温度コントローラのコストが上がってしまい、体積が大きくなる。また、各温度コントローラに対応するアドレスがなければならず、ヒーターの取り付けと温度の設定を非常に複雑にする。

また、省エネは非常に重要な目標になっている。これは、これらのヒーターが一般的にエアコン付きの制御環境に取り付けられているからである。環境に放出された熱が温度を上昇させるため、エアコンの制御温度を保証するために、さらなる作動出力が要求されている。

上記問題を解決するために、本発明はヒーターの警報および制御モジュールを提供することを目的とする。

本発明のヒーターの警報および制御モジュールは、メインプロセッサと、ヒーターの警報および制御回路と、ヒーター温度制御モジュールと、を含み、メインプロセッサは、ヒーターの警報および制御回路を介してヒーター温度制御モジュールに接続され、ヒーター温度制御モジュールは、マイクロプロセッサと、発光ダイオードおよび電源スイッチを含むフォトカプラソリッドステートリレーと、発光ダイオードおよびフォトトランジスタを含むフォトカプラと、を含むｎ個のヒーター温度コントローラを備え、マイクロプロセッサは、フォトカプラソリッドステートリレーとフォトカプラとに接続され、フォトカプラソリッドステートリレーの電源スイッチの一端はフォトカプラの発光ダイオードのアノードに接続され、電源スイッチと発光ダイオードのアノードとの接続点はヒーター温度コントローラの入力端を構成し、フォトカプラソリッドステートリレーの電源スイッチの他端はヒーター温度コントローラの第１出力端であり、フォトカプラの発光ダイオードのカソードはヒーター温度コントローラの第２出力端を構成し、フォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのアノードは直流電源に接続され、フォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードはマイクロプロセッサｕＰ１のＩ／Ｏインターフェースに接続され、フォトカプラのフォトトランジスタのコレクターは直流電源に接続され、エミッターは抵抗を介して接地されるとともにマイクロプロセッサのＣＣＰとアナログ信号入力端に接続され、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサは、ヒーター温度制御モジュールに制御信号を提供し、前記制御信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端に入力され、第２ヒーター温度コントローラの入力端は第１ヒーター温度コントローラの第１出力端に接続され、同様に、第ｎのヒーター温度コントローラの入力端が第ｎ−１のヒーター温度コントローラの第１出力端に接続されるまで、後のヒーター温度コントローラの入力端は前のヒーター温度コントローラの第１出力端に順に接続され、ｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端は互いに接続され、前記第２出力端は、前記ヒーターの警報および制御回路を介してヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサに接続される。

さらに、第ｎのヒーター温度コントローラの第１出力端はコンデンサの一端に接続されており、コンデンサの他端はｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続され、コンデンサのｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続された一端はヒーターの警報および制御回路を介して前記メインプロセッサに接続される。

ここで、それぞれ制御モード、警報モード、または温度設定モードの３つの作動モードを実現するために、前記メインプロセッサは、ヒーター温度制御モジュールに直流電源信号、低出力ＰＷＭ信号および高出力ＰＷＭ信号の３つの制御信号を提供する。

さらに、高出力ＰＷＭ信号は、演算増幅器により出力を向上された後、第１ヒーター温度コントローラの入力端に出力される。

また、ｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端は前記メインプロセッサのアナログ信号入力端に接続されて直流電圧を測定し、同時に、第１コンデンサを介して前記メインプロセッサのＣＣＰ端に接続されて周波数を測定し、第１コンデンサのｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続された一端はＡＣ分圧コンデンサを介して接地されるとともに、さらにトランジスタのコレクターに接続され、上記トランジスタのベース電極は前記メインプロセッサのＩ／Ｏ端に接続され、トランジスタのエミッターは接地され、上記トランジスタは警報する際にはターンオフ状態になり、ヒーター温度コントローラを制御する際にはターンオンされる。

具体的には、入力信号が低出力ＰＷＭ信号である場合、低出力ＰＷＭ信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端からヒーター温度制御モジュールに入力され、ヒーター温度制御モジュールのｎ個のヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラは開回路状態になり、ｎ個のヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラソリッドステートリレーは直列回路を構成し、ヒーターの温度がヒーター温度コントローラの設定値より低い場合、フォトカプラソリッドステートリレーが開回路状態になるように、ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサはフォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて高電位を出力し、ヒーターの温度がヒーター温度コントローラの制御範囲に入った場合、フォトカプラソリッドステートリレーが閉状態になるように、ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサはフォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて低電位を出力しており、直列接続されたｎ個のフォトカプラソリッドステートリレーに、前記第１出力端と前記第２接続端とに接続された前記コンデンサを加え、警報制御回路の回路を構成する。

