KR20130047360A - System for controlling temperature of multi point - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다접점 온도 조절 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 응답속도가 빠르고, 다접점의 온도 조절을 위한 병렬처리가 가능하며, 제조공정이나 자동화 분야에서 요구되는 온도프로파일기능과 온도 범위와 관련된 범용 입출력기능을 지원하는 다접점 온도 조절 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-contact temperature control system, and more particularly, a fast response speed, parallel processing for temperature control of the multi-contact point, and the temperature profile function and temperature range required in the manufacturing process or automation field The present invention relates to a multi-contact temperature control system supporting related general-purpose input / output functions.
원사 생산 공정 등에 있어서, 공정별로 요구되는 온도를 제어하기 위하여 종래에는 온도 센서, 히터와 이를 제어하는 제어부를 공정별로 구비하여, 각 공정에 따라 개별적으로 온도를 제어하였다.In the yarn production process, in order to control the temperature required for each process, a temperature sensor, a heater and a control unit for controlling the same are conventionally provided for each process, and the temperature is individually controlled according to each process.
이와 관련된, 종래 기술로는 한국 특허공개공보 10-1995-0006054, '다기능 온도 제어장치'에 구체적으로 개시되어 있다.In this regard, the prior art is specifically disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-1995-0006054, 'Multifunctional Temperature Control Device'.
하지만, 종래기술에 따르면 각 공정에 대응되는 다접점의 온도 제어를 하나의 시스템에서 할 수 없으며, 다접점의 온도 제어를 위한 병렬 처리가 불가능하다는 문제가 있었다.However, according to the related art, there is a problem that the temperature control of the multi-contact corresponding to each process cannot be performed in one system, and parallel processing for the temperature control of the multi-contact is impossible.
한편, 다양한 영역에서 사용되어지는 전기발열체의 온도제어를 위한 온도조절장치를 보면 아날로그 온도조절기, 마이크로프로세서 기반의 온도조절기, 하이브리드 타입의 온도조절기들이 시장을 형성하고 있으며, 대부분의 마이크로프로세서 기반의 온도조절기가 시장을 주도하고 있다.On the other hand, when looking at the temperature control device for temperature control of electric heating elements used in various areas, analog thermostats, microprocessor-based thermostats, hybrid type thermostats form the market, and most microprocessor-based thermostats The regulator is leading the market.
그러나 이러한 범용 마이크로프로세서의 기반의 온도조절기의 경우 응답성이 늦어 정밀한 온도제어에는 부적합하다는 단점이 있다.However, the general-purpose microprocessor-based thermostat has a disadvantage in that it is unsuitable for precise temperature control due to its slow response.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다접점의 온도 측정과 온도 제어를 위해 응답성이 높고 병렬처리가 가능한 다접점 온도 조절 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the problems of the prior art is to provide a multi-contact temperature control system that is highly responsive and capable of parallel processing for temperature measurement and temperature control of a multi-contact.
본 발명의 다른 목적은 FPGA 기반으로 설계될 수 있어, 고속 처리와 소형화가 가능한 다접점 온도 조절 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-contact temperature control system that can be designed based on the FPGA, high speed processing and miniaturization.
본 발명의 또 다른 목적은 PID 제어 및 퍼지 기술이 결합되어 안정적인 온도 제어가 가능한 다접점 온도 조절 시스템을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a multi-contact temperature control system capable of stable temperature control by combining PID control and fuzzy technology.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 다접점 온도 조절 시스템은 복수개의 공정들에 있어서 공정별 온도를 제어하기 위한 공정별 설정온도, 공정시간 및 온도 변화율의 정보를 포함하는 온도 프로파일과 외부 온도 센서로부터 입력되는 온도 측정값에 관한 피드백 데이터를 기록하는 레지스터의 집합으로 이루어지는 레지스터모듈와, 온도 프로파일 및 피드백 데이터에 따라 공정별로 대응되는 접점별 온도 제어를 수행하는 접점제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.Multi-contact temperature control system according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a temperature profile including the information of the set temperature, process time and temperature change rate for each process for controlling the temperature for each process in a plurality of processes and And a register module comprising a set of registers for recording feedback data on a temperature measured value input from an external temperature sensor, and a contact control module configured to perform temperature control for each contact corresponding to each process according to the temperature profile and the feedback data. It is done.
본 발명에 따른 다접점 온도 조절 시스템은 FPGA 기반으로 설계될 수 있어 빠른 처리속도를 보장할 수 있으며, 병렬처리에 유리하다는 장점을 가질 수 있다.The multi-contact temperature control system according to the present invention can be designed based on the FPGA can ensure a fast processing speed, it can have the advantage that it is advantageous for parallel processing.
