KR100303065B1 - temperature process control system for heating system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 요업, 제철, 석유화학, 냉난방, 냉온창고, 농장 등에서 이용하는 각종 로나 열처리장치 등의 온도를 제어하는 열처리기기용 온도공정제어장치에 관한 것으로, 종래의 온도공정제어장치가 정밀한 온도제어가 불가능하고, 다양한 열처리기기에 적용할 수 없음을 해결한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치는, 열처리기기의 온도를 전기량으로 검출하는 온도센서와; 상기 온도센서의 출력신호를 디지털회로에서 인식할 수 있는 전기신호로 변환해주는 트랜스듀서와; 상기 트랜스듀서의 출력신호를 분석하여 PID제어방식으로 온도를 제어하며, PID제어기의 계수 설정에 자동동조기법을 이용하고 설정된 계수가 오차범위를 벗어날 때는 백워드기법으로 계수를 보정하는 마이크로컨트롤러와; 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 열처리기기로 입력되는 전력을 스위칭하는 스위칭소자와; 상기 마이크로컨트롤러와 동일한 온도공정제어방식을 가지며, 더불어 화면상에 온도변화를 디스플레이하고, GUI(Graphical User Interface)방식으로 온도를 제어할 수 있도록 프로그래밍된 컴퓨터와; 상기 마이크로컨트롤러와 상기 컴퓨터가 네트워크를 구성하여, 원거리에 위치한 상기 컴퓨터가 상기 마이크로컨트롤러를 통하여 열처리기기의 온도공정제어가 가능하도록 해주는 통신모듈을 포함하여 구성되어, 일차적으로는 상기 컴퓨터에서 상기 마이크로컨트롤러를 I/O처럼 제어하여 온도공정제어를 수행하고, 상기 컴퓨터 고장시에는 제어권이 마이크로컨트롤러로 이전하는 fail-safe 개념을 갖는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 마이크로컨트롤러와 컴퓨터는 온도상승구간의 최대기울기(R)와, 오버슈팅이 발생하여 다시 셋포인트까지 돌아오기까지의 시간(L1)의 1/2을 지연시간(L)으로 하여 자동동조기법에 의해 PID제어기의 계수를 설정하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a temperature process control apparatus for heat treatment equipment for controlling the temperature of various furnaces and heat treatment apparatuses used in ceramics, steelmaking, petrochemical, air-conditioning, cold and hot warehouses, farms, etc. It is impossible to solve the problem, and can not be applied to various heat treatment equipment. To this end, a temperature process control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention includes a temperature sensor for detecting the temperature of the heat treatment apparatus as an electric quantity; A transducer for converting the output signal of the temperature sensor into an electrical signal that can be recognized by a digital circuit; A microcontroller that analyzes the output signal of the transducer and controls the temperature by a PID control method, uses auto-tuning to set the coefficient of the PID controller, and corrects the coefficient by a backward method when the set coefficient is out of an error range; A switching element for switching power input to the heat treatment device according to the control signal of the microcontroller; A computer having the same temperature process control method as the microcontroller, and displaying a temperature change on a screen and programmed to control the temperature by a graphical user interface (GUI) method; The microcontroller and the computer form a network, the remote controller comprising a communication module that enables the temperature control of the heat treatment device through the microcontroller, primarily in the computer Is controlled as I / O to perform temperature process control, and in case of computer failure, the control right has a fail-safe concept of transferring to a microcontroller. The microcontroller and the computer are automatically tuned using a maximum slope (R) of the temperature rise section and a delay time (L) of 1/2 of the time (L1) between overshooting and returning to the set point. It is characterized by setting the coefficient of the PID controller.

이상과 같은 열처리기기용 온도공정제어장치는 PID제어방식과, 자동동조기법, 백워드기법을 적용하여 정밀한 온도제어가 가능하고, 자동동조기법의 적용으로 다양한 열처리기기의 온도공정제어에 적용할 수 있다. 또한, GUI방식의 도입으로 운영자가 간편하게 온도를 제어할 수 있고, 통신모듈을 사용하여 원거리에서도 온도공정제어가 가능하다는 이점이 있다.The temperature process control device for heat treatment equipment as described above is capable of precise temperature control by applying PID control method, automatic tuning technique, and backward technique, and it can be applied to temperature process control of various heat treatment apparatus by applying automatic tuning technique. have. In addition, the introduction of the GUI method, the operator can easily control the temperature, there is an advantage that the temperature process control at a long distance by using a communication module.

Description

열처리기기용 온도공정제어장치{temperature process control system for heating system}Temperature process control system for heat treatment equipment {temperature process control system for heating system}

본 발명은 요업, 제철, 석유화학, 냉난방, 냉온창고, 농장 등에서 이용하는 각종 로(爐)나 열처리기기 등 잠열이 대단히 많은 열처리 시스템의 온도를 제어하는 온도공정제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정밀한 온도공정제어가 가능하고, GUI(Graphical User Interface)방식으로 간편하게 온도공정제어가 가능한 열처리기기용 온도공정제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature process control device for controlling the temperature of a heat treatment system having a very high latent heat, such as various furnaces and heat treatment equipments used in ceramics, steelmaking, petrochemical, air-conditioning, cold and hot warehouses, and farms. The present invention relates to a temperature process control device for a heat treatment device capable of precise temperature process control and simple temperature process control by a GUI (Graphical User Interface) method.

각종 로나 열처리기기는 공업용, 조리용, 요업용, 취미용 등 산업이나 실생활에서 사용되지 않는 곳이 없을 정도로 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히 전기로는 온도공정제어가 다른 로에 비해 간단하고, 용재에 불순물이 들어가지 않기 때문에 공업용 로로 많이 이용되고 있다. 또한, 공방이나 가정에서 소규모로 도자기의 건조와 같은 공예품의 제작시에도 흔히 이용된다.Various furnaces and heat treatment apparatuses are used in various fields such as industrial, cooking, ceramics, hobby, etc., so that there is no place which is not used in industrial or real life. In particular, electric furnaces are used for industrial furnaces because temperature process control is simpler than other furnaces and impurities do not enter the material. It is also commonly used in the production of crafts such as drying ceramics on a small scale in a studio or home.

이러한 로와 열처리기기의 온도공정제어에 있어서, 고부가가치인 열처리분야와 요업 분야는 정밀한 온도공정제어와 여러 단계의 소성공정을 요구한다. 어떤 온도에서 어느 정도의 시간동안 소성하느냐에 따라서 물성이 달라지기 때문에 이 분야에서의 온도공정제어는 매우 중요하다고 할 수 있다.In the temperature process control of the furnace and the heat treatment apparatus, the high value-added heat treatment field and ceramics field require precise temperature process control and various steps of firing process. The temperature process control in this field is very important because the physical properties vary depending on the firing time and at what temperature.

