一種加熱器報警及控制模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)溫度控制領(lǐng)域，具體涉及一種加熱器報警及控制模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]加熱在工業(yè)界中得到廣泛的應(yīng)用。由于加熱需要大量的能量，因此，必須有合適可靠的溫度控制，以防止發(fā)生過熱，避免導(dǎo)致設(shè)備損壞和火災(zāi)等嚴(yán)重的安全隱患。
[0003]傳統(tǒng)的溫度控制使用溫度檢測裝置作為唯一的反饋信號(包括熱電偶、熱電阻，等)進(jìn)行溫度控制，這是一種被動的溫度控制方法。如果溫度檢測裝置或者繼電器發(fā)生故障時，溫度控制就會失靈。例如，如果熱電偶在溫度低于設(shè)定溫度的測量點的位置短路，將導(dǎo)致加熱器過熱。即使使用額外的安全設(shè)備，如溫度保險絲，因為它在高溫下運行，可能會導(dǎo)致加熱器的嚴(yán)重的老化。又如半導(dǎo)體下游管線加熱，從反應(yīng)室來的高溫氣體可能將加熱整個加熱管道，特別是當(dāng)氣體流量很高時，當(dāng)用傳統(tǒng)溫度控制方法時，由于溫度依賴純粹溫度檢測裝置反饋，如此高的溫度可能會導(dǎo)致誤警，從而影響工藝過程。
[0004]通常，單一的加熱器用來達(dá)到高溫的目的。因此，單個溫度控制往往足夠了。然而，在半導(dǎo)體工業(yè)中，經(jīng)常需要對較長的栗線進(jìn)行加熱，而且需要確保統(tǒng)一和可靠的溫度控制。此外，這些加熱管道往往需要預(yù)防性維護(hù)，加熱器必須便于裝拆，因此，必須采用多個溫度控制器以達(dá)到以上的要求。這就要求一種低成本，而且可靠的溫度控制器。此外，由于加熱管道往往很長，能耗成為一個嚴(yán)重的問題。另外，加熱的溫度要求取決于工藝過程的要求，因此，靈活方便的改變設(shè)定溫度和功率控制對于半導(dǎo)體工藝管道的加熱是非常重要的。
[0005]此外，在長管道加熱的工作條件下(例如半導(dǎo)體工藝管道加熱)，由于多個溫度控制器(有時可達(dá)幾十個)的同時使用，溫度報警和監(jiān)測通常是針對整個工藝管道，而不是對單個溫度控制器進(jìn)行。加熱器報警與控制模塊就是根據(jù)這個要求而設(shè)計的，主要是易于了解整個加熱管道的工作狀態(tài)和控制多個加熱器。
[0006]目前的報警裝置功能都比較單一，通過串聯(lián)溫度控制器中的報警繼電器，僅能提供低溫報警和顯示正常工作狀態(tài)。另外，多點通信協(xié)議(如RS485、以太網(wǎng)、EtherCAT)可以用于對單個溫度控制器的控制，但是，因為每個控制器中必須包括通信硬件，這導(dǎo)致溫度控制器的成本增加和體積的增大。另外，每個溫度控制器必須有相應(yīng)的地址，使得加熱器的安裝和溫度的設(shè)置變得非常復(fù)雜。
