专利名称：控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制系统，特别是涉及一种闭回路控制系统。
技术背景一般在工业控制应用中，常用的控制回路(control loop)系统可分为 开回路控制(open-loop control )以及闭回路控制(closed-loop control )。 闭回路控制系统为一种回授(feedback)控制，在控制系统应用上非常普遍 及成熟。而闭回路控制主要是根据传感器(sensor)感测所得的回授值，经 由与原始输入的设定值比对之后，再通过控制器的运算改变控制器的输出， 最后通过一个运转设备来作出反应。图1示出了现有的闭回路控制系统方块图。请参照图1，此系统包括控 制器IIO、致动器120、运转设备130、传感器140、输入端150,其中运转 设备130还包括一个输出端160。控制器110是用来接收输入端150所输入的设定值，并接收传感器140 感测的回授值，且设定值与回授值藉由控制器110进行计算之后，将得到一 个控制变量。而致动器120与控制器110连接，并根据控制器110所提供的 控制变量来驱动运转设备130。此外，运转设备130则与致动器120连接， 用来产生动作。另外，传感器140设置于运转设备130的输出端160,用来 从输出端160感测出一回授值，再将此回授值传送至控制器110进行运算。因此，传统方法仅利用单一回路的闭回路控制(一组控制参数作回授控 制)与一个控制器，并利用回授方式来保持系统稳定。若是感测回授值的传 感器发生异常状况时，如信号干扰、信号误差或信号中断等，控制器即会马 上接收到这些非真实现象的数值，并将这些数值做为控制变量依据，改变系 统状态以达到传感器的需求。如此一来，将无法有效实现稳定系统的需求。 除此之外，在系统维修或是系统校正时，必须停止整个系统的运作，直到维 修或校正完成为止。因此在系统停止运作的这段时间，可能会造成使用者利 润的损失。另外，若是传感器或控制器在运作中突然损坏，则系统将会毫无预警地中断运作，此时则必须马上对系统进行修复动作，对于使用者而言亦 会造成利益上的损失。发明内容本发明的目的是提供一种控制系统，此系统并联多个传感器，并利用信 号选择器来选择来自这些传感器的信号，以避免因环境因素而影响系统可靠 度。本发明的再一目的是提供一种控制系统，此系统并联多个控制器及并联 多个传感器，以避免当单一控制器或单一传感器发生故障或信号干扰而影响 系统稳定度。本发明提出一种的控制系统，此系统包括第一控制器、致动器、运转设 备以及多个传感器，且运转设备还包括一个输出端。其中致动器与第一控制 器连接，而运转设备则连接至致动器，且此运转设备具有一个输出端。另夕卜， 多个传感器并联设置于运转设备的输出端。其中第 一控制器是根据其中 一个 传感器的信号来控制致动器，使得运转设备开始动作。依照本发明的一实施例所述控制系统，此系统还包括一个信号选择器， 此信号选择器设置于传感器与第 一控制器之间，用以选择其中 一个传感器的 信号。另外还包括第一切换开关以及第二切换开关。其中第一切换开关是与 信号选择器并联设置，且第 一切换开关使第 一控制器耦接至其中 一个传感 器。此外，第二切换开关则是设置于第一控制器与信号选择器之间，且第二 切换开关使第一控制器耦接至信号选择器或者耦接至第一切换开关。依照本发明的一实施例所述控制系统，此系统还包括第二控制器、第一 二极管及第二二极管。其中第二控制器与第一控制器并联设置，而第一二极 管设置于第 一控制器与致动器之间，第二二极管则设置于第二控制器与致动 器之间。本发明提出一种控制系统，此系统包括多个控制器、致动器、多个二极 管、运转设备以及多个传感器。其中多个控制器并联设置在一起，而致动器 则连接至这些控制器。另外，多个二极管则分别设置于每一个控制器与致动 器之间。而运转设备则连接至致动器，且此运转设备具有一个输出端。此外， 将多个传感器并联设置在运转设备的输出端，且这些传感器耦接至控制器， 并根据其中 一个传感器的信号使用其中 一个控制器来控制致动器，以使运转设备开始动作。依照本发明的一实施例所述控制系统，此系统还包括一个信号选择器， 此信号选择器设置在传感器与控制器之间，用以选择其中一个传感器的信 号。另外还包括第一切换开关与第二切换开关。其中第一切换开关与信号选 择器并联设置，且第一切换开关使得控制器耦接至其中一个传感器。另外， 第二切换开关则设置于信号选择器及第一切换开关与控制器之间，且第二切 换开关使得控制器耦接至信号选择器或是第一切换开关。