[发明专利]一种面向线网反应器的快速温度控制系统

权利要求书

1.一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，包括：

核心控制单元用于实现温度信号的模数转换，控制信号的数模转换，以及核心控制算法，所述核心控制单元为ARM控制芯片，包括内置的A/D及D/A转换器，以及基于操作系统的控制算法，ARM控制芯片的时间参数满足对控制快速性的要求，基于ARM实现的核心控制程序分成四个任务，这四个任务按照优先级顺序由高到低的顺序依次为：

任务1、接收上位机指令，这些指令包括开始加热、停止加热指令、不同的模式包括调试模式、直接输出控制、单独加热、分段加热选择、以及目标温度、目标速度的设置参数；

任务2、处理读取的温度数据并进行调节输出；

任务3、当前温度回传上位机，用于实时显示当前线网反应器温度，便于客观地观察整个升温过程，以及确定升温速度；

任务4、刷新OLED显示屏，实时显示当前线网反应器温度，便于随时读取温度；

这四个任务依据优先级，按照FIFO的原则占用CPU时间片，从而完成基于ARM的实时控制过程；

传感变送单元包括热电偶和温度变送器，用于实时采集温度信号，并将温度信号转换成核心控制单元能够接受的电压信号；

功率控制器包括功率调节器和单相隔离变压器，作为功率控制的执行机构,将核心控制单元产生的控制信号输出给功率调节器,并通过单向隔离变压器控制线网反应器的温度；

人机交互监控单元包括上位机和OLED显示屏,监控画面由上位机监控软件实现，用于实时升温过程监控以及输入指令和参数；

所述系统的被控对象为线网反应器，线网反应器的温度由热电偶采集，所述热电偶的分型选取由线网反应器的典型工作温度范围决定，如果典型工作温度在600℃～1000℃，则选择K型热电偶；如果典型工作温度在1000℃～1300℃，则选择S型热电偶；如果典型工作温度在1000℃～1600℃，则选择L型热电偶，所述温度控制系统的最高升温速度为1700℃/s，热电偶的输出信号经温度变送器进行电压变换后传送到核心控制单元，核心控制单元计算出控制量输入到功率调节器，再由功率调节器输出给单相隔离变压器，控制实际加到线网反应器两端的功率，从而达到控制线网反应器温度的目的，形成线网反应器的温度闭环控制；上位机采用串口连接与核心控制单元通信，将人工指令和参数输入到核心控制单元，核心控制单元将当前的热电偶的温度值在OLED显示屏上刷新显示，实现过程的监控。

2.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述温度变送器的输出信号与所连接的核心控制单元的相应引脚的电压兼容；所述温度变送器的响应速度满足控制快速性的要求。

3.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述温度变送器接收热电偶输出信号，然后将其进行放大、滤波，经电平转换成0-3.3V输出，并自带输入、输出侧的隔离措施，以免信号互相影响；

所述温度变送器采用三级隔离：输入信号隔离、输出信号隔离及数模信号隔离，能够有效降低噪声。

4.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述功率调节器用来调整单相隔离变压器的实际输出功率，采用交流功率调节器实现，功率调节器的响应速度满足实时控制快速性的要求。

5.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述单相隔离变压器一方面将危险电压降压到安全电压范围之内，另外一方面将一次线圈和二次线圈之间实现电气隔离，从而保护线网反应器以及实验操作人员的安全；单相隔离变压器的额定功率根据线网反应器的升温速度确定。

6.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述人机交互监控单元能够实时地用曲线的形式直观地显示升温过程，便于监测。

7.根据权利要求1所述的一种面向线网反应器的快速温度控制系统，其特征在于，所述功率调节器的输入端直接与墙上单相电连接，功率调节器的输出端与单相隔离变压器的输入一次线圈侧连接，而单相隔离变压器的二次线圈侧为安全操作低电压，与线网反应器连接，以上连接用铜芯电缆线实现强电信号连接；功率调节器的控制信号端与核心控制单元的输出端用电子线路专用连线实现弱电信号连接。