一种加热器报警及控制模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业温度控制领域，具体涉及一种加热器报警及控制模块。
【背景技术】
[0002]加热在工业界中得到广泛的应用。由于加热需要大量的能量，因此，必须有合适可靠的温度控制，以防止发生过热，避免导致设备损坏和火灾等严重的安全隐患。
[0003]传统的温度控制使用温度检测装置作为唯一的反馈信号(包括热电偶、热电阻，等)进行温度控制，这是一种被动的温度控制方法。如果温度检测装置或者继电器发生故障时，温度控制就会失灵。例如，如果热电偶在温度低于设定温度的测量点的位置短路，将导致加热器过热。即使使用额外的安全设备，如温度保险丝，因为它在高温下运行，可能会导致加热器的严重的老化。又如半导体下游管线加热，从反应室来的高温气体可能将加热整个加热管道，特别是当气体流量很高时，当用传统温度控制方法时，由于温度依赖纯粹温度检测装置反馈，如此高的温度可能会导致误警，从而影响工艺过程。
[0004]通常，单一的加热器用来达到高温的目的。因此，单个温度控制往往足够了。然而，在半导体工业中，经常需要对较长的栗线进行加热，而且需要确保统一和可靠的温度控制。此外，这些加热管道往往需要预防性维护，加热器必须便于装拆，因此，必须采用多个温度控制器以达到以上的要求。这就要求一种低成本，而且可靠的温度控制器。此外，由于加热管道往往很长，能耗成为一个严重的问题。另外，加热的温度要求取决于工艺过程的要求，因此，灵活方便的改变设定温度和功率控制对于半导体工艺管道的加热是非常重要的。
[0005]此外，在长管道加热的工作条件下(例如半导体工艺管道加热)，由于多个温度控制器(有时可达几十个)的同时使用，温度报警和监测通常是针对整个工艺管道，而不是对单个温度控制器进行。加热器报警与控制模块就是根据这个要求而设计的，主要是易于了解整个加热管道的工作状态和控制多个加热器。
[0006]目前的报警装置功能都比较单一，通过串联温度控制器中的报警继电器，仅能提供低温报警和显示正常工作状态。另外，多点通信协议(如RS485、以太网、EtherCAT)可以用于对单个温度控制器的控制，但是，因为每个控制器中必须包括通信硬件，这导致温度控制器的成本增加和体积的增大。另外，每个温度控制器必须有相应的地址，使得加热器的安装和温度的设置变得非常复杂。
[0007]此外，节能成为非常重要的目标。这是因为这些加热器经常安装在带有空调的控制环境。释放到环境的热将导致温度升高，因此，要求更多的运行功率，以保证空调的控制温度。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种加热器报警及控制模块，包括加热器报警及控制模块主处理器、加热器报警及控制电路和加热器温控模块，所述加热器温控模块包括η个加热器温度控制器，加热器报警及控制模块主处理器通过加热器报警及控制电路与加热器温控模块连接;加热器温度控制器包括微处理器、光耦固态继电器和光电耦合器，光耦固态继电器包括发光二极管和功率开关，光电親合器包括发光二极管和光敏三极管，微处理器与光親固态继电器和光电親合器连接，其中，光親固态继电器的功率开关的一端与光电親合器的发光二极管的正极相连，该连接端构成加热器温度控制器的输入端，光耦固态继电器的功率开关的另一端为加热器温度控制器的第一输出端，光电親合器的发光二极管的负极构成加热器温度控制器的第二输出端，光耦固态继电器的发光二极管的正极连接到直流电源，光親固态继电器的发光二极管的负极与微处理器uP I的一个I /O接口连接，光电親合器的光敏三极管的集电极连接到直流电源，发射极接地的同时连接到微处理器的CCP和模拟信号输入端;加热器报警及控制模块主处理器给加热器温控模块提供控制信号，输入到第一加热器温度控制器的输入端，第二加热器温度控制器的输入端与第一加热器温度控制器的第一输出端连接，同样，在后的加热器温度控制器的输入端与在前的加热器温度控制器的第一输出端顺序连接，直到第η个加热器温度控制器的输入端与第η-1个加热器温度控制器的第一输出端连接，η个加热器温度控制器的第二输出端连接在一起并通过加热器报警及控制电路接入到加热器报警及控制模块主处理器。