本发明的控制系统因并联设置多个传感器，且设置信号选择器来选择来 自这些传感器的信号及进行异常时信号的逻辑判断。因此可避免因环境因素 干扰而影响系统运作，并提升系统可靠度以及增加系统稳定性。而且，本发明的控制系统设置多个传感器可避免因单一传感器发生故障 而需停止系统运作。而且，在维修或系统校正时，系统并不需要停止运作， 而可以维持系统运作，节省停机的时间。此外，信号选择器对来自这些传感器的信号进行逻辑判断并选择适当的 信号而输出至控制器，可以维持系统的稳定度及可靠度。另外，本发明的的控制系统亦可并联设置多个控制器或同时并联设置多 个控制器及多个传感器，如此一来，可避免因单一传感器或单一控制器发生 故障而停止系统运作，降低系统供应风险。为了使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举 较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
图1示出了现有的闭回路控制系统方块图。图2示出了依照本发明第一实施例的控制系统方块图。 图3示出了依照本发明第二实施例的控制系统方块图。附图符号说明 110、 204:控制器 120、 211:致动器 130、 213:运转设备 150、 201:输入端160、215:输出端140、217、 219、 221:传感器203:第一控制器205:第一二极管207:第二控制器209:第二二极管223:信号选择器225:第一切换开关227:第二切换开关具体实施方式
由于单一传感器及/或单一控制器一旦故障或是其它异常信号干扰等， 皆会影响到系统的稳定性及可靠度。因此，本发明利用多个传感器及/或多 个控制器来做为回授控制之用。为了使本发明的内容更为明了，以下特举实 施例作为本发明确实能够据以实施的范例。图2示出了本发明第一实施例的控制系统方块图。请参照图2,此控制 系统包括输入端201、控制器204、致动器211、运转设备213、传感器217、 传感器219、传感器221、信号选择器223、第一切换开关225以及第二切换 开关227,而且运转设备213具有输出端215。控制器204连接至致动器211,并接收输入端201的输入信号。致动器 211设置于控制器204与运转设备213之间，并连接控制器204与运转设备 213。传感器(217、 219及221)并联设置于运转设备213的输出端215。信 号选择器223位于传感器(217、 219及221)及控制器204之间，以选择传 感器(217、 219及221)的信号。第一切换开关225设置于控制器204与传 感器(217、 219及221)之间，并与信号选择器223并联设置在一起。第一 切换开关225用以使控制器204与传感器(217、 219及221)的其中之一耦 接。第二切换开关227设置于控制器204与信号选择器223之间，用以使控 制器204与第一切换开关225或信号选择器223耦接。控制器204用来接收输入端201所输入的设定值，并且接收从传感器 (217、 219及221)感测所得的回授值。之后，再将输入的设定值与、回授值 做一比对，利用误差来计算出系统的一个控制变量。控制器204例如是比例积分微分(proportional-integra卜derivative， PID)控制器。然而，在本实施例中并不限定控制器2 04种类。致动器211则是根据控制器204所提供的控制变量来驱动运转设备213。而运转设备213根据致动器211传送的控制信号来产生反应，将系统维持在一个设定的状态下。多个传感器(217、 219及221 )并联设置于运转设备213的输出端215,用来对运转设备213的输出端215进行回授值的感测。在本实施例中传感器数目例如为3个。当然，传感器的数目可根据使用者需求自行决定，例如设置两个或是四个以上的传感器。在本发明中并不限制传感器数目范围。然后，控制器204便可根据其中一个传感器(217、 219及221)的回授值来控制致动器211，以使运转设备213产生动作。由于使用多个传感器(217、 219及221),因此本实施例使用一个信号选择器223对来自传感器(217、 219及221 )的信号(回授值)进行逻辑判断， 并选择适当的信号而输出至控制器。此信号选择器223设置于传感器(217、 219及221)与控制器204之间。利用简单的算法来选择使用哪一个传感器 (217、 219及221 )的信号(回授值)。举例来说，可选择多个信号(回授值) 中的中位数或这些信号(回授值)的平均值等统计数值。