基于RS485通讯的多路温度控制系统的实现

0引言

温度是生产过程和科学试验中常见且重要的

物理参数。在工控领域，必须对生产过程中的主要

参数，如温度、压力、流量、速度等进行有效控制。其

中温度控制在生产过程中占有相当大的比例，准确

地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安

全生产的主要条件。太阳能电池片组件生产过程

中，电池片焊接工序是个重要环节。温度控制的好

坏直接影响到电池片的焊接质量。常用的温度控制方案［1-6］如下：

方案1：采用传统温度控制仪表。一般温控器的

输入和输出点数是固定的，有时候使用者只是需要

多一组I/O点，却受限于传统温控器无法扩充I/O，

再购买一组温控器，造成不必要的浪费。

方案2：采用PLC实现温控功能。PLC通过温度

采集模块周期性地对各个温控点的温度进行收集

采样，根据设定的目标温度及有关PID参数进行运

算并输出相应控制量，从而达到温控的目的。一般

PLC的浮点运算能力不太强，因此，处理的温控点不

收稿日期：2018-03-20修回日期：2018-04-07作者简介：王晓燕（1980-），女，山西朔州人，副教授。研究方向：数据库

技术与应用。摘要：温度控制在自动化领域中的应用越来越广泛，传统的温度控制方法由于自身的局限性已经不能满足要求，智能化多路温度控制模块的应用成为必然。以模块式温度控制器为核心设计的温度控制系统可以同时支持8个通道的温控，且8组温控独立运行。系统采用RS-485通讯方式，实现了与人机界面的实时数据交换。该系统已成功运用到太阳能电池组件生产中。关键词：温度控制器，人机界面，通讯，温度控制系统，数据交换中图分类号：TP273文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-0640.2019.04.032引用格式：王晓燕.基于RS-485通讯的多路温度控制系统的实现［J］.火力与指挥控制，2019，44（4）：159-163.基于RS-485通讯的多路温度控制系统的实现

王晓燕

（太原学院，太原030032）

RealizationofMulti-channelTemperatureControlSystem

BasedonRS-485Communication

WANGXiao-yan

（TaiyuanUniversity，Taiyuan030032，China）

Abstract：Theapplicationoftemperaturecontrolinthefieldofautomationisbecomingmoreandmoreextensive.Thetraditionaltemperaturecontrolmethodhasbeenunabletomeettherequirements

becauseofitsownlimitations，andtheapplicationofintelligentmulti-channeltemperaturecontrol

moduleisinevitable.Thetemperaturecontrolsystemdesignedwithmodulartemperaturecontrollercan

support8channelsoftemperaturecontrolatthesametime，andindependentoftemperaturecontrol.

ThesystemsupportsRS-485communication.Realtimedataexchangewithhumaninterfaceisrealized.

Thesystemhasbeensuccessfullyappliedtotheproductionofsolarcellmodules.

Keywords：temperaturecontroller，HMI，communication，temperaturecontrolsystem，dataexchange

Citationformat：WANGXY.Realizationofmulti-channeltemperaturecontrolsystembasedon

RS-485communication［J］.FireControl&CommandControl，2019，44（4）：159-163.文章编号：1002-0640（2019）04-0159-05Vol.44，No.4Apr，2019火力与指挥控制FireControl&CommandControl第44卷第4期2019年4月