또한, 본 발명에 따른 다접점 온도 조절 시스템은 PID 제어 기술과 퍼지 기술이 결합되어 우발적인 상황에서도 안정적인 출력값과 제어 성능을 기대할 수 있다.In addition, the multi-contact temperature control system according to the present invention can be combined with the PID control technology and the fuzzy technology can expect a stable output value and control performance even in an accidental situation.
또한, 본 발명에 따른 다접점 온도 조절 시스템은 범용 입출력을 지원하는 SOC(SYSTEM ON CHIP)으로 구현될 수 있어, 다접점 온도 조절을 위한 설비의 소형화가 가능하고, 전용 온도 조절기와 범용 온도 조절기에 있어서 보편적으로 사용될 수 있으며, 제품의 생산단가를 낮추는데 일조할 수 있다.In addition, the multi-contact temperature control system according to the present invention can be implemented by SOC (SYSTEM ON CHIP) to support the universal input and output, it is possible to miniaturize the equipment for the multi-contact temperature control, the dedicated temperature controller and the general temperature controller It can be used universally and can help to lower the production cost of the product.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템은 온도 프로파일을 이용하여 각 공정에 필요한 온도 제어를 수행할 수 있으며, 다수개의 접점을 지원하도록 다채널로 구성되어 각 공정에서 요구되는 복수개의 온도값에 대한 제어와 모니터링이 가능하다는 이점이 있다.In addition, the multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention can perform the temperature control required for each process by using a temperature profile, it is composed of a multi-channel to support a plurality of contacts, a plurality of required in each process The advantage is that control and monitoring of temperature values are possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템에서 이용되는 온도 프로파일을 설명하기 위한 도면.1 is a block diagram illustrating a multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a temperature profile used in a multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. As the invention is provided to fully inform the scope of the invention, the invention is defined only by the description of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.Hereinafter, a multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram illustrating a multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템(10)은 레지스터모듈(100), 접점제어모듈(200), 입출력모듈(300) 및 메모리모듈(400)을 포함하여 다접점의 온도 제어를 수행하며, RISC 기반의 프로세서 코어를 내장한 시스템 온 칩(System On Chip,SOC)으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, a multi-contact
여기서, 레지스터모듈(100)은 다접점 온도 조절을 위한 온도 프로파일, 외부 온도 센서로부터 입력되는 온도 측정값에 관한 피드백 데이터, 각종 변수, 입출력 환경 등에 관한 값을 기록하는 레지스터의 집합으로 이루어진다.Here, the
더욱 상세하게는, 레지스터모듈(100)은 다접점 온도 조절 시스템(10)의 전반적인 사용 환경 설정을 위한 제어 레지스터(101)와, 공정별 설정온도(Temp), 공정시간(T), 온도 변화율(Rate)의 정보를 포함하는 온도 프로파일 및 외부 장치와의 입출력 환경을 설정하기 위한 데이터 레지스터(103)와, 접점제어모듈(200)의 변수 및 피드백 데이터를 기록하는 상태 레지스터(105)를 포함할 수 있다.More specifically, the
접점제어모듈(200)은 온도 제어부(201)와, 히터 구동부(203)와, 입출력부(205)를 포함하여 온도 프로파일 및 피드백 데이터에 따라 각 공정에 대응되는 접점별 온도 제어를 수행한다.The
여기서, 온도 제어부(201)는 온도 프로파일에 따라 전기 발열체인 히터의 작동을 위해 출력되는 전류의 펄스 폭을 결정한다.Here, the
또한, 온도 제어부(201)는 온도 측정값과 설정온도의 오차를 계산하고, 오차 개선을 위해 전류의 펄스 폭을 재결정하기 위한 수학적 모델을 생성한다.In addition, the
여기서, 수학적 모델은 하기의 수학식1에 따라 생성될 수 있다.Here, the mathematical model may be generated according to Equation 1 below.
(수학식 1)(1)
MV(t) : 시간에 따른 전류 펄스 폭에 대한 출력값MV (t): output value for current pulse width over time
Kp, Ki, Kd : 이득Kp, Ki, Kd: gain
e : 오차e: error
수학식 1은 비례, 적분, 미분 제어를 위한 식으로서, Kp, Ki, Kd의 이득(변수)을 조정하여 출력값을 안정적으로 조절할 수 있게 된다.Equation 1 is a formula for proportional, integral, and derivative control, and it is possible to stably adjust the output value by adjusting gains (variables) of Kp, Ki, and Kd.
여기서, Kp, Ki, Kd는 상온의 온도 및 습도에 따라 오차에 미치는 관련성을 계산하는 신경망 제어를 통해 결정될 수 있다.Here, Kp, Ki, Kd may be determined through neural network control that calculates the relationship to the error according to the temperature and humidity of the room temperature.