상기와 같은 열처리분야에서는 정밀한 온도공정제어가 필요하지만 종래의 열처리기기용 온도공정제어장치는 상기와 같은 요구를 만족시키지 못한다. 그리고 모든 제어개념이 전자, 정보산업의 급속한 발달로 인해 종래에 수행하던 수동 및 시퀀스적인 제어에서 자동제어관리 개념으로 바뀌고 있는 추세이다. 그러나 종래의 열처리기기용 온도공정제어장치는 멀티제어, 통신제어, 화면제어, 연동제어 등의 개념이 없는 8비트 마이크로프로세서를 이용한 단독제어개념을 가진 제어기이다. 따라서, 간단한 제어동작만 수행하고, 기계어를 기본으로 프로그램한 제어기이므로 다양한 알로리즘을 적용하기 어려워 정밀한 온도공정제어를 할 수 없다는문제점이 있다. 또한, 진행중인 처리값들을 디스플레이하지 못한다. 따라서, 고장유무의 판단이 어렵고 오동작시 원인을 찾기가 대단히 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 프로그램의 수정과 보완이 어렵기 때문에 제어기의 기능을 추가하려면 전체 프로그램을 수정해야 하는 불편함이 있다. 그리고 제어기의 계수를 실험적인 기법이나 시행오차법을 적용하여 제어대상마다 설정해야 하며, 한 대의 제어기로 한 대의 시스템만 제어할 수 있기 때문에 제어기의 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.Although precise temperature process control is required in the heat treatment field as described above, the conventional temperature process control apparatus for heat treatment equipment does not satisfy the above requirements. In addition, due to the rapid development of the electronic and information industries, all the control concepts are changing from the manual and sequence control that is conventionally performed to the concept of automatic control management. However, the conventional temperature process control apparatus for heat treatment equipment is a controller having an independent control concept using an 8-bit microprocessor without the concept of multi-control, communication control, screen control, interlock control, and the like. Therefore, since the controller performs only simple control operations and is programmed based on the machine language, it is difficult to apply various algorithms, and thus, there is a problem that precise temperature process control cannot be performed. Also, it does not display processing values in progress. Therefore, there is a problem that it is difficult to determine whether there is a failure and very difficult to find the cause when malfunctioning. In addition, since it is difficult to modify and supplement the program, it is inconvenient to modify the entire program to add a function of the controller. In addition, the coefficient of the controller must be set for each control object by applying an experimental technique or a trial and error method, and there is a problem in that the efficiency of the controller is lowered because only one system can be controlled by one controller.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 정밀한 온도공정제어가 가능한 열처리기기용 온도공정제어장치의 제공을 제1목적으로 한다.Accordingly, the present invention has a first object to provide a temperature process control device for heat treatment equipment capable of precise temperature process control in order to solve the above problems.

그리고 다양한 열처리기기의 온도공정제어에 사용할 수 있도록 제어기의 계수를 자동으로 세팅할 수 있는 범용성을 지닌 열처리기기용 온도공정제어장치의 제공을 제2의 목적으로 한다.It is a second object of the present invention to provide a temperature process control device for heat treatment equipment having a general purpose that can automatically set coefficients of a controller so as to be used for temperature process control of various heat treatment equipment.

그리고 원거리에서도 화면을 통하여 온도공정제어가 가능한 열처리기기용 온도공정제어장치의 제공을 제3의 목적으로 한다.And a third object of the present invention is to provide a temperature process control device for a heat treatment device capable of temperature process control through a screen at a distance.

도1은 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치의 블럭도.1 is a block diagram of a temperature process control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention.

도2는 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치의 시스템 구성도.2 is a system configuration of a temperature process control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention.

도3은 자동동조기법을 설명하기 위한 도면.3 is a diagram for explaining an automatic tuning technique.

도4는 본 발명에 따른 온도공정제어프로그램의 전체적인 순서도.4 is an overall flowchart of a temperature process control program according to the present invention;

도5는 본 발명에 따른 온도공정제어프로그램이 실행될 때의 제어화면.5 is a control screen when the temperature process control program according to the present invention is executed;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 전기로 3 : 온도센서1: electric furnace 3: temperature sensor

10 : 온도공정제어기 11 : 마이크로컨트롤러10 Temperature Controller 11 Microcontroller

13 : 트라이악 19 : 메인컴퓨터13: triac 19: main computer

21 : RS-232C 통신모듈 23 : RS-485 통신모듈21: RS-232C communication module 23: RS-485 communication module

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치는, 열처리기기의 온도를 전기량으로 검출하는 온도센서와; 상기 온도센서의 출력신호를 디지털회로에서 인식할 수 있는 전기신호로 변환해주는 트랜스듀서와; 상기 트랜스듀서의 출력신호를 분석하여 PID제어방식으로 온도를 제어하며, PID제어기의 계수 설정에 자동동조기법을 이용하고 설정된 계수가 오차범위를 벗어날 때는백워드기법으로 계수를 보정하는 마이크로컨트롤러와; 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 열처리기기로 입력되는 전력을 스위칭하는 스위칭소자와; 상기 마이크로컨트롤러와 동일한 온도공정제어방식을 가지며, 더불어 화면상에 온도변화를 디스플레이하고, GUI(Graphical User Interface)방식으로 온도를 제어할 수 있도록 프로그래밍된 컴퓨터와; 상기 마이크로컨트롤러와 상기 컴퓨터가 네트워크를 구성하여, 원거리에 위치한 상기 컴퓨터가 상기 마이크로컨트롤러를 통하여 열처리기기의 온도공정제어가 가능하도록 해주는 통신모듈을 포함하여 구성되어, 일차적으로는 상기 컴퓨터에서 상기 마이크로컨트롤러를 I/O처럼 제어하여 온도공정제어를 수행하고, 상기 컴퓨터 고장시에는 제어권이 마이크로컨트롤러로 이전하는 fail-safe 개념을 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a temperature processing control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention includes a temperature sensor for detecting the temperature of the heat treatment apparatus as an electric quantity; A transducer for converting the output signal of the temperature sensor into an electrical signal that can be recognized by a digital circuit; A microcontroller that analyzes the output signal of the transducer to control the temperature by a PID control method, uses auto-tuning to set the coefficient of the PID controller, and corrects the coefficient by a backward method when the set coefficient is out of an error range; A switching element for switching power input to the heat treatment device according to the control signal of the microcontroller; A computer having the same temperature process control method as the microcontroller, and displaying a temperature change on a screen and programmed to control the temperature by a graphical user interface (GUI) method; The microcontroller and the computer form a network, the remote controller comprising a communication module that enables the temperature control of the heat treatment device through the microcontroller, primarily in the computer Is controlled as I / O to perform temperature process control, and in case of computer failure, the control right has a fail-safe concept of transferring to a microcontroller.