如此一来，若传感器 217发生信号干扰或是信号误差，甚至是信号中断等异常状况时，信号选择 器223可从传感器219及传感器221的信号选择适当的信号(回授值)，并传 送至控制器204。此信号选择器223例如是一个可程控器(programmable logic controller, PLC),然在此并不限制其范围。值得一提的是，本实施例还使用了两组开关，即第一切换开关225及第 二切换开关227。第一切换开关225与信号选择器223并联设置，且第一切 换开关225使得控制器204耦接至其中一个传感器(217、 219及221)。换 言之，在本实施例中，第一切换开关225可由使用者自行选择使用哪一个传 感器(217、 219及221)。另外，第二切换开关227则设置于信号选择器223与第一切换开关225 以及控制器204之间。而第二切换开关227使得控制器204耦接至信号选择 器223或者是第一切换开关225。换言之，在本实施例中，当第二切换开关 227使得控制器204耦接至信号选择器223时，则进行自动选择信号(回授值) 控制。反之，当第二切换开关227使得控制器204耦接至第一切换开关225,则进行手动选择信号(回授值)控制，以便手动选择其中一个传感器(217、 219及221)感测到的信号(回授值)。因此，在进行维修或校正工作时，利 用第二切换开关227使得控制器204耦接至第一切换开关225,进行手动选 择信号(回授值)控制。然后，再利用第一切换开关225来选择其中一个传感 器(217、 219及221),则未使用的传感器便可进行维修或校正工作。图3示出了本发明第二实施例的控制系统方块图。在图3中，构件名称 及功能皆与第一实施例相同的部件，给予同样的标号，并省略其说明。请参照图3,第二实施例与第一实施例不同之处在于，控制系统还包括 多个控制器(第一控制器203及第二控制器207 )以及多个二极管(第一二 极管205及第二二极管209 )。第一控制器203及第二控制器207分别对应第一二极管205及第二二极 管209，且并联设置。第一控制器203及第二控制器207同时将接收的设定 值与从其中一个传感器(217、 219及221)感测所得的回授值做一比对，利 用误差来计算出系统的一个控制变量，并分别得到输出信号。第 一控制器2 03 及第二控制器207的输出信号分别输出至第一二极管205及第二二极管209。 接着，再根据第一二极管205及第二二极管209的特性，将第一控制器203 及第二控制器207的输出信号之中的较大信号传送至致动器211。值得一提的是，若第一控制器203发生故障时，尚有第二控制器207可 使用，因此系统不会因临时停摆而造成使用者的损失。此外，在本实施例中， 除了第一控制器203与第二控制器207之外，尚可增加更多的控制器以及对 应于每个控制器的二极管，并且亦将这些控制器并联设置。另外，在增加控 制器数量之后，在对控制器进行维修或校正时，便不需停止整个系统的运作， 且亦能获得较佳的控制变量。接着以实例说明本发明的控制系统。举例来说，就冷却系统而言，主要是经由注水动作来进行降温。假设此 系统温度必须保持在一定值，因此输入一设定值至第一控制器203及第二控 制器207 (例如PID控制器)，然后第一控制器203及第二控制器207通知 变频器(致动器211)以控制泵浦(运转设备213)的速度，以维持系统温 度保持在该设定值，例如此设定值为25。C。而传感器(217、 219及221)即是用来感测泵浦(运转设备213)的注 水槽(输出端215)温度的高低，而分别得到一回授值，并传送至信号选择器223。信号选择器223则选择此三个传感器(217、 219及221 )所测得的 回授值的其中一个，传回第一控制器203及第二控制器207。第一控制器203及第二控制器207则根据回授值与设定值来调整误差， 进而通知变频器(致动器211)必须加快或者减緩泵浦(运转设备213)的 速度，以确实使冷却系统能够实现降温作用。而感测后的回授值非常重要， 若有异常发生时，将使系统控制输出值因异常信号的错误运算，而导致控制 的温度失控。举例来说，若传感器(217、 219及221)所测得的温度值分别 为30.5。C、 25.5°C、 25.3°C，则传感器217所测得的温度值30. 5。C为明显 异常。直接以传感器217所测得的温度值30. 5。C作为回授值时，会造成系统 温度失控。因此使用多个传感器的架构来进行感测时，若传感器217发生异 常，还可使用传感器219及传感器221所测得的回授值。而且，利用信号选 择器223从传感器(217、 219及221 )所测得的温度值30. 