专利名称：模块式可级联pid温控仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模块式可级联PID温控仪，特别是适合用于温度控制的场 合，属于工业自动化仪表领域。
背景技术：
温控仪表在工业自动化领域的应用非常广泛，目前国内已经有很多厂家都研发了 PID控制仪，大部分的控温仪表都是带有键盘、显示面板的如专利号为ZL200720193444. 7 的中国专利，公开了一种“PID控制仪”，专利申请号为200810059254. 5的中国专利，公开了 一种“用神经元网络调节参数的PID控制温度仪表及其控制方法”，而目前市场上的PID温 控仪表也都是通过键盘手工操作控温仪表，自带显示面板显示参数。为了降低产品的成本， 显示面板常常是采用数码管动态显示参数，这就需要用户记住命令编码以便操作，因此操 作极为不方便；而采用液晶屏作为显示面板的，则产品价格较高。同时，如果把控制电路、显 示面板和键盘都做在一体的PID控制仪表往往体积比较大，耗电量也较高。因此，迫切需要研发一种使用方便且成本低廉的PID温控仪。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种低成本且使用方便的模块式可级联PID温控仪。为了达到上述目的及其他目的，本实用新型的模块式可级联PID温控仪，包括具 有多输入通道且每一输入通道用于连接一热电偶以便采集各热电偶的电信号的热电偶采 样芯片；用于提供所述热电偶的冷端温度的冷端补偿芯片；用于将模拟电路与数字电路隔 离的隔离器件；与所述隔离器件相连接且用于根据所述冷端温度和所述热电偶采样芯片采 集的电信号计算出各个通道的当前温度值，再根据同用户设定值之间的误差及误差变化率 通过PID算法计算出控制量，以脉冲调制方式传送控制量的单片机；用于根据所述单片机 传送至的控制量控制与其相连的各继电器的运行的固态继电器驱动芯片；与所述单片机 相连接以便进行通信的串行通信接口芯片；与所述串行通信接口芯片相连接且用于驱动 RS485接口的RS485驱动芯片；用于向热电偶采样芯片、冷端补偿芯片、隔离器件、单片机、 固态继电器驱动芯片、串行通信接口芯片、及RS485驱动芯片供电的电源供电电路。较佳的，所述热电偶采样芯片可采用具有4输入通道的ADS1248芯片；所述冷端补 偿芯片可采用ADT7301芯片；所述隔离器件可采用ADUM1401磁耦合隔离器件；所述单片机 可采用LPC2292单片机；所述固态继电器驱动芯片可采用ULN2804AP芯片；所述串行通信 接口芯片可采用SP3232芯片；所述RS485驱动芯片可采用SP485E芯片；所述电源供电电路 可包括直流24V转5V的电源模块和5V转成3. 3V的芯片。综上所述，本实用新型的模块式可级联PID温控仪采用RS485通信口实现和电脑 或触摸屏等的连接，如此可有效降低成本，同时还可通过RS485通信口实现多台模块式可 级联PID温控仪的级联，进而可实现接设一台触摸屏即可控制多台模块式可级联PID温控 仪，使成本更为降低，操作更为方便。
图1为本实用新型的模块式可级联PID温控仪基本架构示意图。图2为本实用新型的模块式可级联PID温控仪电路示意图。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本实用新型的模块式可级联PID温控仪至少包括热电偶采样 芯片、冷端补偿芯片、隔离器件、单片机、固态继电器驱动芯片、串行通信接口芯片、RS485驱 动芯片、以及电源供电电路等。所述热电偶采样芯片具有多输入通道，每一输入通道用于连接一热电偶，以便采 集各热电偶的电信号。在本实施例中，所述热电偶采样芯片的采用具有4输入通道(即#1 通道、#2通道、#3通道、#4通道)的ADS1248芯片，如图2所示，4输入通道分别连接一 K型 热电偶。ADS1248芯片内置可编程的放大器和恒流源电路，可省去热电偶供电的恒流源电路 和放大器电路，降低成本。所述冷端补偿芯片用于提供所述热电偶的冷端温度，其可采用ADT7301芯片。所述隔离器件用于将模拟电路与数字电路隔离，即将热电偶采样芯片和单片机隔 离，其可采用ADUM1401磁耦合隔离器件，由此可有效实现低成本的热电偶输入模拟电路同 单片机数字电路之间的电气隔离。所述单片机与所述隔离器件相连接，用于根据所述冷端温度和所述热电偶采样芯 片采集的电信号计算出各个通道的当前温度值，再根据同用户设定值之间的误差及误差变 化率通过PID算法计算出控制量，以脉冲调制方式传送控制量，其中，用户设定值包括温度 设定值、比例系数、积分系数、微分系数、积分饱和量、报警值设定、报警状态、输出范围上限 /下限、输入范围上限/下限、冷端补偿调整量等参数。所述单片机可采用LPC2292单片机， 其自带有调制脉冲(PWM)控制器，可实现PWM波形的控制，因此能直接驱动固态继电器控制 加热装置。所述固态继电器驱动芯片用于根据所述单片机传送至的控制量控制与其相连的 各继电器的运行，可采用ULN2804AP芯片，该芯片具有4通道(即#1通道、#2通道、#3通 道、#4通道)固态继电器驱动电路。所述串行通信接口芯片与所述单片机相连接，以便进行通信，其可采用SP3232芯 片。所述RS485驱动芯片与所述串行通信接口芯片相连接，用于驱动RS485接口，其 可采用SP485E芯片，其具有RS485通信口，因此，可将多台本实用新型的模块式可级联PID 温控仪通过所述RS485通信口级联，而级联的各模块式可级联PID温控仪本身设一个供 MODBUS通信的模块地址，通过Modbus通信协议即可实现级联工作。此外，RS485通信口也 可接设电脑、触摸屏和PLC等，通信协议采用M0BUS-RTU协议。同时所述RS485驱动芯片提 供侧面级联的的RS485串行通信口，侧面级联可以省去用户接线，使用更方便。所述电源供电电路用于向热电偶采样芯片、冷端补偿芯片、隔离器件、单片机、固 态继电器驱动芯片、串行通信接口芯片、及RS485驱动芯片供电，其可包括直流24V转5V的 电源模块和5V转成3. 3V的LMl 117-3. 3芯片。