具体的には、前記ヒーター温度コントローラに対する操作制御をする際に、先に、特定周波数のＰＷＭ信号を送信し、特定周波数のＰＷＭ信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端に入力しなければならず、第１ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサはフォトカプラを介して特定周波数のＰＷＭ信号の周波数を検知し、前記制御信号の特定周波数のＰＷＭ信号を送信すると確認された場合、ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサは、フォトカプラソリッドステートリレーを強制的に閉じるように、コマンドを送信し、特定周波数のＰＷＭ信号を第１温度コントローラの第１出力端から出力させ、第２ヒーター温度コントローラの入力端に伝達し、同様に、ｎ個のヒーター温度コントローラのフォトカプラソリッドステートリレーが全部閉じるまで、後のヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサはそれぞれ制御するフォトカプラソリッドステートリレーを１つずつ強制で閉じるように、コマンドを送信し、前記メインプロセッサは上記トランジスタを閉じ、直流電圧信号を送信し始め、または演算増幅器を介して出力を向上させた後、高出力ＰＷＭ信号を出力し、各ヒーター温度コントローラを制御する。

好ましくは、全てのヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラソリッドステートリレーがいずれも強制的に閉じられた後、ヒーターの警報および制御モジュールは直流電圧信号を出力することにより、回路の末端が短絡したか否かを判断し、回路の末端が直流短絡状態である場合、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのアナログ入力端は該直流電圧信号を測定し、ヒーター温度コントローラに対する制御操作を停止し、回路の末端が開回路状態であり、またはコンデンサを有する場合、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのアナログ入力端は前記直流電圧信号を測定することができず、ヒーター温度コントローラに対する制御操作を続ける。

具体的には、ヒーター温度コントローラの温度設定は前記メインプロセッサにより高出力ＰＷＭ信号を送信することにより実現され、高出力ＰＷＭ信号は、演算増幅器により出力を向上された後、ヒーター温度コントローラ内部の全てのフォトカプラを駆動することができ、上記トランジスタはターンオンされ、ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサが増幅された後の上記高出力ＰＷＭ信号を受信した場合、ヒーター温度コントローラ内部のマイクロプロセッサは検知された高出力ＰＷＭ信号の周波数を温度設定値に変換する。

さらに、ヒーターのスリープ制御／第２温度有効化制御は前記メインプロセッサにより提供された直流電圧信号により実現することができ、各ヒーター温度コントローラ内部のマイクロプロセッサには第２温度設定値が記憶され、前記メインプロセッサが上記トランジスタを閉じることにより各ヒーター温度コントローラを制御する場合、直流電圧信号を送信し、各ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサは該直流電圧信号を検知し、上記直流電圧信号が検知されなかった場合、温度コントローラはマイクロプロセッサにおける正常温度設定値を利用し、上記直流電圧信号が検知された場合、温度コントローラはマイクロプロセッサにおける第２温度設定値を利用して温度を制御する。

本発明のヒーターの警報および制御モジュールは、構造が簡単であり、取り付けと設計に便利であり、加熱配管の長さにより組み立て、統一制御することができ、加熱全線の複数のヒーターの温度設定点を変えることができ、ユーザーが取り付けた後にヒーター温度の設定を変更するのに便利である。また、本発明のヒーターの警報および制御モジュールはダブル操作温度モードを有効化することができ、ヒーターは正常な温度作動モードに維持されることができると同時に、プロセスの要求に応じて低温作動モードに維持され、またはヒーターを閉じることもでき、よってエネルギーが節約できる。

最も重要なのは、ヒーター温度の設定値は頻繁に変更されず、また、温度制御変化の範囲が小さく、ヒーターが通常通り作動さえすれば（制御範囲内で）、正確な温度表示数値を取得する必要がない。

ヒーターの警報および制御モジュールは、低温／高温の警報を発することができる機能と、温度コントローラの温度設定を便利に変えることができる機能と、ヒーターを便利かつ素早く起動し閉じることができる機能と、できる限り通信／制御の接続を減少させる機能と、を有する。

本発明のヒーター温度コントローラのブロック図である。 本発明の複数の図１に示されたヒーター温度コントローラを有するヒーターの警報および制御モジュールの回路図である。 本発明のヒーターの警報および制御モジュールの正常な警報操作状態での等価回路図である。 本発明のヒーターの警報および制御モジュールの温度設定操作状態での等価回路図である。 本発明のヒーターの警報および制御モジュールのヒーターのスリープ制御／第２温度有効化制御状態での等価回路図である。

図１に示すように、本発明のヒーター温度コントローラは、マイクロプロセッサ、ヒーターの作動温度を検知する温度検知装置、加熱部を流れる電流値を検知する電流検知装置、安全リレー、制御リレーおよび外部インターフェースを含む。ここで、マイクロプロセッサは、温度検知装置、電流検知装置から受信した温度および電流値に基づき、温度コントローラの作動状態を確定し、制御信号を安全リレーと制御リレーに送信し、よって温度を調整するために、ヒーターの作動状態を制御する。安全リレーは、マイクロプロセッサにより温度コントローラの作動状態が異常であると確定した場合、ヒーターに対する電力供給を遮断する。

