本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，包括：熱電偶采樣芯片、冷端補償芯片、隔離器件、單片機、固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片、串行通信接口芯片、RS485驅(qū)動芯片、以及電源供電電路，先由熱電偶采樣芯片采集熱電偶的微弱電信號，經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后，通過隔離芯片送入單片機，同時冷端補償芯片提供熱電偶的冷端溫度，單片機根據(jù)冷端補償溫度和熱電偶采樣值計算出各個通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率通過PID算法計算出控制量，以脈沖調(diào)制PWM方式發(fā)送控制量，控制固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片驅(qū)動相應(yīng)的固態(tài)繼電器，RS485驅(qū)動芯片具有RS485串行口，可以連接電腦、觸摸屏和PLC等，使用極為方便，且成本低廉。

模塊式可級聯(lián)PID溫控儀

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本實用新型涉及一種模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，特別是適合用于溫度控制的場 合，屬于工業(yè)自動化儀表領(lǐng)域。

背景技術(shù)

[0002] 溫控儀表在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，目前國內(nèi)已經(jīng)有很多廠家都研發(fā)了 PID控制儀，大部分的控溫儀表都是帶有鍵盤、顯示面板的：如專利號為ZL200720193444. 7 的中國專利，公開了一種“PID控制儀”，專利申請?zhí)枮?00810059254. 5的中國專利，公開了 一種“用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制溫度儀表及其控制方法”，而目前市場上的PID溫 控儀表也都是通過鍵盤手工操作控溫儀表，自帶顯示面板顯示參數(shù)。為了降低產(chǎn)品的成本， 顯示面板常常是采用數(shù)碼管動態(tài)顯示參數(shù)，這就需要用戶記住命令編碼以便操作，因此操 作極為不方便；而采用液晶屏作為顯示面板的，則產(chǎn)品價格較高。同時，如果把控制電路、顯 示面板和鍵盤都做在一體的PID控制儀表往往體積比較大，耗電量也較高。

[0003] 因此，迫切需要研發(fā)一種使用方便且成本低廉的PID溫控儀。

實用新型內(nèi)容

[0004] 本實用新型的目的在于提供一種低成本且使用方便的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀。

[0005] 為了達到上述目的及其他目的，本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，包括：具 有多輸入通道且每一輸入通道用于連接一熱電偶以便采集各熱電偶的電信號的熱電偶采 樣芯片；用于提供所述熱電偶的冷端溫度的冷端補償芯片；用于將模擬電路與數(shù)字電路隔 離的隔離器件；與所述隔離器件相連接且用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯片采 集的電信號計算出各個通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率 通過PID算法計算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量的單片機；用于根據(jù)所述單片機 傳送至的控制量控制與其相連的各繼電器的運行的固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片；與所述單片機 相連接以便進行通信的串行通信接口芯片；與所述串行通信接口芯片相連接且用于驅(qū)動 RS485接口的RS485驅(qū)動芯片；用于向熱電偶采樣芯片、冷端補償芯片、隔離器件、單片機、 固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動芯片供電的電源供電電路。

[0006] 較佳的，所述熱電偶采樣芯片可采用具有4輸入通道的ADS1248芯片；所述冷端補 償芯片可采用ADT7301芯片；所述隔離器件可采用ADUM1401磁耦合隔離器件；所述單片機 可采用LPC2292單片機；所述固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片可采用ULN2804AP芯片；所述串行通信 接口芯片可采用SP3232芯片；所述RS485驅(qū)動芯片可采用SP485E芯片；所述電源供電電路 可包括直流24V轉(zhuǎn)5V的電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的芯片。

[0007] 綜上所述，本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀采用RS485通信口實現(xiàn)和電腦 或觸摸屏等的連接，如此可有效降低成本，同時還可通過RS485通信口實現(xiàn)多臺模塊式可 級聯(lián)PID溫控儀的級聯(lián)，進而可實現(xiàn)接設(shè)一臺觸摸屏即可控制多臺模塊式可級聯(lián)PID溫控 儀，使成本更為降低，操作更為方便。

3附圖說明

[0008] 圖1為本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀基本架構(gòu)示意圖。

[0009] 圖2為本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀電路示意圖。

具體實施方式

[0010] 請參閱圖1及圖2，本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀至少包括：熱電偶采樣 芯片、冷端補償芯片、隔離器件、單片機、固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片、串行通信接口芯片、RS485驅(qū) 動芯片、以及電源供電電路等。

[0011] 所述熱電偶采樣芯片具有多輸入通道，每一輸入通道用于連接一熱電偶，以便采 集各熱電偶的電信號。在本實施例中，所述熱電偶采樣芯片的采用具有4輸入通道（即#1 通道、#2通道、#3通道、#4通道）的ADS1248芯片，如圖2所示，4輸入通道分別連接一 K型 熱電偶。ADS1248芯片內(nèi)置可編程的放大器和恒流源電路，可省去熱電偶供電的恒流源電路 和放大器電路，降低成本。

[0012] 所述冷端補償芯片用于提供所述熱電偶的冷端溫度，其可采用ADT7301芯片。

[0013] 所述隔離器件用于將模擬電路與數(shù)字電路隔離，即將熱電偶采樣芯片和單片機隔 離，其可采用ADUM1401磁耦合隔離器件，由此可有效實現(xiàn)低成本的熱電偶輸入模擬電路同 單片機數(shù)字電路之間的電氣隔離。