4[0019]综上所述，本实用新型的模块式可级联PID温控仪的优点在于舍弃了键盘和显示 面板，同时支持多台模块式可级联PID温控仪的级联。由于没有键盘和显示面板，使得成本 大大降低，体积大大减小。多模块可级联式设计使得多回路控制更容易，由于RS485 口的物 理特性决定了最多可以支持16个模块级联扩展，而单个模块式可级联PID温控仪能支持4 个控温回路，在生产塑料机械、塑料型材等控温场合可以大量使用。如果有必要，可以通过 一台通用的工业触摸屏显示或操作多台本实用新型的模块式可级联PID温控仪的过程参 数，相对于现有使用多台各自自带显示面板和键盘的控温仪方案来说，采用本实用新型的 模块式可级联PID温控仪可实现多台温控仪配一台触摸屏的方案，更具有价格优势。在多 回路的工业自动化控温系统中除了控温仪表以外，常常还需要PLC的参与，通常还安装有 触摸屏，如果在系统中已经有触摸屏的情况下，使用本温控仪时就不必再安装触摸屏了，相 对于选用现有自带显示面板和键盘的控温仪方案来说就更经济了。上述实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。 任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修 改。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求一种模块式可级联PID温控仪，其特征在于包括具有多输入通道的热电偶采样芯片，其每一输入通道用于连接一热电偶，以便采集各热电偶的电信号；用于提供所述热电偶的冷端温度的冷端补偿芯片；用于将模拟电路与数字电路隔离的隔离器件；与所述隔离器件相连接的单片机，用于根据所述冷端温度和所述热电偶采样芯片采集的电信号计算出各个通道的当前温度值，再根据同用户设定值之间的误差及误差变化率通过PID算法计算出控制量，以脉冲调制方式传送控制量；固态继电器驱动芯片，用于根据所述单片机传送至的控制量控制与其相连的各继电器的运行；与所述单片机相连接以便进行通信的串行通信接口芯片；与所述串行通信接口芯片相连接且用于驱动RS485接口的RS485驱动芯片；电源供电电路，用于向热电偶采样芯片、冷端补偿芯片、隔离器件、单片机、固态继电器驱动芯片、串行通信接口芯片、及RS485驱动芯片供电。
2.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述热电偶采样芯片 采用具有4输入通道的ADS1248芯片。
3.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述冷端补偿芯片采 用ADT7301芯片。
4.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述隔离器件采用 ADuM1401磁耦合隔离器件。
5.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述单片机采用 LPC2292单片机。
6.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述固态继电器驱动 芯片采用ULN2804AP芯片。
7.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述串行通信接口芯 片采用SP3232芯片。
8.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述RS485驱动芯片 采用SP485E芯片。
9.如权利要求1所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述电源供电电路包 括直流24V转5V的电源模块和5V转成3. 3V的芯片。
10.如权利要求9所述的模块式可级联PID温控仪，其特征在于所述5V转成3.3V的 芯片采用LMl 117-3. 3芯片。
专利摘要本实用新型的模块式可级联PID温控仪，包括热电偶采样芯片、冷端补偿芯片、隔离器件、单片机、固态继电器驱动芯片、串行通信接口芯片、RS485驱动芯片、以及电源供电电路，先由热电偶采样芯片采集热电偶的微弱电信号，经放大并转换成数字量信号后，通过隔离芯片送入单片机，同时冷端补偿芯片提供热电偶的冷端温度，单片机根据冷端补偿温度和热电偶采样值计算出各个通道的当前温度值，再根据同用户设定值之间的误差及误差变化率通过PID算法计算出控制量，以脉冲调制PWM方式发送控制量，控制固态继电器驱动芯片驱动相应的固态继电器，RS485驱动芯片具有RS485串行口，可以连接电脑、触摸屏和PLC等，使用极为方便，且成本低廉。
文档编号G05B11/42GK201749381SQ20102014811
公开日2011年2月16日 申请日期2010年4月1日 优先权日2010年4月1日
发明者谭爱国 申请人:上海理工大学