外部インターフェースにはフォトカプラソリッドステートリレーとフォトカプラが接続され、フォトカプラソリッドステートリレーは警報信号を提供する。例えば、ヒーターが設定温度値に達した場合、該フォトカプラソリッドステートリレーはターンオン状態で作動して、警報情報を送信し、ヒーターの温度が温度設定値より低い場合、該フォトカプラソリッドステートリレーは開回路状態で作動する。該フォトカプラソリッドステートリレーはマイクロプロセッサにより制御される。フォトカプラは温度コントローラの遠隔制御に用いられ、例えば、ヒーターの制御と作動モードの切り換え、および温度設定値を変えるのに用いられ、フォトカプラの作動モードは外部信号の強さにより制御される。外部信号が非常に弱く、その出力が該フォトカプラを駆動するのに不十分である場合、（例えば、マイクロプロセッサにより送信されたＰＷＭ信号）、フォトカプラは動作しない。外部信号が非常に強い場合、該フォトカプラを駆動し、フォトカプラにおけるＬＥＤを点灯させ、信号をマイクロプロセッサに伝送し、温度コントローラの温度設定、または温度コントローラの作動モードを確定するのに用いられる。

通常の場合、配管の加熱は一定の加熱温度を保証しなければならない。しかし、省エネまたはプロセスの目的を達成するために、ヒーターの温度は、一定の条件のもとにおいて適当に下げることができ、ひいてはヒーターを閉じることもできる。本発明の温度コントローラは、２つの異なる温度を予め設定し、ヒーターの作動モード（温度）を迅速に切り換えることができる。

要するに、本発明における温度制御は、外部制御信号のない条件で独立して作動（温度制御）することができ、外部との接続により、低温／高温の警報を出し、２つの異なる作動モードに入り、または温度コントローラの温度設定値の設定操作を行うこともできる。

本発明の温度コントローラにおいて、温度検知装置はヒーターの作動温度を検知し、電流検知装置は、さらに、加熱部の電流値を検知し、ヒーターの作動状態を確定することができる。正常な作動状態で、ヒーターが加熱され通電される場合、電流は０より大きい。しかし、ヒーターが閉じられ冷却される場合、電流は０である。電流と温度の測定を結び付けることにより、ヒーターの作動状態を正確に確定することができる。

現在の電流値は０より大きいが、ヒーターの空間温度が上昇しない場合、熱電対が正常に機能しないと確定する。現在の電流値は０より大きいが、測定温度が下がっている場合、該熱電対が逆に接続されたと確定する。このような条件では、ヒーターを直ちに閉じ、警報メッセージを送信しなければならず、そうでなければ、温度ヒューズが溶断されるまで、温度は持続的に上昇する。また、温度は上昇しているが、電流が０である場合、気体が配管に沿って加熱ジャケットの逆方向に加熱されることを証明する。この条件では、温度が高すぎると警報することができるが、プロセス全体の流れを停止する必要はなく、よって不必要な運転停止による損害を回避することができる。

高圧機械リレーが動作する際に電弧を発生するため、このような高圧電弧による熱は、一般的に接点を溶解し酸化させる。このため機械リレーの作動寿命を大きく短縮させる。定格の最大作動電流条件のもと、一般的な機械リレーの寿命はわずか１０万回である。これは温度制御に対して遥かに足りない。しかし、単独でソリッドステート双方向サイリスタリレーを使用する場合、高い内部抵抗を有するため、大電流の作動状態で、大量の熱を生成することができる。これは大体積の放熱器を要求するだけでなく、部品の信頼性を低下させる。そのため、図１に示すように、本発明のヒーター温度コントローラの制御リレーにはソリッドステート双方向サイリスタが並列接続され、機械リレーが動作する際に発生する電弧を消去し、よって機械リレーの寿命を延長する目的を達成する。毎回機械リレーが動作する前に、先にソリッドステート双方向サイリスタをターンオンさせる。このように、機械リレーの接点の電圧（＜１Ｖ）を大きく低下させ、高圧機械リレーが動作する際に発生する電弧を回避する。ゼロアークリレー技術の使用により、作動寿命を数百倍向上させることができる。

電気的雑音を減少し双方向サイリスタの信頼性をさらに向上するために、本発明はゼロ電圧検知機能を有するマイクロプロセッサを選択し、このように、双方向サイリスタのスイッチングは交流電流がゼロ電圧の近傍で行う。

図２を参照して、本発明のヒーターの警報および制御モジュールを説明する。ヒーターの警報および制御モジュールは、メインプロセッサｕＰ０、ヒーターの警報および制御回路、およびヒーター温度制御モジュールを含む。ヒーター温度制御モジュールは、図２に示すようなｎ個のヒーター温度コントローラ１０２を含む。メインプロセッサｕＰ０は、ヒーターの警報および制御回路を介してヒーター温度制御モジュールに接続される。

図２における各ヒーター温度コントローラ１０２は、警報に関係する部品だけを表示し、図１に示すような温度コントローラにより構成され、同じ回路構造を有する。各ヒーター温度コントローラ１０２は、主に、フォトカプラソリッドステートリレー、フォトカプラおよびマイクロプロセッサｕＰ１（図２における温度コントローラのマイクロプロセッサ）を含み、図１に示すように、ヒーターの制御に用いられる部品はいずれも省略されている。

フォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲは、発光ダイオードおよび電源スイッチを含み、発光ダイオードに信号入力が有るか否かに基づいて、電源スイッチの開閉を制御する。フォトカプラ（Ｏｐｔｏ Ｃｏｕｐｌｅｒ）は発光ダイオードおよびフォトトランジスタを含み、発光ダイオードに信号入力が有るか否かに基づいて、フォトトランジスタのターンオンとターンオフを制御する。

フォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの電源スイッチの一端はフォトカプラの発光ダイオードのアノードに接続され、その電源スイッチと発光ダイオードのアノードとの接続点はヒーター温度コントローラ１０２の入力端（図２におけるＩｎ ｎ）を構成する。フォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの電源スイッチの他端はヒーター温度コントローラ１０２の第１出力端（図２におけるＯｕｔ ｎ−１）であり、フォトカプラの発光ダイオードのカソードはヒーター温度コントローラ１０２の第２出力端（図２におけるＯｕｔ ｎ−２）を構成する。フォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの発光ダイオードのアノードは５Ｖの直流電源に接続され、カソードはマイクロプロセッサｕＰ１のＩ／Ｏインターフェースに接続される。マイクロプロセッサｕＰ１によりＩ／Ｏインターフェースを介してフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲを制御する。

フォトカプラのフォトトランジスタのコレクターは５Ｖの直流電源に接続され、エミッターは接地されると同時にマイクロプロセッサｕＰ１のＣＣＰ（ｃａｐｔｕｒｅ、ｃｏｍｐａｒｅ、ａｎｄ ＰＷＭ）とアナログ信号入力端に接続される。フォトカプラ（Ｏｐｔｏ Ｃｏｕｐｌｅｒ）はヒーターの警報および制御回路の出力により制御され、フォトカプラの内蔵された発光ダイオードのアノード（ヒーター温度コントローラ１０２の入力端）はヒーターの警報および制御回路の出力端に接続される。入力信号が直流電圧である場合、マイクロプロセッサｕＰ１はその電圧値を測定することができるが、入力信号がパルス状のＰＷＭ信号である場合、マイクロプロセッサｕＰ１はその周波数を測定することができる。

メインプロセッサｕＰ０は、ヒーターの警報および制御回路を介してヒーター温度制御モジュールに３つの異なる制御信号、即ち、（５Ｖ）ＤＣ、低出力ＰＷＭ１信号および高出力ＰＷＭ２信号を提供することができる。これらの制御信号は第１ヒーター温度コントローラ１０２の入力端に入力される。ここで、高出力ＰＷＭ２信号は、演算増幅器により出力を向上させた後、さらに第１ヒーター温度コントローラ１０２の入力端に出力される。第２ヒーター温度コントローラ１０２の入力端は第１ヒーター温度コントローラ１０２の第１出力端に接続される。同様に、第ｎのヒーター温度コントローラ１０２の入力端が第ｎ−１のヒーター温度コントローラ１０２の出力端に接続されるまで、後のヒーター温度コントローラ１０２の入力端は前のヒーター温度コントローラ１０２の出力端に順に接続される。第ｎのヒーター温度コントローラ１０２の出力端はコンデンサＣ１の一端（図３）に接続され、コンデンサＣ１の他端はｎ個のヒーター温度コントローラ１０２の第２出力端に接続され、コンデンサＣ１のｎ個のヒーター温度コントローラ１０２の第２出力端に接続された一端はメインプロセッサｕＰ０に接続される。

具体的には、ｎ個のヒーター温度コントローラ１０２の第２出力端はメインプロセッサｕＰ０のアナログ信号入力（ＡＩ）端に接続されて直流電圧を測定するとともに、さらに第１コンデンサＣ３を介してメインプロセッサｕＰ０のＣＣＰ端に接続されて周波数を測定し、コンデンサＣ１のｎ個のヒーター温度コントローラ１０２の第２出力端に接続された一端はＡＣ分圧コンデンサＣ２を介して接地されるとともに、さらにトランジスタＱ１のコレクターに接続され、上記トランジスタＱ１のベース電極はメインプロセッサｕＰ０のＩ／Ｏ端に接続され、トランジスタＱ１のエミッターは接地される。該トランジスタＱ１は警報する際にターンオフ状態になり、温度コントローラを制御する際にターンオンされる。

上記のように、メインプロセッサｕＰ０は、ヒーター温度コントローラ１０２に３つの異なる制御信号、即ち、（５Ｖ）ＤＣ、低出力ＰＷＭ１信号および高出力ＰＷＭ２信号を提供し、これらの信号はそれぞれヒーター温度コントローラ１０２の３つの作動モード、即ち、制御モード（５ＶＤＣ）、警報モード（低出力ＰＷＭ１）、または温度設定モード（高出力ＰＷＭ２）に用いられる。