또한, 상기 마이크로컨트롤러와 컴퓨터는, 자동동조기법에 의해 PID제어기의 계수를 자동으로 설정하는데 있어서, 온도상승구간의 최대기울기(R)와, 오버슈팅이 발생하여 다시 셋포인트(set point)까지 돌아오기까지의 시간(L1)의 1/2을 지연시간(L)으로 하여 자동동조기법에 의해 PID제어기의 계수를 자동으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the microcontroller and the computer automatically set the coefficients of the PID controller by an automatic tuning method, and the maximum slope R and overshooting occur to return to the set point. It is characterized by setting the coefficient of the PID controller automatically by the auto-tuning method by setting 1/2 of the time L1 to the delay time as the delay time L.

또한, 상기 통신모듈은, 상기 컴퓨터에서 다수개의 열처리기기를 제어할 수 있도록 분산형 데이터수집모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In addition, the communication module, characterized in that it comprises a distributed data collection module to control a plurality of heat treatment equipment from the computer.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치의 일 실시예를 블럭도로 나타낸 것으로 제어대상이 전기로인 경우이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a temperature process control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention, in which the control target is an electric furnace.

도1을 살펴보면, 전기로(1)가 있고, 전기로(1)의 다음 단에는 온도센서(3)가 있고, 온도센서(3)의 다음 단에는 증폭기(5)가 있다. 증폭기(5)의 다음 단에는 A/D 컨버터(7), 제1통신모듈(9), 마이크로컨트롤러(11)가 있다. 다시 마이크로컨트롤러(11)는 제2통신모듈(15)을 통해 메인컴퓨터(퍼스널컴퓨터)와 연결된다. 그리고 마이크로컨트롤러(11)의 제어를 받는 LCD(15)와 트라이악(13)이 있다.Referring to FIG. 1, there is an electric furnace 1, a temperature sensor 3 at the next stage of the electric furnace 1, and an amplifier 5 at the next stage of the temperature sensor 3. Next to the amplifier 5 is an A / D converter 7, a first communication module 9, and a microcontroller 11. Again, the microcontroller 11 is connected to the main computer (personal computer) through the second communication module (15). And the LCD 15 and the triac 13 which are controlled by the microcontroller 11.

상기 온도센서(3)는 전기로의 온도를 전기량(전압)으로 측정하기 위한 구성이고, 상기 증폭기(5)는 온도센서(3)가 출력한 전압을 증폭하기 위한 구성이다.The temperature sensor 3 is a component for measuring the temperature of the electric furnace by an electric quantity (voltage), and the amplifier 5 is a component for amplifying the voltage output by the temperature sensor 3.

상기 온도센서(3)는 전기로의 온도에 비례하는 전압을 출력한다. 그러나 이러한 온도센서(3)는 출력하는 전압이 매우 미세한 수 mV 정도이다. 따라서, 0~5[V] 정도의 전압에서 동작하는 디지털회로에서는 수 mV의 전압은 취급하기에 부적당하다. 또한, 온도를 측정하는 주변환경에서 유입되는 고주파잡음 등의 영향을 받아 온도센서(3)의 출력전압에 노이즈가 침입할 수 있으므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 증폭기(5)를 이용하여 온도센서(3)의 출력전압을 증폭하도록 구성한 것이다. 온도센서(3)가 출력한 수 mV의 전압은 증폭기(5)에 의해 증폭되어 수 V 로 된다.The temperature sensor 3 outputs a voltage proportional to the temperature of the electric furnace. However, the temperature sensor 3 has a very small voltage of several mV. Therefore, in a digital circuit operating at a voltage of about 0 to 5 [V], a voltage of several mV is not suitable for handling. In addition, noise may invade the output voltage of the temperature sensor 3 under the influence of high frequency noise, etc., introduced from the ambient environment for measuring the temperature. It is configured to amplify the output voltage of 3). The voltage of several mV output by the temperature sensor 3 is amplified by the amplifier 5 and becomes several volts.

상기 증폭기(5) 외에도 센서(3)의 출력신호를 필터링하고, 노이즈에 강하도록 설계할 필요가 있다. 예를 들면 온도센서의 다음 단에 필터를 삽입한 다음 증폭하도록 구성하던가, 노이즈가 칩입하지 못하도록 정전차폐를 시키는 등의 설계가 바람직하다. 도1에는 상세한 구성은 도시하지 않고 가장 중요한 증폭기(5)만 도시하였다.In addition to the amplifier 5, it is necessary to filter the output signal of the sensor 3 and design it to be resistant to noise. For example, it is preferable to insert a filter at the next stage of the temperature sensor and then amplify the circuit, or to perform electrostatic shielding to prevent noise from entering. In Fig. 1, only the most important amplifier 5 is shown, not a detailed configuration.

다음으로, 증폭기(5) 다음 단의 A/D 컨버터(7)는 온도센서(3)가 출력한 전압을 디지털회로에서 인식할 수 있도록 디지털화시키기 위한 구성이다.Next, the A / D converter 7 next to the amplifier 5 is configured to digitize the voltage output by the temperature sensor 3 so that the digital circuit can recognize it.

다음으로, 마이크로컨트롤러(11)는 실질적인 온도공정제어를 담당하는 부분으로, 본 실시예에서는 Microchip사에서 개발한 PIC 마이크로컨트롤러를 이용하였다. PIC 마이크로컨트롤러는 원칩으로 구성되어 A/D 컨버터나 타이머, 메모리, I/O 등 다양한 주변장치를 내장하고 있으며 가격도 저렴하여 근래에 각광받고 있는 마이크로컨트롤러이다. 본 실시예에서는 마이크로컨트롤러(11)가 A/D 컨버터를 내장하고 있지 않아, 마이크로컨트롤러(11)의 외부에 A/D 컨버터(7)를 따로 구성하였으나, A/D 컨버터(7)가 내장된 마이크로컨트롤러(11)를 사용한다면 본 실시예를 따르지 않고, 마이크로컨트롤러(11)의 외부에 별도의 A/D 컨버터를 구성하지 않아도 된다. 이럴 경우 온도공정제어장치의 구성은 훨씬 간단해질 것이다.Next, the microcontroller 11 is a part in charge of substantial temperature process control. In this embodiment, a PIC microcontroller developed by Microchip was used. PIC microcontroller is a microcontroller that is composed of one chip and contains various peripheral devices such as A / D converter, timer, memory and I / O. In the present embodiment, since the microcontroller 11 does not have an A / D converter, the A / D converter 7 is separately configured outside the microcontroller 11, but the A / D converter 7 is built in. If the microcontroller 11 is used, it is not necessary to configure the A / D converter outside the microcontroller 11 without following the present embodiment. In this case, the construction of the temperature process control device will be much simpler.

상기 마이크로컨트롤러(11)는 온도공정제어프로그램을 실행하여 온도공정제어를 행한다. 본 실시예에서 이용한 온도공정제어 알고리즘을 간략히 설명하면, 기본적으로 PID제어방식이며, 제어기의 계수를 자동으로 설정하도록 자동동조기법을 도입하였으며, 계수설정이 오차범위를 벗어나는 경우에 대비하여 계수를 백워드기법으로 보정하도록 하였다. 온도공정제어프로그램에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다. 마이크로컨트롤러(11)는 LCD(15)를 통하여 온도공정제어결과나 여러가지 사항들을 디스플레이한다.The microcontroller 11 executes a temperature process control program to perform temperature process control. Briefly, the temperature process control algorithm used in this embodiment is basically a PID control method, and an automatic tuning method is introduced to automatically set the coefficients of the controller, and the coefficients are back in case the coefficient setting is out of the error range. Correction was made by word technique. Detailed description of the temperature process control program will be described later. The microcontroller 11 displays the temperature process control results or various items through the LCD 15.