[0009]进一步，第η个加热器温度控制器的第一输出端连接到终端回路电容的一端，终端回路电容的另一端与η个加热器温度控制器的第二输出端连接，终端回路电容与η个加热器温度控制器的第二输出端连接的一端通过加热器报警及控制电路接入到加热器报警及控制模块主处理器。
[0010]其中，加热器报警及控制模块主处理器给加热器温控模块提供三种控制信号一一直流电源、弱功率PffM信号和强功率PffM信号，用于实现三种工作模式，分别是控制模式、报警模式，或温度设定模式。
[0011]再有，强功率PWM信号通过缓冲运算放大器提高功率后，再输出到第一加热器温度控制器的输入端。
[0012]此外，η个加热器温度控制器的第二输出端连接到加热器报警及控制模块主处理器的模拟信号输入端来测量直流电压，同时还通过第一电容连接到加热器报警及控制模块主处理器的CCP端来进行频率的测量;终端回路电容与η个加热器温度控制器的第二输出端连接的一端通过AC分压电容接地，同时还与一个三极管的集电极连接;所述三极管的基极与加热器报警及控制模块主处理器的一个I/O端连接，三极管的发射极接地，所述三极管在报警时是处于截止状态，而在对温度控制器进行控制时则是导通的。
[0013]具体的，当输入信号是弱功率PWM信号时，该信号从第一加热器温度控制器的输入端输入到加热器温控模块，加热器温控模块的η个温度控制器中的光电耦合器处于开路状态，η个温度控制器中的光耦固态继电器组成串联电路；当加热器的温度低于温度控制器的设定值时，加热器温度控制器的微处理器连接光耦固态继电器光耦固态继电器的发光二极管负极的I/O接口输出高电位，使得光耦固态继电器处于开路状态；当加热器的温度进入温度控制器的控制范围时，加热器温度控制器的微处理器连接光耦固态继电器的发光二极管负极的I/O接口输出低电位，使得光耦固态继电器处于闭合状态，串联连接的η个光耦固态继电器，再加上终端回路电容，构成报警控制电路的回路。
[0014]具体的，当加热器报警及控制模块要对加热器温度控制器进行控制操作时，首先要发送一个特定频率的PWM信号，输入到第一加热器温度控制器的输入端，第一加热器温度控制器中的微处理器会通过光电耦合器检测该信号的频率，如果确认是加热器报警及控制模块将发送控制信号的特定频率信号时，加热器温度控制器中的微处理器将会发出指令将光耦固态继电器强制闭合，让特定频率的PWM信号从第一温度控制器的第一输出端输出，并传递到第二加热器温度控制器的输入端，以此类推，在后的加热器温度控制器中的微处理器将会发出指令将各自控制的光耦固态继电器逐一强制闭合，直至η个加热器温度控制器的光耦固态继电器全部闭合，加热器报警及控制模块将前述三极管闭合，并开始发送直流电压信号或通过缓冲运算放大器提高功率后输出强功率PWM信号，对各加热器温度控制器进行控制。
[0015]优选的，当所有加热器温度控制器中的光耦固态继电器都强制闭合后，加热器报警及控制模块输出一个直流电压信号，来判断终端回路是否短路，如果终端回路处于直流短路状态，加热器报警及控制模块主处理器的模拟输入端会测量到该直流电压信号，将停止对加热器温度控制器的控制操作，如果终端回路处于开路状态，或者有回路电容，加热器报警及控制模块主处理器的模拟输入端就不会测量到该5V电压，则继续进行加热器温度控制器的控制操作。
[0016]具体的，加热器温度控制器的温度设定是由加热器报警及控制模块主处理器发送强功率PWM信号实现，强功率PWM信号通过缓冲运算放大器提高功率后，能够驱动在加热器温度控制器内部的所有光电耦合器，所述三极管导通，当加热器温度控制器中的微处理器接收到放大后的所述强功率PWM的脉冲信号时，加热器温度控制器内部的微处理器将监测到强功率PffM信号频率转换为温度设定值。
[0017]更进一步，加热器睡眠控制/激活第二个温度控制可以通过加热器报警及控制模块提供的直流电压信号实现，各加热器温度控制器内部的微处理器中存储有第二温度设定值，当加热器报警及控制模块将前述三极管闭合从而对各加热器温度控制器进行控制时，发送直流电压信号，各加热器温度控制器的微处理器监测该直流电压信号，如果没有监测到所述直流电压信号，则温度控制器用微处理器中的正常温度设定值，如果监测到所述直流电压信号，则温度控制器用微处理器中的第二温度设定值进行温度控制。
[0018]本发明的加热器报警及控制模块结构简单，便于安装设计，可以根据加热管道的长短进行组装，统一控制，能够改变整个加热沿线多个