入力信号が低出力ＰＷＭ１信号（警報モード）である場合、低出力ＰＷＭ１信号は、先に、第１ヒーター温度コントローラ１０２の入力端に出力される。低出力ＰＭＷ１の信号は非常に弱いため、第１ヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラ（Ｏｐｔｏ Ｃｏｕｐｌｅｒ）は開回路状態になり、従って、これはｎ個のヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲにより構成された直列回路に相当する。

この場合、フォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの状態はマイクロプロセッサｕＰ１により制御され、ＳＳＲの動作は内蔵された発光ダイオードにより遂行される。ヒーターの温度がヒーター温度コントローラ１０２の設定値より低い場合、ＳＳＲが開回路状態になるように、マイクロプロセッサｕＰ１はフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて高電位を出力する。しかし、ヒーターの温度がヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲内（設定値に近く、具体的な範囲は予め設定される）である場合、ＳＳＲが閉状態になるように、マイクロプロセッサｕＰ１はフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて低電位を出力する。これらの直列接続されたヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲに、コンデンサＣ１を加え、警報制御回路の回路を構成する。

第１ヒーター温度コントローラ１０２により制御されるヒーターがヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入った場合、内部のフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲは閉状態になる。この場合、警報用の低出力ＰＷＭ１入力信号は第１ヒーター温度コントローラ１０２の第１出力端から出力される。さらに第２ヒーター温度コントローラ１０２の入力端から第２ヒーター温度コントローラ１０２に入力され、第ｎヒーター温度コントローラ１０２まで順に行う。しかし、そのうちのあるヒーター温度コントローラ１０２により制御されるヒーターがヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入っていない場合、ヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲは開回路状態になる。この場合、警報用の低出力ＰＷＭ１信号の入力信号はヒーター温度コントローラ１０２の第１出力端から出力されず、低出力ＰＷＭ１信号はメインプロセッサｕＰ０には戻らない。

このように、沿線の全てのｎ個のヒーター温度コントローラ１０２がいずれもヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入った場合のみ、警報用の低出力ＰＷＭ１入力信号が第１ヒーター温度コントローラ１０２から第ｎのヒーター温度コントローラ１０２に伝送される。さらにコンデンサＣ１を介して閉じられたＡＣ回路を形成し、メインプロセッサにより送信された警報用の低出力ＰＷＭ１入力信号をメインプロセッサに返す。逆の場合、沿線のｎ個のヒーター温度コントローラ１０２にたった１つのヒーター温度コントローラ１０２だけでもヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入っていない場合、警報用の低出力ＰＷＭ１入力信号はメインプロセッサｕＰ０には返されない。従って、メインプロセッサｕＰ０が自ら送信した警報用の低出力ＰＷＭ１入力信号を受信することができる場合、沿線の全てのヒーターがいずれもヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入ったことを証明することができ、正常に作動する。逆の場合なら、少なくとも１つのヒーターがヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入っていないことを説明する。この場合、ヒーターの警報および制御モジュールは警報を出す。

ヒーターの警報および制御モジュールが警報のみに用いられる場合、コンデンサＣ１を短絡回路により代替することができる。コンデンサおよび普通の電線はいずれもＡＣ回路のスムーズな作動を保証することができるからである。しかし、短絡回路を採用する場合、ヒーターの警報および制御モジュールはヒーター温度コントローラ１０２の作動モードの切り換え、およびヒーター温度コントローラ１０２の温度設定値の変更に用いることができない（詳細については後述する）。

ヒーター温度コントローラ１０２に対する制御操作を行う場合、先に、特定の温度警報周波数と異なるＰＷＭ１’信号を送信しなければならない。ＰＷＭ１’信号が第１ヒーター温度コントローラ１０２の入力端に達した場合、第１ヒーター温度コントローラ１０２におけるマイクロプロセッサｕＰ１はフォトカプラによりＰＷＭ１’信号の周波数を検知する。制御信号の特定周波数の信号を送信すると確認された場合、ヒーター温度コントローラ１０２におけるマイクロプロセッサｕＰ１はコマンドを送信してフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲを強制的に閉じる。このように、特定周波数のＰＷＭ１’信号を第１ヒーター温度コントローラ１０２の第１出力端から出力させ、第２ヒーター温度コントローラ１０２の入力端に伝達することができる。同様に、ｎ個のヒーター温度コントローラ１０２のフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲが全て閉じるまで、後のヒーター温度コントローラ１０２におけるマイクロプロセッサは、コマンドを送信してフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲを１つずつ強制的に閉じる。

全てのヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲがいずれも強制で閉じられた後、メインプロセッサは５ＶのＤＣ電圧を出力することにより、回路の末端が短絡されたか否かを判断する。回路の末端がＤＣ短絡状態である場合、アナログ入力（ＡＩ）端は該５Ｖの電圧を測定できる。この場合、ヒーター温度コントローラ１０２に対する制御操作を停止する。このような条件のもと、トランジスタＱ１が閉じられた場合、回路全体は短絡状態になる。回路がターンオンされると、回路電流が大きすぎるため、制御回路の信頼性に影響を与える。