다음으로, 상기 제1통신모듈(9)은 상기 A/D 컨버터(7)와 마이크로컨트롤러(11)를 통신으로 연결시켜주기 위한 구성으로, 본 실시예에서는RS-232C와 RS-485, 그리고 통신프로토콜을 이용하여 구성하였다. 상기 RS-232C는 직렬통신에 많이 이용되는 인터페이스방식이며, 상기 RS-485는 분산시스템에서 데이터를 취합할 때 많이 이용하는 인터페이스방식이다. 본 실시예에서는 전기로의 온도를 원거리에서도 제어할 수 있도록 상기와 같은 RS-232C를 도입하였고, 또한 다수개의 전기로를 1개의 제어장치로 제어할 수 있도록 RS-485를 도입하였다. 그러나 제어해야 할 전기로나 열처리기기가 다수개가 아닌 1개일 때는 RS-485를 이용하지 않아도 되며, 원거리가 아닌 근거리에서 온도공정제어를 한다면 RS-232C를 이용하지 않고 바로 원보드(On-board)로 온도공정제어기를 구성해도 된다.Next, the first communication module 9 is configured to connect the A / D converter 7 and the microcontroller 11 by communication. In this embodiment, RS-232C and RS-485, and communication It was constructed using the protocol. The RS-232C is an interface method commonly used for serial communication, and the RS-485 is an interface method commonly used when collecting data in a distributed system. In this embodiment, RS-232C as described above was introduced to control the temperature of the electric furnace at a long distance, and RS-485 was introduced to control a plurality of electric furnaces with one controller. However, when there are one electric furnace or heat treatment equipment to control, it is not necessary to use RS-485. If the temperature process is controlled at a short distance rather than a long distance, RS-232C is not used. You may comprise a temperature process controller.

다음으로, 상기 트라이악(13)은 상기 마이크로컨트롤러(11)의 제어신호를 받아 전기로(1)로 입력되는 전력을 스위칭하기 위한 구성이다. 전력전자분야의 발달로 전력용 반도체소자가 여러가지 개발되어 있다. 그리고 대규모 전력용 반도체도 개발되어 있다. 교류전력을 양방향으로 제어할 수 있는 전력용 반도체소자로서 대표적인 것이 상기 트라이악이다. 본 실시예에서는 트라이악(13)을 스위칭소자로 사용하였지만 주변환경이 열악하여 스위칭소자로 반도체소자를 사용하기 어려운 곳에는 본 실시예를 따르지 않고 기계적 스위칭소자인 릴레이를 사용하여 구성하는 것도 가능하다.Next, the triac 13 is configured to switch the power input to the electric furnace 1 in response to the control signal of the microcontroller 11. BACKGROUND With the development of the power electronic field, various power semiconductor devices have been developed. Large-scale power semiconductors have also been developed. The triac is a representative power semiconductor device capable of controlling AC power in both directions. In the present embodiment, the triac 13 is used as a switching element, but in a place where it is difficult to use a semiconductor element as a switching element due to poor surrounding environment, it is also possible to use a relay as a mechanical switching element without following this embodiment. .

다음으로, 상기 제2통신모듈(17)은 앞서 제1통신모듈(9)과 동일한 RS-232C와 RS-485, 통신프로토콜을 이용하여 구성하였으며, 이는 메인컴퓨터(19)에서 다수개의 온도공정제어기로부터 데이터를 취합하거나, 다수개의 온도공정제어기로 데이터를 송신할 수 있도록 구성한 것이다. 또한, 상기 제2통신모듈(17)의 도입으로 약1.2km까지 원거리제어가 가능해진다.Next, the second communication module 17 is configured by using the same RS-232C, RS-485, and communication protocol as the first communication module 9, which is a plurality of temperature process controllers in the main computer 19. It can be configured to collect data from or transmit data to multiple temperature process controllers. In addition, the introduction of the second communication module 17 enables remote control to about 1.2 km.

다음으로, 상기 메인컴퓨터(19)는 GUI방식에 의한 그래픽화면처리로 온도공정제어및 감시, 관리 등이 쉽도록 프로그램되어 있으며, 마이크로컨트롤러(11)와 연동하여 전기로(1)의 온도를 제어하기 위하여 제2통신모듈(17)로 연결하였다.Next, the main computer 19 is programmed to facilitate the temperature process control, monitoring, management, etc. by the graphic screen processing by the GUI method, and controls the temperature of the electric furnace 1 in conjunction with the microcontroller 11. In order to connect to the second communication module 17.

공장과 같은 대규모시스템의 경우에는 구내의 모든 시스템을 중앙제어실의 메인컴퓨터에서 GUI방식으로 제어하는 것이 일반적이다. 따라서, 본 온도공정제어장치도 GUI방식으로 제어가 가능하도록 퍼스널컴퓨터(메인컴퓨터)를 도입하고 온도공정제어프로그램을 적절히 구성하였다. 온도공정제어프로그램은 메인컴퓨터(19)에서 작동되도록 윈도우즈를 운영체제로 하여 작성하였으며, 언어로는 객체지향적 언어인 'Visual C'를 이용하였다. 객체지향적 언어의 사용으로 상기 온도공정제어프로그램은 업그레이드 및 유지보수 기능이 탁월하다.In the case of large-scale systems such as factories, it is common to control all the systems in the premises using a GUI method from the main computer in the central control room. Therefore, a personal computer (main computer) was introduced so that this temperature process control device can also be controlled by the GUI method, and the temperature process control program was appropriately configured. The temperature process control program was written using Windows as an operating system to operate on the main computer 19, and the object-oriented language 'Visual C' was used as the language. The use of object-oriented language makes the temperature process control program excellent in its upgrade and maintenance functions.

그리고 본 실시예에서는 상기 마이크로컨트롤러(11)를 중심으로 한 온도공정제어기(10)와 메인컴퓨터(19)에서 이중으로 온도공정제어가 가능하도록 구성하였다. 온도공정제어기(10)에는 마이크로컨트롤러(11)와 LCD(15)가 구성되어 있기 때문에 단독으로 전기로(1)의 온도를 제어하고, 제어결과를 LCD(15)를 통해 디스플레이할 수 있다. 물론 메인컴퓨터(19)를 이용한 GUI방식에 비할 바는 못되지만 LCD(15)를 통해서 문자나 간단한 그래픽으로 제어결과를 디스플레이하는 것은 가능하다. LCD(15)에 디스플레이된 내용에 따라 운영자는 온도를 재설정하거나 적당한 조취를 취하게 된다.In the present embodiment, the temperature process controller 10 and the main computer 19 centered on the microcontroller 11 are configured to allow the temperature process control to be dual. Since the temperature controller 10 has a microcontroller 11 and an LCD 15, the temperature of the electric furnace 1 can be controlled alone, and the control results can be displayed through the LCD 15. Of course, it is not comparable to the GUI method using the main computer 19, but it is possible to display the control results in a character or simple graphics through the LCD (15). Depending on what is displayed on the LCD 15, the operator resets the temperature or takes the appropriate action.