한면, 오차는 외부의 온도 센서를 통해 측정된 온도 측정값과 온도 프로파일에서 각 점접에 대해 설정온도의 차이다.On the one hand, the error is the difference between the temperature measurement measured by an external temperature sensor and the set temperature for each contact in the temperature profile.
이후, 온도 제어부(201)는 전술한 수학적 모델에 따라 획득된 출력값에 따라 전류의 펄스폭을 재결정한다.Thereafter, the
전술한 바에 따라, 온도 제어부(201)는 내부적으로 PID 알고리즘과 Fuzzy 알고리즘을 내장하여 응답속도의 향상과 PID 계수를 미세 조정하여 우발적으로 발생할 수 있는 불안정한 온도 출력에 유연하게 대처할 수 있다.As described above, the
히터 구동부(203)는 온도 제어부(201)에서 결정된 출력값에 따라 전기 발열체인 히터의 작동을 위한 펄스 폭 변조 신호(Pulse Width Modulation, PWM)를 출력한다.The
입출력부(205)는 외부의 온도 센서와 통신을 수행하여, 온도 센서로부터 측정된 온도 측정값을 입력 받으며, 입력된 온도 측정값을 온도 제어부(201)에 제공한다. The input /
한편, 입출력부(205)는 분산 공유 메모리 다중 처리기에서 각 노드들을 상호 연결하는 IEEE 표준인 SCI 프로토콜이 이용될 수 있으며, 최대 6만 5520개의 계산 로드 연결과 초당 1GB의 전송 속도를 제공할 수 있다.Meanwhile, the input /
한편, 상태 레지스터(105)는 입출력부(205)를 통해 입력된 온도 측정값을 피드백 데이터로 저장할 수 있으며, 수학식 1에 있어서의 이득을 각 접점에 대한 상태 변수로 기록하는 것일 수 있다.The
한편, 온도 제어부(201)는 상태 레지스터(105)의 피드백 데이터를 오차 계산시 온도 측정값으로 이용할 수 있다.The
입출력모듈(300)은 출력부(301) 및 입력부(303)를 포함하여, 외부장치(External device)와의 통신을 수행하여, 외부장치에서 레지스터모듈(100)의 각 레지스터들(101, 103, 105)에 저장된 값을 이용하도록 할 수 있다. 한편, 입출력모듈(300)은 GPIO(General Purpose Input/Output)일 수 있다.The input /
메모리모듈(400)은 표준 제어용 버스와 연결하기 위한 DPRAM으로 구성되며, 외부 호스트와의 통신 수행을 위한 인터페이스를 지원한다. 한편, 메모리모듈(400)은 온도 프로파일, 변수 및 피드백 데이터에 대한 설정값을 기록할 수 있으며, 메모리모듈(400)의 설정값에 따라 레지스터모듈(100)의 각 레지스터들에 기록된 값들이 변경될 수 있다.The
또한, 메모리모듈(400)을 이용하여 외부 장치들과의 CAN 또는 DeviceNet을 통한 통신수행이 가능하다.
In addition, the
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템에서의 온도 프로파일을 보다 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템에서 이용되는 온도 프로파일을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, the temperature profile in the multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. 2 is a view for explaining a temperature profile used in a multi-contact temperature control system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 각 접점에 대응되는 공정에 있어서 요구되는 온도 설정을 위한 공정별 설정온도(Temp), 공정시간(T), 온도 변화율(Rate)의 정보를 포함한다.As shown in FIG. 2, information on a set temperature Temp, a process time T, and a rate of change of temperature Rate for each process for setting a temperature required in a process corresponding to each contact point are included.
예를 들어, 원사 공정 중의 일 공정에 있어서, 순차적으로 50도, 100도, 50도, 0도를 T1, T2, T3, T4의 시간 간격으로 유지해야되는 경우, 온도 프로파일은 공정별 설정온도로 제1온도(Temp1)은 50도, 제2온도(Temp2)는 100도, 제3온도(Temp3)는 50도, 제4온도(Temp4)는 0도, 공정시간으로 T1 내지 T4, 온도 변화율로 Rate1 내지 Rate4의 값을 포함할 수 있다.For example, in one step of a yarn process, if the 50 degrees, 100 degrees, 50 degrees, and 0 degrees must be sequentially maintained at time intervals of T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , the temperature profile is As the set temperature, the first temperature (Temp 1 ) is 50 degrees, the second temperature (Temp 2 ) is 100 degrees, the third temperature (Temp 3 ) is 50 degrees, and the fourth temperature (Temp 4 ) is 0 degrees, process time By T 1 to T 4 , it may include a value of Rate 1 to Rate 4 as the temperature change rate.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템(10)의 접점제어모듈(200)은 전술한 온도 프로파일을 이용하여 각 공정에 필요한 온도 제어를 수행한다.That is, the
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 다접점 온도 조절 시스템(10)의 접점제어모듈(200)은 다수개의 접점을 지원하도록 다채널로 구성되어 각 공정에서 요구되는 복수개의 온도값에 대한 제어와 모니터링이 가능하다.