回路の末端が開回路状態であり、またはコンデンサを有することが証明された場合、アナログ入力（ＡＩ）端は５Ｖの電圧を測定することができない。この場合、トランジスタＱ１を閉じ、５ＶのＤＣを送信し始めまたは演算増幅器により出力を向上させた後に高出力ＰＷＭ２信号を出力し、ヒーター温度コントローラ１０２を制御する。沿線の全ての温度コントローラにおけるマイクロプロセッサｕＰ１は、受信した信号に基づき、かかる操作を行う。

図３は正常な警報の等価回路図である。トランジスタＱ１が開回路状態であるため、回路図から省略する。メインプロセッサｕＰ０は低出力ＰＷＭ１信号を送信する。全てのヒーターがいずれもヒーター温度コントローラ１０２の制御範囲に入った場合、ｎ個のヒーター温度コントローラ１０２のフォトカプラソリッドステートリレーは全てターンオンされる。直列接続されたヒーター温度コントローラ１０２におけるフォトカプラソリッドステートリレーＳＳＲ、端末コンデンサＣ１（０．１ｕＦ）、ＡＣ分圧コンデンサＣ２（０．０１ｕＦ）およびコンデンサＣ３（０．１ｕＦ）はコンデンサ回路を構成する。メインプロセッサｕＰ０は、正常なヒーターの作動状態を代表するＰＷＭ１パルスを受信することができる。よって全てのヒーターが正常に作動していると確定する。これらのリレーのいずれか１つが開回路状態である場合、少なくとも１つのヒーターがヒーターの設定温度に達していないことを表し、それにより、メインプロセッサｕＰ０により外部へ警報を出す。

コンデンサＣ１が接続されていない場合、警報機能を実現することができない。しかし、温度設定および操作モードを変える機能は依然として実行することができる。コンデンサＣ１が短絡された場合、警報機能は依然として実現することができるが、温度設定および操作モードを変える機能は実行することができない（システム自己保護）。

ヒーター温度コントローラ１０２の温度を設定する際に、以下のステップにより実現する。

１、温度制御のプリコマンドを送信し、ヒーター温度コントローラ１０２におけるソリッドステートリレーを強制で閉じる。

これは、メインプロセッサｕＰ０により、ＰＷＭ１信号ラインを介して、ヒーター温度コントローラ１０２に特定周波数のＰＷＭ１’信号を送信することである。ヒーター温度コントローラ１０２のマイクロプロセッサｕＰ１により該信号を検知した後、直ちにコマンドを送信し、ヒーター温度コントローラ１０２におけるソリッドステートリレーＳＳＲを１つずつ強制で閉じる。

２、回路がＤＣ短絡されたか否かを検知する。

この際、トランジスタＱ１が開回路状態である条件で、ヒーター温度コントローラ１０２に５ＶのＤＣ電圧を送信する。ヒーター温度コントローラ１０２のメインコントローラｕＰ０により５Ｖの電圧が検知された場合、回路がＤＣ短絡されたことを証明し、制御コマンドは送信されない。測定された電圧が５Ｖより低い場合、Ｑ１を閉じ、温度制御の操作を続ける。

３、温度を設定する。

ヒーター温度コントローラ１０２の温度設定は、メインプロセッサｕＰ０により高出力ＰＷＭ２信号を送信することにより実現する。演算増幅器により、ＰＷＭ２の出力が向上され、ＰＷＭ２は、ヒーター温度コントローラ１０２内部の全てのフォトカプラを駆動することができる。トランジスタＱ１はターンオンされている。これで、全てのフォトカプラ（数十個に達することができる）を駆動する十分な電流を有することができる。

ヒーター温度コントローラ１０２におけるマイクロプロセッサｕＰ１がＰＷＭ２のパルス信号を受信した場合、ヒーター温度コントローラ１０２内部のマイクロプロセッサｕＰ１は検知したＰＷＭ２信号周波数を温度設定値に変換し、チップに記憶する。

４、温度の表示を行う。

同時に多くのヒーター温度コントローラ１０２の温度設定を変えるため、本発明は３色ＬＥＤを採用してヒーター温度コントローラ１０２の設定温度を表示する。例えば、赤ランプが１回点滅するたびに１００℃を表し、緑ランプが１回点滅するたびに１０℃を表し、青ランプが１回点滅するたびに１℃を表し、速く点滅することは０を表す。このような設計は簡単化回路の設計を獲得することができる。そして、非常に直観的である。

このような温度設定方法は、複数のヒーター温度コントローラ１０２の温度設定値を同時に設定することができる。ヒーター温度コントローラ１０２のアドレスを設定する必要がないだけでなく、通信チップを取り付ける必要もない。コストを大幅に削減し、ユーザーに利便性を与える。

ヒーターの警報および制御モジュールは、さらに、スリープ制御／第２温度有効化を行うことができ、メインプロセッサにより提供される５Ｖ直流電圧により遂行される。この際、コンデンサは開回路状態に（ＤＣ電圧はコンデンサによりターンオンされることができない）なり、従って、等価回路において省略する。トランジスタＱ１はターンオンされており、全ての制御用フォトカプラは有効化され、全てのフォトカプラソリッドステートリレーはいずれも強制的に閉じられた状態になる。下図はヒーター温度コントローラのスリープ制御／第２温度有効化制御の等価回路図である。