이와 같은 방식으로 온도공정제어기(10) 단독으로 온도공정제어를 행할 수있고 또한, 온도공정제어기(10)와 메인컴퓨터(19)가 연동하여 전기로(1)의 온도를 제어할 수도 있다. 메인컴퓨터(19)와 온도공정제어기(10)가 연동하여 온도를 제어할 때는 온도공정제어기(10)가 메인컴퓨터(19)의 I/O 역할을 한다. 즉, 온도공정제어기(10)의 마이크로컨트롤러(11)는 온도센서(3)가 측정한 전기로(1)의 온도값을 제2통신모듈(17)을 통해 메인컴퓨터(19)로 전송해준다. 메인컴퓨터(19)는 온도제어프로그램에 의해 현재 전기로(1)의 온도상태를 파악하고, 적당한 제어신호를 제2통신모듈(17)을 통해 마이크로컨트롤러(11)로 출력한다. 마이크로컨트롤러(11)는 메인컴퓨터(19)로부터 다운로드한 데이터 즉, 제어신호에 따라 트라이악(13)을 제어하여 전기로(1)의 온도를 제어한다.In this manner, the temperature process controller 10 alone may perform temperature process control, and the temperature process controller 10 and the main computer 19 may be linked to control the temperature of the electric furnace 1. When the main computer 19 and the temperature process controller 10 interlock to control the temperature, the temperature process controller 10 serves as an I / O of the main computer 19. That is, the microcontroller 11 of the temperature process controller 10 transmits the temperature value of the electric furnace 1 measured by the temperature sensor 3 to the main computer 19 through the second communication module 17. The main computer 19 grasps the temperature state of the current electric furnace 1 by the temperature control program, and outputs an appropriate control signal to the microcontroller 11 through the second communication module 17. The microcontroller 11 controls the temperature of the electric furnace 1 by controlling the triac 13 according to data downloaded from the main computer 19, that is, a control signal.

이와 같이 마이크로컨트롤러(11) 단독으로 온도공정제어가 가능하고 또한, 메인컴퓨터(19)와 연동으로 온도공정제어가 가능하도록 구성한 이유는 온도공정제어시스템의 이중화를 기한 것으로 본 실시예에서는 fail-safe 알고리즘을 적용하였다. 예기치 않은 사고로 메인컴퓨터(19)가 작동을 멈추게 되면 마이크로컨트롤러(11)로 제어권을 넘겨 마이크로컨트롤러(11)를 중심으로 한 온도공정제어기(10)에서 단독으로 전기로(1)의 온도공정제어를 행하도록 구성하였다.The reason why the microcontroller 11 is capable of controlling the temperature process alone and the temperature process control in conjunction with the main computer 19 is due to the duplication of the temperature process control system. The algorithm was applied. When the main computer 19 stops operating due to an unexpected accident, the control right is transferred to the microcontroller 11 and the temperature process control of the electric furnace 1 is performed by the temperature process controller 10 around the microcontroller 11 alone. It was configured to do.

다음으로, 도2(a)는 본 실시예에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치의 단일 시스템 구성도로, 1개의 전기로(1)의 온도를 원거리에서 제어할 때의 개략적인 구성도이고, 도2(b)는 온도공정제어장치의 다중 시스템 구성도이다.Next, Fig. 2 (a) is a single system configuration diagram of a temperature process control device for a heat treatment apparatus according to the present embodiment, which is a schematic configuration diagram when remotely controlling the temperature of one electric furnace 1, and Fig. 2 (b) is a multiple system configuration diagram of a temperature process control device.

도2(a)를 살펴보면, 본 실시예에 따른 온도공정제어장치(10)는 전기로(1)로부터 온도신호를 입력받고, 전기로(1)로 동작신호를 출력한다. 그리고메인컴퓨터(17)와 RS-232C 통신모듈(21)를 통해 연결된다.Referring to FIG. 2A, the temperature process control apparatus 10 according to the present embodiment receives a temperature signal from the electric furnace 1 and outputs an operation signal to the electric furnace 1. And it is connected to the main computer 17 and the RS-232C communication module 21.

도2(b)을 살펴보면, N개의 전기로가 있고, 각각의 전기로에는 본 발명에서 구성한 온도공정제어기가 연결되고, RS-485 통신모듈(23)에 N개의 온도공정제어기가 연결되어 있다. RS-485 통신모듈(23)은 RS-232C 통신모듈(21)에 연결되고, 상기 RS-232C 통신모듈(21)은 메인컴퓨터(17)와 연결된다.Referring to FIG. 2 (b), there are N electric furnaces, and each electric furnace is connected to a temperature process controller configured in the present invention, and N temperature process controllers are connected to the RS-485 communication module 23. The RS-485 communication module 23 is connected to the RS-232C communication module 21, and the RS-232C communication module 21 is connected to the main computer 17.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 온도공정제어장치는 RS-485와 RS-232C 통신모듈(21, 23)을 이용하며, 이럴 경우 제어가능거리가 약 1.2km까지 연장된다.As described above, the temperature process control apparatus according to the present invention uses RS-485 and RS-232C communication modules 21 and 23, in which case the controllable distance is extended to about 1.2 km.

다음으로 본 발명에서 적용한 온도공정제어 알고리즘에 대해서 설명한다.Next, the temperature process control algorithm applied in the present invention will be described.

기본적인 제어알고리즘은 다음 식(1)과 같은 PID 제어알고리즘이다.The basic control algorithm is a PID control algorithm as shown in the following equation (1).

e(k) : 에러 M0: 에러가 0일 때 조작량 Kp: 비례대e (k): Error M 0 : MV when error is 0 K p : Proportional band

Ts: 샘플링주기 Ti: 적분시간 Td: 미분시간T s : Sampling period T i : Integral time T d : Differential time

본 발명에서는 최고의 제어정밀도를 얻기 위하여 PID제어기로 구성하였고, 제어가 정상상태임을 판정하기 위한 영역인 정정대 영역을 온도 단계별로 목표값 1%에서 0.2% 사이에 설정하는 실험적인 기법을 적용하였다.In the present invention, the PID controller is configured to obtain the best control accuracy, and an experimental technique for setting a correction zone, which is a region for determining that the control is in a steady state, is set between a target value of 1% and 0.2% for each temperature step.