As such, the
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (7)
상기 온도 프로파일 및 상기 피드백 데이터에 따라 상기 공정별로 대응되는 접점별 온도 제어를 수행하는 접점제어모듈
을 포함하는 것을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.A set of registers for recording a temperature profile including information of a set temperature, a process time, and a rate of change of temperature for controlling process-specific temperatures in a plurality of processes, and feedback data about temperature measurement values input from an external temperature sensor. Register module consisting of; And
Contact control module for performing a temperature control for each contact corresponding to each process according to the temperature profile and the feedback data
Multi-contact temperature control system comprising a.
상기 온도 프로파일에 따라 외부의 전기 발열체인 히터의 작동을 위해 출력되는 전류의 펄스 폭을 결정하는 온도 제어부;
상기 온도 제어부에서 결정된 상기 펄스 폭에 따라 상기 히터의 작동을 위한 펄스 폭 변조 신호를 출력하는 히터 구동부; 및
외부의 온도 센서와 통신을 수행하여 상기 온도 센서로부터 측정된 온도 측정값을 입력 받으며 입력된 상기 온도 측정값을 상기 온도 제어부에 제공하는 입출력부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.The method of claim 1, wherein the contact control module,
A temperature controller configured to determine a pulse width of an output current for the operation of a heater that is an external electric heating element according to the temperature profile;
A heater driver for outputting a pulse width modulation signal for operating the heater according to the pulse width determined by the temperature controller; And
An input / output unit configured to communicate with an external temperature sensor to receive a temperature measurement value measured by the temperature sensor and provide the input temperature measurement value to the temperature controller;
Multi-contact temperature control system comprising a.
상기 온도 측정값과 상기 설정온도의 오차를 계산하고, 오차 개선을 위해 상기 펄스 폭을 재결정하기 위한 수학적 모델을 생성하며, 상기 수학적 모델에 따라 획득된 출력값에 따라 전류의 펄스폭을 재결정하는 것
을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.The method of claim 2, wherein the temperature control unit,
Calculating the error between the temperature measurement and the set temperature, generating a mathematical model for re-determining the pulse width to improve the error, and re-determining the pulse width of the current in accordance with the output value obtained according to the mathematical model.
Multi-contact temperature control system, characterized in that.
하기 수학식에 따라 상기 수학적 모델을 생성되는 것이되, 하기 수학식에 있어서 이득(Kp, Ki, Kd)은 상온의 온도 및 습도에 따라 상기 오차에 미치는 관련성을 계산하는 신경망 제어를 통해 결정되는 것
을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.
(수학식)
MV(t) : 시간에 따른 전류 펄스 폭에 대한 출력값
Kp, Ki, Kd : 이득
e : 오차The method of claim 3, wherein the temperature control unit,
Generating the mathematical model according to the following equation, the gain (Kp, Ki, Kd) in the following equation is determined through the neural network control to calculate the relationship to the error in accordance with the temperature and humidity of room temperature
Multi-contact temperature control system, characterized in that.
(Mathematical formula)
MV (t): output value for current pulse width over time
Kp, Ki, Kd: gain
e: error
GPIO(General Purpose Input/Output)로 이루어지는 입출력모듈; 및
표준 제어용 버스와 연결하기 위한 DPRAM으로 구성되며, 외부 호스트와의 통신 수행을 위한 인터페이스를 지원하는 메모리모듈
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.The method of claim 1,
An input / output module comprising a general purpose input / output (GPIO); And
A memory module that consists of DPRAM for connection with a standard control bus and supports an interface for communicating with an external host.
Multi-contact temperature control system, characterized in that it further comprises.
상기 메모리모듈은 상기 온도 프로파일 및 상기 피드백 데이터에 대한 값을 기록하는 것이되, 상기 메모리모듈에 기록된 값에 따라 상기 레지스터모듈에 기록된 값이 변경되는 것
을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.The method of claim 5, wherein
The memory module is to record values for the temperature profile and the feedback data, wherein the value recorded in the register module is changed according to the value recorded in the memory module.
Multi-contact temperature control system, characterized in that.
상기 온도 프로파일 및 외부 장치와의 입출력 환경을 설정하기 위한 데이터 레지스터; 및
상기 접점제어모듈의 변수 및 상기 피드백 데이터를 기록하는 상태 레지스터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다접점 온도 조절 시스템.
The system of claim 1, wherein the register module comprises: a control register for setting an overall usage environment of the system;
A data register for setting an input / output environment with the temperature profile and an external device; And
Status register for recording the variable and the feedback data of the contact control module
Multi-contact temperature control system comprising a.
Priority Applications (1)
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