このような作動条件のもと、ヒーターの警報および制御回路におけるＰＷＭ１は、５ＶのＤＣ電圧により開通される前に特定周波数のＰＷＭ１’信号を送信し、ヒーター温度コントローラ１０２内部のマイクロプロセッサｕＰ１にヒーター温度コントローラ１０２におけるソリッドステートリレーＳＳＲを強制的に閉じることを指示する。回路がＤＣ短絡されたか否かは、トランジスタＱ１が開回路された条件のもとで、回路に５ＶのＤＣ電圧を送信することにより測定される。回路がＤＣ短絡された場合、ヒーターの警報および制御回路は５Ｖの電圧を測定できる。このような条件のもと、ヒーターのスリープ制御のコマンドは実行されない。回路がＤＣ開回路である場合、ヒーターの警報および制御回路は５Ｖより低い電圧を測定することができる。このような条件においてのみ、ヒーターはスリープ制御のコマンドを送信する。この際、ヒーター温度コントローラ１０２内部のマイクロプロセッサは直流電圧を検知する。この直流電圧は２次温度制御をトリガーする。２次温度設定値が十分に低い場合、ヒーターはスリープ状態に入る。マイクロプロセッサｕＰ１には２次温度制御の温度値が予め記憶されており、５Ｖの直流電圧が検知されなかった場合、ヒーター温度コントローラ１０２はマイクロプロセッサｕＰ１における正常温度設定値を利用し、５Ｖの直流電圧が検知された場合、ヒーター温度コントローラ１０２はマイクロプロセッサｕＰ１における第２温度設定値を利用して温度制御を行う。

上記説明は本発明の好ましい実施例を示し記述したが、本発明は本明細書に開示された形態に限定されず、その他の実施例に対する排除と見なしてはならず、様々なその他の組合せ、補正および環境に用いられることができ、本明細書に記載の発明構想の範囲内で、上記教示またはかかる分野の技術又は知識により変更することができることを理解すべきである。当業者が行う変更と変化は本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、本発明の特許請求の範囲の保護範囲内であるべきである。

Claims (10)