[0014] 所述單片機與所述隔離器件相連接，用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯 片采集的電信號計算出各個通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變 化率通過PID算法計算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量，其中，用戶設(shè)定值包括溫度 設(shè)定值、比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)、積分飽和量、報警值設(shè)定、報警狀態(tài)、輸出范圍上限 /下限、輸入范圍上限/下限、冷端補償調(diào)整量等參數(shù)。所述單片機可采用LPC2292單片機， 其自帶有調(diào)制脈沖（PWM)控制器，可實現(xiàn)PWM波形的控制，因此能直接驅(qū)動固態(tài)繼電器控制 加熱裝置。

[0015] 所述固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片用于根據(jù)所述單片機傳送至的控制量控制與其相連的 各繼電器的運行，可采用ULN2804AP芯片，該芯片具有4通道（即#1通道、#2通道、#3通 道、#4通道）固態(tài)繼電器驅(qū)動電路。

[0016] 所述串行通信接口芯片與所述單片機相連接，以便進行通信，其可采用SP3232芯 片。

[0017] 所述RS485驅(qū)動芯片與所述串行通信接口芯片相連接，用于驅(qū)動RS485接口，其 可采用SP485E芯片，其具有RS485通信口，因此，可將多臺本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID 溫控儀通過所述RS485通信口級聯(lián)，而級聯(lián)的各模塊式可級聯(lián)PID溫控儀本身設(shè)一個供 MODBUS通信的模塊地址，通過Modbus通信協(xié)議即可實現(xiàn)級聯(lián)工作。此外，RS485通信口也 可接設(shè)電腦、觸摸屏和PLC等，通信協(xié)議采用M0BUS-RTU協(xié)議。同時所述RS485驅(qū)動芯片提 供側(cè)面級聯(lián)的的RS485串行通信口，側(cè)面級聯(lián)可以省去用戶接線，使用更方便。

[0018] 所述電源供電電路用于向熱電偶采樣芯片、冷端補償芯片、隔離器件、單片機、固 態(tài)繼電器驅(qū)動芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動芯片供電，其可包括直流24V轉(zhuǎn)5V的 電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的LMl 117-3. 3芯片。

4[0019] 綜上所述，本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀的優(yōu)點在于舍棄了鍵盤和顯示 面板，同時支持多臺模塊式可級聯(lián)PID溫控儀的級聯(lián)。由于沒有鍵盤和顯示面板，使得成本 大大降低，體積大大減小。多模塊可級聯(lián)式設(shè)計使得多回路控制更容易，由于RS485 口的物 理特性決定了最多可以支持16個模塊級聯(lián)擴展，而單個模塊式可級聯(lián)PID溫控儀能支持4 個控溫回路，在生產(chǎn)塑料機械、塑料型材等控溫場合可以大量使用。如果有必要，可以通過 一臺通用的工業(yè)觸摸屏顯示或操作多臺本實用新型的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀的過程參 數(shù)，相對于現(xiàn)有使用多臺各自自帶顯示面板和鍵盤的控溫儀方案來說，采用本實用新型的 模塊式可級聯(lián)PID溫控儀可實現(xiàn)多臺溫控儀配一臺觸摸屏的方案，更具有價格優(yōu)勢。在多 回路的工業(yè)自動化控溫系統(tǒng)中除了控溫儀表以外，常常還需要PLC的參與，通常還安裝有 觸摸屏，如果在系統(tǒng)中已經(jīng)有觸摸屏的情況下，使用本溫控儀時就不必再安裝觸摸屏了，相 對于選用現(xiàn)有自帶顯示面板和鍵盤的控溫儀方案來說就更經(jīng)濟了。

[0020] 上述實施例僅列示性說明本實用新型的原理及功效，而非用于限制本實用新型。 任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本實用新型的精神及范圍下，對上述實施例進行修 改。因此，本實用新型的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。

5

Claims (10)
一種模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于包括：具有多輸入通道的熱電偶采樣芯片，其每一輸入通道用于連接一熱電偶，以便采集各熱電偶的電信號；用于提供所述熱電偶的冷端溫度的冷端補償芯片；用于將模擬電路與數(shù)字電路隔離的隔離器件；與所述隔離器件相連接的單片機，用于根據(jù)所述冷端溫度和所述熱電偶采樣芯片采集的電信號計算出各個通道的當(dāng)前溫度值，再根據(jù)同用戶設(shè)定值之間的誤差及誤差變化率通過PID算法計算出控制量，以脈沖調(diào)制方式傳送控制量；固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片，用于根據(jù)所述單片機傳送至的控制量控制與其相連的各繼電器的運行；與所述單片機相連接以便進行通信的串行通信接口芯片；與所述串行通信接口芯片相連接且用于驅(qū)動RS485接口的RS485驅(qū)動芯片；電源供電電路，用于向熱電偶采樣芯片、冷端補償芯片、隔離器件、單片機、固態(tài)繼電器驅(qū)動芯片、串行通信接口芯片、及RS485驅(qū)動芯片供電。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述熱電偶采樣芯片 采用具有4輸入通道的ADS1248芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述冷端補償芯片采 用ADT7301芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述隔離器件采用 ADuM1401磁耦合隔離器件。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述單片機采用 LPC2292單片機。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述固態(tài)繼電器驅(qū)動 芯片采用ULN2804AP芯片。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述串行通信接口芯 片采用SP3232芯片。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述RS485驅(qū)動芯片 采用SP485E芯片。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述電源供電電路包 括直流24V轉(zhuǎn)5V的電源模塊和5V轉(zhuǎn)成3. 3V的芯片。
10.如權(quán)利要求9所述的模塊式可級聯(lián)PID溫控儀，其特征在于：所述5V轉(zhuǎn)成3. 3V的 芯片采用LMl 117-3. 3芯片。