또한, 본 발명에서는 PID제어기의 계수를 자동으로 설정하기 위하여 자동동조기법을 이용하였고, 저온영역에서 자동동조기법에 의한 계수설정이 오차범위를 벗어나는 경우가 있으므로 계수를 백워드기법으로 보정하도록 하였다. 백워드기법은 공지의 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, in the present invention, the automatic tuning technique is used to automatically set the coefficient of the PID controller, and in the low temperature region, the coefficient setting by the automatic tuning technique may be out of the error range, so that the coefficient is corrected by the backward technique. Since the backward technique is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

모든 열처리기기의 온도특성이 동일한 것은 아니다. 즉, 입력전력에 대한 출력이 기기마다 다르기 때문에 동일한 전력을 동일한 시간동안 공급하더라도 온도변화는 다르다. 이러한 이유로 종래에 개발되었던 대부분의 온도공정제어기는 특정 열처리기기만을 대상으로 온도공정제어를 행할 수 있다. 즉, 전용의 온도공정제어기로만 이용가능한 것이다. 따라서, 제어대상이 달라지면 그에 맞는 온도공정제어기를 따로 구입해야 하므로 경제적으로 큰 부담이 가는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 즉, 제어대상에 유동적인 범용의 온도공정제어기를 실현하기 위하여 상기와 같은 자동동조기법을 적용하였다. 도3은 본 발명에서 적용한 자동동조기법을 설명하기 위한 예시 도면이다.Not all heat treatment equipment have the same temperature characteristics. In other words, because the output of the input power is different for each device, even if the same power is supplied for the same time, the temperature change is different. For this reason, most temperature process controllers developed in the related art can perform temperature process control only for specific heat treatment equipment. That is, it can be used only as a dedicated temperature process controller. Therefore, there is a problem in that the economic burden because it is necessary to purchase a separate temperature process controller according to the control target. In the present invention, in order to solve this problem, that is, to realize a general-purpose temperature process controller that is flexible to the control object, the above-described automatic tuning technique is applied. Figure 3 is an exemplary view for explaining the automatic tuning method applied in the present invention.

도3의 그래프에서 횡축은 시간축이고 종축은 온도축이다. 즉, 도3의 그래프는 시간에 따른 전기로(1)의 온도변화를 그래프로 도시한 것이다.In the graph of Fig. 3, the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the temperature axis. That is, the graph of FIG. 3 graphically shows the temperature change of the electric furnace 1 with time.

자동동조기법은 일단, 제어하고자 하는 전기로(1)의 특성을 실험을 통하여 데이터베이스화 해놓는다. 그리고 작성해놓은 데이터베이스에 따라 온도공정제어를 행하게 된다. 제어대상에 대한 실험은 마이크로컨트롤러(11)나 메인컴퓨터(19)에서 일단, 임의의 온도(set point1)를 지정하고, 트라이악(13)을 제어하여 전기로(1)에 전원을 투입하고, 시간의 경과에 따른 온도변화를 온도센서(3)를 통해 측정한다. 온도를 측정하여 지정한 온도(set point1)에 도달하면 트라이악(13)을오프시켜 전기로(1)로 유입되는 전원을 차단한다. 즉, 전기로(1)를 전기적으로 오프시킨다. 그리고 온도센서(3)를 통해 계속해서 전기로(1)의 온도변화를 측정한다. 온도는 관성이 대단히 크기때문에 전기로(1)를 오프시킨다고 해서 바로 온도가 상승을 멈추는 것이 아니고 도3과 같이 오버슈트(overshoot)가 발생한다. 온도공정제어나 모터제어 등 관성을 가지는 대상을 제어하는 것은 이러한 오버슈트때문에 정밀한 제어가 어렵다.Auto-tuning technique, first, the database of the characteristics of the electric furnace (1) to be controlled through the experiment. Then, temperature process control is performed according to the created database. Experiments on the control object, once at the microcontroller 11 or the main computer 19, by specifying an arbitrary temperature (set point1), controlling the triac (13) to turn on the electric furnace 1, The temperature change over time is measured by the temperature sensor 3. When the temperature is measured and reaches the specified temperature (set point 1), the triac 13 is turned off to cut off the power flowing into the electric furnace 1. That is, the electric furnace 1 is turned off electrically. Then, the temperature sensor 3 continuously measures the temperature change of the electric furnace 1. Since the temperature is so great inertia, turning off the electric furnace 1 does not stop the rise immediately, but an overshoot occurs as shown in FIG. Controlling an object having inertia, such as temperature process control or motor control, is difficult to precisely control due to such overshoot.

전기로(1)를 오프시킨 후 어느 정도 시간이 지나면 전기로(1)의 온도는 상승을 멈추고 하강하게 된다. 온도가 하강하여 앞서 설정한 온도값(set point1)에 도달하면, 처음 오버슈트가 일어난 후 이때까지의 시간(t1~t2) 즉, L1을 측정하고, 온도상승구간(ramp 구간)의 기울기(R1)를 측정한다. 그리고 R1중 최대 기울기를 R로 결정하고, L1의 1/2을 L로 결정한다. R과 L이 결정되면 지골라-니콜스기법에 의해 PID 제어에 필요한 파라미터값을 구하게 되고, 파라미터값에 따라 온도공정제어를 행하게 된다. PID제어기의 계수를 구하는데 지골라-니콜스기법은 많이 이용되고 있는 기법이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.After a certain time after the electric furnace 1 is turned off, the temperature of the electric furnace 1 stops rising and falls. When the temperature decreases and reaches the previously set temperature value (set point1), the time (t1 to t2), that is, L1 until the time after the first overshoot has occurred is measured, and the slope of the temperature rise section (ramp section) (R1) Measure The maximum slope of R1 is determined as R, and 1/2 of L1 is determined as L. When R and L are determined, the parameter values necessary for PID control are obtained by the Gigola-Nichols technique, and temperature process control is performed according to the parameter values. Since the Jigol-Nichols technique is widely used in obtaining coefficients of a PID controller, a detailed description thereof will be omitted.

그리고 보다 정밀한 계수값을 구하기 위해서 제2의 온도세팅값(set point2)을 다시 설정하여 앞서와 유사한 방법으로 온도를 다시 제2세팅값(set point2)까지 상승시키고 설정한 온도(set point2)에 도달하면 트라이악(13)을 오프시킨다. 두번째로 온도를 상승시키는 구간에서 기울기(R2)를 측정하고 기울기 중 최대의 기울기를 R로 결정한다. 그리고 제1세팅값(set point1)에 도달한 후 다시 제2세팅값(set point2)에 도달할 때까지의 시간(t1~t3), L2를 측정하고, L2의 1/2을 L로 결정하여 지골라-니콜스기법에 의해 PID 제어에 필요한 파라미터값을 구한다.In order to obtain a more accurate coefficient value, the second temperature set point (set point 2) is reset again, and the temperature is raised to the second set point (set point 2) in a similar manner as before, and the set temperature (set point 2) is reached. The triac 13 is turned off. Second, the slope (R2) is measured in the section of increasing the temperature, and the maximum slope of the slope is determined as R. After the first setting value (set point1) is reached and the second setting value (set point2) is reached, the time (t1 to t3) and L2 are measured, and half of L2 is determined as L. The parameter value required for PID control is obtained by the Gigola-Nichols technique.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치의 프로그램을 첨부한 순서도를 참조하여 설명한다.Next, with reference to the accompanying flowchart of the program of the temperature process control apparatus for heat treatment equipment according to an embodiment of the present invention.