1. ヒーターの警報および制御モジュールであって、
   メインプロセッサと、
   ヒーターの警報および制御回路と、
   ヒーター温度制御モジュールと、を含み、
   前記メインプロセッサは、ヒーターの警報および制御回路を介してヒーター温度制御モジュールに接続され、
   前記ヒーター温度制御モジュールは、
   マイクロプロセッサと、発光ダイオードおよび電源スイッチを含むフォトカプラソリッドステートリレーと、発光ダイオードおよびフォトトランジスタを含むフォトカプラと、を含むｎ個のヒーター温度コントローラを備え、
   前記マイクロプロセッサは、フォトカプラソリッドステートリレーとフォトカプラとに接続され、
   前記フォトカプラソリッドステートリレーの電源スイッチの一端はフォトカプラの発光ダイオードのアノードに接続され、前記電源スイッチと前記発光ダイオードのアノードとの接続点はヒーター温度コントローラの入力端を構成し、前記フォトカプラソリッドステートリレーの電源スイッチの他端は前記ヒーター温度コントローラの第１出力端であり、フォトカプラの発光ダイオードのカソードは前記ヒーター温度コントローラの第２出力端を構成し、フォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのアノードは直流電源に接続され、フォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードはマイクロプロセッサｕＰ１のＩ／Ｏインターフェースに接続され、フォトカプラのフォトトランジスタのコレクターは直流電源に接続され、エミッターは抵抗を介して接地されるとともにマイクロプロセッサのＣＣＰとアナログ信号入力端に接続され、
   前記ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサは、ヒーター温度制御モジュールに制御信号を提供し、前記制御信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端に入力され、第２ヒーター温度コントローラの入力端は第１ヒーター温度コントローラの第１出力端に接続され、同様に、第ｎのヒーター温度コントローラの入力端が第ｎ−１のヒーター温度コントローラの第１出力端に接続されるまで、後のヒーター温度コントローラの入力端は前のヒーター温度コントローラの第１出力端に順に接続され、ｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端は互いに接続され、前記第２出力端は、前記ヒーターの警報および制御回路を介してヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサに接続される、
   ことを特徴とするヒーターの警報および制御モジュール。
2. 第ｎのヒーター温度コントローラの第１出力端はコンデンサの一端に接続されており、前記コンデンサの他端はｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続されており、前記コンデンサのｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続された一端は前記ヒーターの警報および制御回路を介してヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサに接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
3. それぞれ制御モード、警報モード、または温度設定モードである３つの作動モードを実現するために、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサは、ヒーター温度制御モジュールに、直流電源信号、低出力ＰＷＭ信号および高出力ＰＷＭ信号の３つの制御信号を提供する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
4. 高出力ＰＷＭ信号は、演算増幅器により出力を向上された後、第１ヒーター温度コントローラの入力端に出力されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
5. ｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端はヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのアナログ信号入力端に接続されて直流電圧を測定できるとともに、第１コンデンサを介してヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのＣＣＰ端に接続されて周波数を測定でき、
   前記第１コンデンサのｎ個のヒーター温度コントローラの第２出力端に接続された一端はＡＣ分圧コンデンサを介して接地されているとともに、さらにトランジスタのコレクターに接続されており、
   前記トランジスタのベース電極はヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのＩ／Ｏ端に接続されており、トランジスタのエミッターは接地されており、前記トランジスタは警報する際にターンオフ状態になり、ヒーター温度コントローラを制御する際にターンオンされている、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
6. 入力信号が低出力ＰＷＭ信号である場合、前記低出力ＰＷＭ信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端からヒーター温度制御モジュールに入力され、ヒーター温度制御モジュールのｎ個のヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラは開回路状態になり、ｎ個のヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラソリッドステートリレーは直列回路を構成しており、
   ヒーターの温度がヒーター温度コントローラの設定値より低い場合、フォトカプラソリッドステートリレーが開回路状態になるように、ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサはフォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて高電位を出力しており、
   ヒーターの温度がヒーター温度コントローラの制御範囲に入った場合、フォトカプラソリッドステートリレーが閉状態になるように、ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサはフォトカプラソリッドステートリレーの発光ダイオードのカソードのＩ／Ｏインターフェースに接続されて低電位を出力しており、直列接続されたｎ個のフォトカプラソリッドステートリレーに、前記第１出力端と前記第２出力端とに接続された前記コンデンサを加え、警報制御回路の回路を構成している、
   ことを特徴とする請求項５に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
7. ヒーターの警報および制御モジュールによりヒーター温度コントローラに対する制御操作を行う場合、先に、特定周波数のＰＷＭ信号を送信し、前記特定周波数のＰＷＭ信号は第１ヒーター温度コントローラの入力端に入力されており、第１ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサはフォトカプラを介して前記特定周波数のＰＷＭ信号の周波数を検知し、ヒーターの警報および制御モジュールにより制御信号の特定周波数のＰＷＭ信号を送信すると確認された場合、ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサは、コマンドを送信してフォトカプラソリッドステートリレーを強制的に閉じ、前記特定周波数のＰＷＭ信号を第１温度コントローラの第１出力端から出力させ、第２ヒーター温度コントローラの入力端に伝達し、同様に、ｎ個のヒーター温度コントローラのフォトカプラソリッドステートリレーの全てが閉じるまで、後のヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサはコマンドを送信してそれぞれ制御しているフォトカプラソリッドステートリレーを１つずつ強制で閉じ、ヒーターの警報および制御モジュールは前記トランジスタを閉じ、直流電圧信号を送信し始め、または演算増幅器を介して出力を向上させた後に高出力ＰＷＭ信号を出力し、各ヒーター温度コントローラを制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
8. 全てのヒーター温度コントローラにおけるフォトカプラソリッドステートリレーがいずれも強制的に閉じられた後、ヒーターの警報および制御モジュールは直流電圧信号を出力して回路の末端が短絡されたか否かを判断し、回路の末端が直流短絡状態である場合、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのアナログ入力端は、前記直流電圧信号を測定し、ヒーター温度コントローラに対する制御操作を停止し、回路の末端が開回路状態であり、またはコンデンサを有する場合、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサのアナログ入力端は前記直流電圧信号を測定できず、ヒーター温度コントローラに対する制御操作を続ける、
   ことを特徴とする請求項７に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
9. ヒーター温度コントローラの温度設定は、ヒーターの警報および制御モジュールのメインプロセッサにより高出力ＰＷＭ信号を送信することにより実現され、高出力ＰＷＭ信号は、演算増幅器を介して出力を向上された後、ヒーター温度コントローラ内部の全てのフォトカプラを駆動することができ、前記トランジスタはターンオンされ、ヒーター温度コントローラにおけるマイクロプロセッサが増幅された後の前記高出力ＰＷＭ信号を受信した場合、ヒーター温度コントローラ内部のマイクロプロセッサは検知された高出力ＰＷＭ信号の周波数を温度設定値に変換する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載のヒーターの警報および制御モジュール。
10. ヒーターのスリープ制御／第２温度有効化制御は、ヒーターの警報および制御モジュールにより提供される直流電圧信号により実現することができ、各ヒーター温度コントローラ内部のマイクロプロセッサには第２温度設定値が記憶され、ヒーターの警報および制御モジュールが前記トランジスタを閉じることにより各ヒーター温度コントローラを制御する場合、直流電圧信号を送信し、各ヒーター温度コントローラのマイクロプロセッサは前記直流電圧信号を検知し、前記直流電圧信号が検知されなかった場合、温度コントローラはマイクロプロセッサにおける正常温度設定値を利用し、前記直流電圧信号が検知された場合、温度コントローラはマイクロプロセッサにおける第２温度設定値を利用して温度を制御する、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載のヒーターの警報および制御モジュール。