Development of Auto-tuning Temperature Controller with Multi-channel

다중채널을 갖는 오토튜닝 온도 제어기 개발

Abstract

This paper designs and develops auto-tuning temperature controller with multi-channel, which controller with multi-channel could control a number of control system simultaneously. This controller has multi-channel input and output. And a number of control algorithms run in this controller simultaneously and independently. Firstly we present design method of controller with multi-channel. Secondly we design electrical circuit of sensor input, controller output and power control for temperature control board. And finally we design data protocol for serial communication to monitor control state and present verification of temperature controller with muiti-channel through field experiment.

본 연구에서는 하나의 제어보드로 여러 대의 제어 시스템을 동시에 제어 가능하도록 하는 다중채널 제어기능을 갖는 오토튜닝 온도제어기를 설계하고 구현한다. 제어기 보드는 다중채널 입력 및 출력 기능을 가지고 있으며, 여러 개의 제어 알고리듬이 서로 독립적이지만 동시에 동작하는 멀티채널 제어기이다. 먼저 다중채널 제어기능을 갖는 온도제어기 설계방법을 나타내고. 이를 구현하는 센서입력부 회로, 제어신호 출력부 회로, 파워제어부 회로 등의 하드웨어 회로를 설계한다. 또한 다중채널 온도 제어기의 성능을 모니터링 하기 위하여 온도 제어 출력신호의 직렬 통신 데이터 프로토콜을 설계하고, 구현된 다채널 온도제어기의 실제 시험을 통한 성능을 평가한다.

그림 1. 다중채널 제어기 구조 Fig. 1. Structure of multi-channel controller

그림 2. 다채널 제어기의 동작 흐름도 Fig. 2. Operation flowchart of multi-channel controller

그림 3. 기준전압 생성 회로 Fig. 3. Circuit of reference voltage output

그림 4. 온도 센서값 증폭 회로 Fig. 4. Amplifier circuit of temperature sensor value

그림 5. 전압 주파수 변환 회로 Fig. 5. Circuit of VFC

그림 6. 제어 신호 출력 회로 Fig. 6. Circuit of control signal output

그림 7. 위상 분석 회로 Fig. 7. Circuit for phase analysis

그림 8. 전원 입력단 회로 Fig. 8. Circuit of power input

그림 9. 전원 스위칭 회로 Fig. 9. Circuit of power switching

그림 11. 오토튜닝 출력 값 Fig. 11. Output value of auto-tuning

그림 10. 시험 환경 구성도 Fig. 10. Diagram of test environment

그림 12. 순환식 오븐의 제어기 성능 Fig. 12. Performance of circulation-oven controller

그림 13. 진공 오븐의 제어기 성능 Fig. 13. Performance of vacuum oven controller

그림 14. 워터 배스의 제어기 성능 Fig. 14. Performance of water bath controller

그림 15. 다중채널 제어기의 디바이스 상태 출력 Fig. 15. Device state output of multi-channel controller

그림 16. 다중채널 제어기의 온도값 출력 Fig. 16. Temperature output of multi-channel controller