도4는 온도공정제어프로그램의 전체적인 순서도이다. 순서도를 살펴보면, 스타트하여 일단, 모니터상에 기본적인 온도공정제어화면을 디스플레이한다.(S1) 다음으로, 운영자가 원하는 온도나, 임의의 온도를 유지시키고자 하는 시간 또는 단계별로 온도를 제어할 필요가 있을 때 각 단계를 입력한다.(S2) 다음으로, 제어모드를 선택하게 되는데 단단계 모드로 온도를 제어할 것인지 다단계 모드로 온도를 제어할 것인지를 선택하게 된다.(S3) 단단계 모드가 선택되었을 경우에는 도중에 온도를 유지하는 구간없이 설정된 온도까지 온도를 상승시킨다.(full on control, S4) 설정된 온도까지 온도가 상승되면 트라이악을 오프시켜 온도 상승을 억제하고, 온도가 상승되어 가는 과정을 드로잉(drawing)하게 될 그래프폼(graph form)을 모니터상에 디스플레이하게 된다.(S5) 다음으로, 온도를 일정하게 유지하고(hold control), 현재의 온도를 디지털값과 그래프로 디스플레이한다.(S9)4 is an overall flowchart of the temperature process control program. Looking at the flowchart, it starts and displays the basic temperature process control screen on the monitor once. (S1) Next, the operator needs to control the temperature at the desired temperature or at a time or step to maintain an arbitrary temperature. Each step is inputted (S2). Next, the control mode is selected. The temperature is controlled by the single-step mode or the multi-step mode. (S3) The single-step mode is selected. If the temperature rises up to the set temperature, the Triac is turned off to suppress the temperature rise and the temperature rises. The graph form to be drawn is displayed on the monitor. (S5) Next, the temperature is kept constant (hold control), It displays the material temperature to a digital value and the graph. (S9)

한편, 다단계 모드가 선택되었을 경우에는 온도가 상승되어 가는 과정을 드로잉하게 될 그래프폼을 모니터상에 디스플레이하고(S6) 다음으로, 온도를 상승시킨다.(ramp coontrol, S7) 전기로의 온도가 설정된 온도에 도달하면 이제부터는 일정하게 온도를 유지하는 단계(hold control)로 들어간다.(S8) 그리고 현재의 온도를 디지털값과 그래프로 디스플레이한다.(S9) 1단계에 대한 온도값과 그래프 디스플레이하는 과정이 끝나면 온도상승 단계가 마무리되었는지를 검사하고(S10) 다음 단계가 있으면 다시 상기의 과정을 반복하고, 다음 단계가 없으면 종료한다.On the other hand, when the multi-stage mode is selected, the graph form on which the temperature rises is drawn is displayed on the monitor (S6), and then the temperature is increased. (Ramp coontrol, S7) The temperature of the electric furnace is set. When it reaches, from now on, it enters the hold control which keeps the temperature constant (S8) and displays the current temperature as digital value and graph (S9). When it is finished, it is checked whether the temperature rise step is completed (S10). If there is a next step, the above process is repeated again, and if there is no next step, it ends.

도5는 온도공정제어프로그램을 실행한 제어화면을 도시한 것으로, 도5에 도시된 바와 같이 윈도우즈상에서 GUI방식으로 실행되므로 운영자가 간단한 조작만으로도 온도를 제어할 수 있고, 처음으로 접하는 운영자라도 별 어려움없이 손쉽게 온도공정제어를 할 수 있다. 도5에 도시된 그래프에서 횡축은 시간축이고 종축은 온도축이다. 도5에서는 시간축이 650분까지이고, 온도축이 1600°까지 도시되어 있으며 4단계로 온도가 상승되어 가는 과정이 그래프로 도시되어 있다. 온도가 시간변화에 따라 상승하는 구간은 램프컨트롤(ramp control)단계이고, 온도가 시간변화에 대해 일정한 구간은 백워드기법에 의해 온도를 일정하게 유지하는 홀드컨트롤(hold control)단계이다. 1단계에 대한 온도상승과 온도유지가 마무리되고 2단계로 온도를 임의의 온도로 유지시킬 때는 다시 램프컨트롤과정과 홀드컨트롤과정을 반복한다.(S3~S10) 최종 단계까지 상기의 과정을 반복한다.FIG. 5 shows a control screen on which a temperature process control program is executed. As shown in FIG. 5, since it is executed in a GUI method on Windows, the operator can control the temperature with a simple operation. Easy temperature process control In the graph shown in Fig. 5, the horizontal axis is the time axis and the vertical axis is the temperature axis. In FIG. 5, the time axis is up to 650 minutes, the temperature axis is up to 1600 °, and the process of increasing the temperature in four steps is shown graphically. The section in which the temperature rises with time changes is a ramp control step, and the section in which the temperature is constant with respect to the time change is a hold control step in which the temperature is kept constant by a backward technique. When the temperature rise and temperature maintenance for the first stage is finished and the temperature is maintained at an arbitrary temperature in the second stage, the lamp control process and the hold control process are repeated again (S3 ~ S10). .

상기 도5에 나타낸 화면은 어디까지나 일 실시예에 의한 것이며, 본 온도공정제어프로그램은 시간축과 온도축이 제한되지 않도록 프로그램되어 있다. 즉, 운영자가 단계별 온도와 온도유지시간 등을 입력하면, 이에 맞게 그래프폼을 그리는 함수가 시간축과 온도축을 적당히 설정하여 축을 디스플레이하게 된다. 또한, 램프시간(ramp time)과 홀딩시간(holding time)을 공정에 맞게 자유롭게 조정이 가능하도록 프로그램되어 있다.The screen shown in FIG. 5 is by way of example only. The temperature process control program is programmed so that the time axis and the temperature axis are not limited. In other words, when the operator inputs the step temperature and the temperature holding time, the function that draws the graph form accordingly displays the axis by setting the time axis and the temperature axis appropriately. In addition, the ramp time and holding time are programmed to be freely adjusted to the process.

온도공정제어프로그램이 실행되는 동안 온도를 상승시켜야 할 부분에서는 트라이악(13)을 온시켜 전기로(1)에 전원을 인가한다. 전기로(1)에 전원이 인가되면, 인가된 전원이 열에너지로 변환되어 전기로(1)의 온도가 상승한다. 온도센서(3)는 실시간으로 전기로(1)의 온도에 비례하는 전압을 출력하게 되고, 마이크로컨트롤러(11)는 일정한 주기로 온도센서(3)의 출력전압을 체크한다.While the temperature process control program is running, the triac 13 is turned on to apply electric power to the electric furnace 1 at the portion where the temperature is to be raised. When power is applied to the electric furnace 1, the applied power is converted into thermal energy and the temperature of the electric furnace 1 rises. The temperature sensor 3 outputs a voltage proportional to the temperature of the electric furnace 1 in real time, and the microcontroller 11 checks the output voltage of the temperature sensor 3 at regular intervals.