5°C、 25. 5°C、 25. 3 。C中选择适当的回授值，也可避免因环境因素干扰而影响系统运作，并提升系统可靠度以及增加系统稳定性。而且，采用并联设置第一控制器203及第二控制器207,当第一控制器 203发生异常时，还可使用第二控制器207来进行控制，同样也可避免因环 境因素干扰而影响系统运作，并提升系统可靠度以及增加系统稳定性。综上所述，在本发明的控制系统至少具有下列优点1. 本发明的控制系统并联使用多个传感器，避免当单一传感器发生故障 而使系统停止运作，以增加系统稳定性。而且，在维修或系统校正时，系统 并不需要停止运作，而可以维持系统运作，节省停机的时间。2. 本发明的控制系统并联使用多个控制器或同时并联使用多个控制器 及多个传感器，在维修或系统校正时，系统并不需要停止运作，而能够进一 步降低了系统供应风险。3. 本发明的控制系统设置信号选择器来选择来自这些传感器的信号及 进行异常时信号的逻辑判断。因此可避免因信号干扰、信号误差或信号中断 等环境因素而影响系统运作，并提升系统可靠度以及增加系统稳定性。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领 域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若千的更动与润 饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
1. 一种控制系统，包括一第一控制器；一致动器，连接该第一控制器；一运转设备，连接该致动器，该运转设备具有一输出端；以及多个传感器，并联设置于该运转设备的输出端，且所述传感器耦接该控制器，其中该控制器根据所述传感器的信号控制该致动器，以使该运转设备动作。
2. 如权利要求l所述的控制系统，还包括一信号选择器，设置于所述传感器与该第一控制器之间，以选择所述传 感器的信号。
3. 如权利要求2所述的控制系统，还包括一第一切换开关，该第一切换开关与该信号选择器并联设置，该第一切 换开关使该第 一控制器耦接所述传感器的其中之一；以及一第二切换开关，设置于该第一控制器与该信号选择器之间，该第二切 换开关使该第 一控制器耦接该信号选择器或该第 一切换开关。
4. 如权利要求1所述的控制系统，还包括一第二控制器，该第二控制器与该第一控制器并联设置； 一第一二极管，设置于该第一控制器与该致动器之间；以及 一第二二极管，设置于该第二控制器与该致动器之间。
5. 如权利要求4所述的控制系统，还包括一信号选择器，设置于所述传感器与该第一控制器及该第二控制器之 间，以选择所述传感器的信号。
6. 如权利要求5所述的控制系统，还包括一第一切换开关，该第一切换开关与该信号选择器并联设置，该第一切 换开关使该第 一控制器及该第二控制器耦接所述传感器的其中之一；以及一第二切换开关，设置于该信号选择器及第一切换开关与该笫一控制器 及该第二控制器之间，该第二切换开关使该第一控制器及该第二控制器耦接 该信号选择器或该第一切换开关。
7. —种控制系统，包括多个控制器，并联设置在一起； 一致动器，连接所述控制器；多个二极管，分别设置于所述控制器与该致动器之间； 一运转设备，连接该致动器，该运转设备具有一输出端；以及 多个传感器，并联设置于该运转设备的输出端，且所述传感器耦接所述控制器，其中所述控制器根据所述传感器的信号控制该致动器，以使该运转设备动作。
8. 如权利要求7所述的控制系统，还包括一信号选择器，设置于所述传感器与所述控制器之间，以选择所述传感 器的信号。
9. 如权利要求8所述的控制系统，还包括一第一切换开关，该第一切换开关与该信号选择器并联设置，该第一切 换开关使所述控制器耦接所述传感器的其中之一；以及一第二切换开关，设置于该信号选择器及该第一切换开关与所述控制器 之间，该第二切换开关使所述控制器耦接该信号选择器或该第一切换开关。
全文摘要
一种控制系统，此系统利用并联两组以上的控制器以及并联两组以上的传感器以做为系统回授控制之用。并且利用一个信号选择器来选择来自这些传感器的信号。因此，可避免因信号干扰、信号误差或信号中断等环境因素而影响系统运作，以提升系统可靠度。除此之外，亦可避免因单一控制器或传感器发生故障而停止系统运作，增加系统稳定性。
文档编号G05B11/32GK101236405SQ20071000473
公开日2008年8月6日 申请日期2007年1月30日 优先权日2007年1月30日
发明者张哲明, 谢政宏 申请人:力晶半导体股份有限公司