[0007]此外，節(jié)能成為非常重要的目標(biāo)。這是因為這些加熱器經(jīng)常安裝在帶有空調(diào)的控制環(huán)境。釋放到環(huán)境的熱將導(dǎo)致溫度升高，因此，要求更多的運行功率，以保證空調(diào)的控制溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種加熱器報警及控制模塊，包括加熱器報警及控制模塊主處理器、加熱器報警及控制電路和加熱器溫控模塊，所述加熱器溫控模塊包括η個加熱器溫度控制器，加熱器報警及控制模塊主處理器通過加熱器報警及控制電路與加熱器溫控模塊連接;加熱器溫度控制器包括微處理器、光耦固態(tài)繼電器和光電耦合器，光耦固態(tài)繼電器包括發(fā)光二極管和功率開關(guān)，光電親合器包括發(fā)光二極管和光敏三極管，微處理器與光親固態(tài)繼電器和光電親合器連接，其中，光親固態(tài)繼電器的功率開關(guān)的一端與光電親合器的發(fā)光二極管的正極相連，該連接端構(gòu)成加熱器溫度控制器的輸入端，光耦固態(tài)繼電器的功率開關(guān)的另一端為加熱器溫度控制器的第一輸出端，光電親合器的發(fā)光二極管的負(fù)極構(gòu)成加熱器溫度控制器的第二輸出端，光耦固態(tài)繼電器的發(fā)光二極管的正極連接到直流電源，光親固態(tài)繼電器的發(fā)光二極管的負(fù)極與微處理器uP I的一個I /O接口連接，光電親合器的光敏三極管的集電極連接到直流電源，發(fā)射極接地的同時連接到微處理器的CCP和模擬信號輸入端;加熱器報警及控制模塊主處理器給加熱器溫控模塊提供控制信號，輸入到第一加熱器溫度控制器的輸入端，第二加熱器溫度控制器的輸入端與第一加熱器溫度控制器的第一輸出端連接，同樣，在后的加熱器溫度控制器的輸入端與在前的加熱器溫度控制器的第一輸出端順序連接，直到第η個加熱器溫度控制器的輸入端與第η-1個加熱器溫度控制器的第一輸出端連接，η個加熱器溫度控制器的第二輸出端連接在一起并通過加熱器報警及控制電路接入到加熱器報警及控制模塊主處理器。
[0009]進(jìn)一步，第η個加熱器溫度控制器的第一輸出端連接到終端回路電容的一端，終端回路電容的另一端與η個加熱器溫度控制器的第二輸出端連接，終端回路電容與η個加熱器溫度控制器的第二輸出端連接的一端通過加熱器報警及控制電路接入到加熱器報警及控制模塊主處理器。
[0010]其中，加熱器報警及控制模塊主處理器給加熱器溫控模塊提供三種控制信號一一直流電源、弱功率PffM信號和強功率PffM信號，用于實現(xiàn)三種工作模式，分別是控制模式、報警模式，或溫度設(shè)定模式。
[0011]再有，強功率PWM信號通過緩沖運算放大器提高功率后，再輸出到第一加熱器溫度控制器的輸入端。
[0012]此外，η個加熱器溫度控制器的第二輸出端連接到加熱器報警及控制模塊主處理器的模擬信號輸入端來測量直流電壓，同時還通過第一電容連接到加熱器報警及控制模塊主處理器的CCP端來進(jìn)行頻率的測量;終端回路電容與η個加熱器溫度控制器的第二輸出端連接的一端通過AC分壓電容接地，同時還與一個三極管的集電極連接;所述三極管的基極與加熱器報警及控制模塊主處理器的一個I/O端連接，三極管的發(fā)射極接地，所述三極管在報警時是處于截止?fàn)顟B(tài)，而在對溫度控制器進(jìn)行控制時則是導(dǎo)通的。
[0013]具體的，當(dāng)輸入信號是弱功率PWM信號時，該信號從第一加熱器溫度控制器的輸入端輸入到加熱器溫控模塊，加熱器溫控模塊的η個溫度控制器中的光電耦合器處于開路狀態(tài)，η個溫度控制器中的光耦固態(tài)繼電器組成串聯(lián)電路；當(dāng)加熱器的溫度低于溫度控制器的設(shè)定值時，加熱器溫度控制器的微處理器連接光耦固態(tài)繼電器光耦固態(tài)繼電器的發(fā)光二極管負(fù)極的I/O接口輸出高電位，使得光耦固態(tài)繼電器處于開路狀態(tài)；當(dāng)加熱器的溫度進(jìn)入溫度控制器的控制范圍時，加熱器溫度控制器的微處理器連接光耦固態(tài)繼電器的發(fā)光二極管負(fù)極的I/O接口輸出低電位，使得光耦固態(tài)繼電器處于閉合狀態(tài)，串聯(lián)連接的η個光耦固態(tài)繼電器，再加上終端回路電容，構(gòu)成報警控制電路的回路。