마이크로컨트롤러(11)와 메인컴퓨터(19)가 통신모듈(17)로 연결되어 온도공정제어를 할 때는 마이크로컨트롤러(11)에서 체크한 온도값이 메인컴퓨터(19)로 전송된다. 그리고 체크된 온도는 메인컴퓨터(19)의 모니터상에 디스플레이되기 때문에 운영자는 실시간으로 제어의 전공정을 화면을 통해 알 수 있다. 그리고 메인컴퓨터(19)에서 온도공정제어가 이루어질 때는 온도센서(3)의 출력전압에 해당하는 데이터를 마이크로컨트롤러(11)가 도1의 제2통신모듈(17)을 통해 전송하게 되지만, 온도공정제어기(10) 단독으로 온도공정제어를 행할 때는 마이크로컨트롤러(11)가 온도센서(3)의 출력전압을 분석하여 설정된 온도값과 비교하여 제어기로서 동작한다.When the microcontroller 11 and the main computer 19 are connected to the communication module 17 for temperature process control, the temperature value checked by the microcontroller 11 is transmitted to the main computer 19. And since the checked temperature is displayed on the monitor of the main computer 19, the operator can know the entire process of control in real time through the screen. When the temperature process control is performed in the main computer 19, the microcontroller 11 transmits data corresponding to the output voltage of the temperature sensor 3 through the second communication module 17 of FIG. 1. When performing temperature process control by the controller 10 alone, the microcontroller 11 analyzes the output voltage of the temperature sensor 3 and operates as a controller by comparing with the set temperature value.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 열처리기기용 온도공정제어장치는 PID제어방식과, 자동동조기법, 백워드기법을 적용하여 정밀한 온도공정제어가 가능하다. 그리고 자동동조기법의 적용으로 다양한 열처리기기의 온도공정제어에 적용할 수 있다. 또한, GUI방식의 도입으로 운영자가 간편하게 온도를 제어할 수 있고, 통신모듈을 사용하여 원거리에서도 화면을 통하여 온도공정제어가 가능하다는 이점이 있다. 본 열처리기기용 온도공정제어장치는 요업, 제철, 석유화학, 냉난방, 냉온창고, 농장 등에서 사용하는 각종 로나 열처리기기의 온도공정제어에 이용가능하다.As described above, the temperature process control apparatus for a heat treatment apparatus according to the present invention is capable of precise temperature process control by applying a PID control method, an automatic tuning technique, and a backward technique. And it can be applied to temperature process control of various heat treatment equipment by applying automatic tuning technique. In addition, there is an advantage that the operator can easily control the temperature by the introduction of the GUI method, the temperature process control through the screen even at a distance using a communication module. The temperature process control device for heat treatment equipment can be used for temperature process control of various furnaces and heat treatment equipments used in ceramics, steelmaking, petrochemical, air-conditioning, cold storage, and farm.

Claims (3)

열처리기기의 온도를 전기량으로 검출하는 온도센서와;A temperature sensor which detects the temperature of the heat treatment apparatus as an electric quantity; 상기 온도센서의 출력신호를 디지털회로에서 인식할 수 있는 전기신호로 변환해주는 트랜스듀서와;A transducer for converting the output signal of the temperature sensor into an electrical signal that can be recognized by a digital circuit; 상기 트랜스듀서의 출력신호를 분석하여 PID제어방식으로 온도를 제어하며, PID제어기의 계수 설정에 자동동조기법을 이용하고 설정된 계수가 오차범위를 벗어날 때는 백워드기법으로 계수를 보정하는 마이크로컨트롤러와;A microcontroller that analyzes the output signal of the transducer and controls the temperature by a PID control method, uses auto-tuning to set the coefficient of the PID controller, and corrects the coefficient by a backward method when the set coefficient is out of an error range; 상기 마이크로컨트롤러의 제어신호에 따라 열처리기기로 입력되는 전력을 스위칭하는 스위칭소자와;A switching element for switching power input to the heat treatment device according to the control signal of the microcontroller; 상기 마이크로컨트롤러와 동일한 온도공정제어방식을 가지며, 더불어 화면상에 온도변화를 디스플레이하고, GUI(Graphical User Interface)방식으로 온도를 제어할 수 있도록 프로그래밍된 컴퓨터와;A computer having the same temperature process control method as the microcontroller, and displaying a temperature change on a screen and programmed to control the temperature by a graphical user interface (GUI) method; 상기 마이크로컨트롤러와 상기 컴퓨터가 네트워크를 구성하여, 원거리에 위치한 상기 컴퓨터가 상기 마이크로컨트롤러를 통하여 열처리기기의 온도공정제어가 가능하도록 해주는 통신모듈을 포함하여 구성되어,The microcontroller and the computer constitute a network, and the computer includes a communication module for allowing the remote computer to control temperature processing of the heat treatment device through the microcontroller. 일차적으로는 상기 컴퓨터에서 상기 마이크로컨트롤러를 I/O처럼 제어하여 온도공정제어를 수행하고, 상기 컴퓨터 고장시에는 제어권이 마이크로컨트롤러로 이전하는 fail-safe 개념을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리기기용 온도공정제어장치.First of all, the computer controls the microcontroller as I / O to perform temperature process control, and in case of computer failure, the process has a fail-safe concept of transferring control right to the microcontroller. Control unit. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로컨트롤러와 컴퓨터는, 자동동조기법에 의해 PID제어기의 계수를 자동으로 설정하는데 있어서,The method of claim 1, wherein the microcontroller and the computer automatically set the coefficients of the PID controller by an automatic tuning method. 온도상승구간의 최대기울기(R)와, 오버슈팅이 발생한 후 다시 셋포인트(set point)로 돌아오기까지의 시간(L1)의 1/2을 지연시간(L)으로 하여 자동동조기법에 의해 PID제어기의 계수를 자동으로 설정하는 것을 특징으로 하는 열처리기기용 온도공정제어장치.PID is automatically tuned using the maximum slope (R) of the temperature rise section and 1/2 of the time (L1) from overshooting to the set point again as the delay time (L). A temperature process control device for a heat treatment machine, characterized in that to automatically set the coefficient of the controller. 제 1 항에 있어서, 상기 통신모듈은, 상기 컴퓨터에서 다수개의 열처리기기를 제어할 수 있도록 분산형 데이터수집모듈을 포함하여 구성되는 열처리기기용 온도공정제어장치.The apparatus of claim 1, wherein the communication module includes a distributed data collection module to control a plurality of heat treatment devices in the computer.
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