[0014]具體的，當(dāng)加熱器報警及控制模塊要對加熱器溫度控制器進(jìn)行控制操作時，首先要發(fā)送一個特定頻率的PWM信號，輸入到第一加熱器溫度控制器的輸入端，第一加熱器溫度控制器中的微處理器會通過光電耦合器檢測該信號的頻率，如果確認(rèn)是加熱器報警及控制模塊將發(fā)送控制信號的特定頻率信號時，加熱器溫度控制器中的微處理器將會發(fā)出指令將光耦固態(tài)繼電器強制閉合，讓特定頻率的PWM信號從第一溫度控制器的第一輸出端輸出，并傳遞到第二加熱器溫度控制器的輸入端，以此類推，在后的加熱器溫度控制器中的微處理器將會發(fā)出指令將各自控制的光耦固態(tài)繼電器逐一強制閉合，直至η個加熱器溫度控制器的光耦固態(tài)繼電器全部閉合，加熱器報警及控制模塊將前述三極管閉合，并開始發(fā)送直流電壓信號或通過緩沖運算放大器提高功率后輸出強功率PWM信號，對各加熱器溫度控制器進(jìn)行控制。
[0015]優(yōu)選的，當(dāng)所有加熱器溫度控制器中的光耦固態(tài)繼電器都強制閉合后，加熱器報警及控制模塊輸出一個直流電壓信號，來判斷終端回路是否短路，如果終端回路處于直流短路狀態(tài)，加熱器報警及控制模塊主處理器的模擬輸入端會測量到該直流電壓信號，將停止對加熱器溫度控制器的控制操作，如果終端回路處于開路狀態(tài)，或者有回路電容，加熱器報警及控制模塊主處理器的模擬輸入端就不會測量到該5V電壓，則繼續(xù)進(jìn)行加熱器溫度控制器的控制操作。
[0016]具體的，加熱器溫度控制器的溫度設(shè)定是由加熱器報警及控制模塊主處理器發(fā)送強功率PWM信號實現(xiàn)，強功率PWM信號通過緩沖運算放大器提高功率后，能夠驅(qū)動在加熱器溫度控制器內(nèi)部的所有光電耦合器，所述三極管導(dǎo)通，當(dāng)加熱器溫度控制器中的微處理器接收到放大后的所述強功率PWM的脈沖信號時，加熱器溫度控制器內(nèi)部的微處理器將監(jiān)測到強功率PffM信號頻率轉(zhuǎn)換為溫度設(shè)定值。
[0017]更進(jìn)一步，加熱器睡眠控制/激活第二個溫度控制可以通過加熱器報警及控制模塊提供的直流電壓信號實現(xiàn)，各加熱器溫度控制器內(nèi)部的微處理器中存儲有第二溫度設(shè)定值，當(dāng)加熱器報警及控制模塊將前述三極管閉合從而對各加熱器溫度控制器進(jìn)行控制時，發(fā)送直流電壓信號，各加熱器溫度控制器的微處理器監(jiān)測該直流電壓信號，如果沒有監(jiān)測到所述直流電壓信號，則溫度控制器用微處理器中的正常溫度設(shè)定值，如果監(jiān)測到所述直流電壓信號，則溫度控制器用微處理器中的第二溫度設(shè)定值進(jìn)行溫度控制。
[0018]本發(fā)明的加熱器報警及控制模塊結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝設(shè)計，可以根據(jù)加熱管道的長短進(jìn)行組裝，統(tǒng)一控制，能夠改變整個加熱沿線多個