159··（总第44-）火力与指挥控制2019年第4期

宜太多。

方案3：采用工控机实现温控功能。温度输入、

控制输出采用现场总线模块或板卡，与方案1差不

多，但工控机运算能力要强得多，因此，能够处理较

多的温控点运算。

方案4：采用多路温度控制模块。以台达

DTE10T为例，它可以同时控制并监测8路温控通

道的数据，提供通信接口，可与各大品牌HMI、PLC

或PC机联网控制。

针对以上方案作出分析：

1）方案1中，传统的温控仪表受限于I/O点数

以及无法随时调用历史监控温度值。在工业自动化

温度控制应用中渐渐被淘汰。

2）在应用系统开发方面，方案2和方案3需要

编写和调试大量温控程序，对开发者有一定的温控

设计技术能力要求，开发周期长、成本高。方案4则

比较简单，因为所有的温控功能已集成在温控模块

中，利用RS-485接口通讯的方式，和人机界面连

接，直观全面地观察并管理多路温控通道，还可以

便捷地修改相关参数。

通过分析得知，方案4是首选。本系统选用台

达DTE10T模块式温度控制器，输入输出模块可灵

活插拔，避免了I/O点的浪费，可达到合理配置。从

系统的开发成本和控制性能方面看，方案4比方案

2和方案3更优。此外，控制器可以通过监控软件，

在同一个画面上设定并监控8组温控通道的数据。

以多路温度控制模块为核心搭建的温度控制系统，

最大的特色就是智能化多路温度控制，满足了生产

过程中温控系统的高效性和稳定性。

1系统总体设计

温度控制系统主要由温度传感器（热电偶）、温

度采集与控制（模块式温度控制器）、固态继电器以

及加热棒4部分构成。

系统选用台达DTE10T模块式温度控制器为核

心，搭载K型热电偶输入，固态继电器输出模式，同

时控制并监测8路温控通道的数据。其中，每路温

控都可独立工作。

如图1所示，分布在加热台的热电偶实时检测

温度，并将信号传送给DTE温度控制模块。温度控

制模块参照设定温度，根据实际温度的高低接通或

断开固态继电器，从而使加热棒达到通电或断电的

目的，最终将加热台的温度控制在预先设定好的数

值上。DTE温度控制模块利用RS-485接口通讯的

方式，将测得的温度值传送到人机界面上，通过人

机界面显示当前温度值并绘制温度变化曲线。图1控制系统整体框图

2硬件选型与设计

2.1硬件选型

2.1.1台达DTE10T模块式温度控制器

DTE10T模块式温度控制器是一款多通道、模

块化的智能温控器。操作简单、反应及时、整合容易

且接口与用户有互动，适用于各种应用场合。它具

有以下几种功能：

1）支持多种感测器，内建多种模式，可依多种

需求选择热电偶、白金电阻或者是线性电压或线性

电流输入。

2）提供多样化输出模式，支持继电器、电压脉

冲、线性电流或者线性电压输出。

3）稳定控制：内置PID控制功能，搭配精准的

自动演算，可自动算出适合系统的PID参数，有效

提高系统稳定度以及控制精度。

4）CT电流侦测：支持CT电流侦测功能，可作

为断线检知警报或侦测电流是否过载。

5）可程序化控制：最多提供8组样式，每组皆

有8个步骤，无需其他上位机，即可规划各种温度

曲线。

6）通讯支援：采用RS-485通讯界面，并支援

ModbusASCII以及ModbusRTU设备的通讯。

7）双输出控制：可同时执行加热以及冷却控

制，使得系统快速达到设定温度。

系统选用DTE10T模块式温度控制器，最多可

支持8个通道输入。控制器标准配备4组输入，另

外扩展了台达DTE20T输入模块，将控制器的输入

组数扩展至8组。如下页图2所示，DTE10T模块式

温度控制器的8个输入通道分为INA和INB两个

群组，每个群组各支持4个输入通道。输入功能支

持多种传感器类型，本系统选用K型热电偶输入，

温度控制范围为-200℃~1300℃。

温度控制器支持最多16组输出，如图2所示，

分为OUT1、OUT2、SUB1、SUB24组，每一组有4个

信道。当选择8个通道输入时，将OUT1和OUT2规

划为控制输出通道。本系统选用2个台达DTE20V

电压脉冲输出模块，模块支持4组电压脉冲输出

，

160··0716（总第44-）

输出+14V左右电压脉冲信号（PWM形式）。

图2DTE10T温控模块插槽名称2.1.2温度传感器

本系统选用K型热电偶作为温度传感器，K型

热电偶具有线性度好、热电动势较大、灵敏度高、稳

定性和均匀性较好的优点。可以直接测量从0℃~

1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表

面温度。

2.1.3灵通固态继电器HS260ZK

本系统选用灵通的固态继电器，型号

HS260ZK。如图4所示，继电器有4个接线端，IN-

PUT端（3脚和4脚）用于输入+24V脉冲信号，

LOAD端（1脚和2脚）用于接交流负载（加热棒），

INPUT端接收到3-32VDC控制信号后驱动LOAD

端闭合，从而达到小电流驱动大电流的目的。固态

继电器相关参数如图3所示，接线图如图4所示。

图3HS260ZK参数2.1.4人机界面

系统采用屏通的触摸屏，型号：CX121-XSD4A。

用人机界面记录温度是很灵活的，通道数没有限

制、数据保存量也没有限制，因为除屏本身可以存

储大量数据外，还可以把温度数据导出到U盘、CF

卡等外部存储器保存。2.2硬件控制电路设计

温度控制的基本原理是在需要进行温度控制

的场合用传感器测量其温度值，与控制器内存储的

温度值进行比较，当测得的温度值高于或者低于设

定温度时，启动加热或者降温设备，使温度回归到

设定值范围内。

系统要实现8个独立加热台的温度采集和控

制，硬件设计电路如图5所示，热电偶作为传感器

连接到控制器的输入部分（INA和INB），控制器的

输入部分接收热电偶采集到的当前温度，若输入的

温度值低于设定的温度值，控制器将输入信号转换

为电压脉冲信号，由控制器的输出部分（OUT1和

OUT2）输出到固态继电器的输入端（INPUT），固态

继电器接收到电压脉冲信号后驱动LOAD端（OUT-

PUT）闭合，加热棒开始加热，加热到设定温度后，控

制器停止输出电压脉冲信号，加热棒停止加热。

图5控制系统硬件电路设计

3软件设计与操作

3.1触摸屏与温控器通讯

基于工业现场的环境比较恶劣，采用差分通信

RS-485，可以有效抑制共模干扰，抗干扰能力强。

而图4HS260ZK接线图王晓燕：基于RS-485通讯的多路温度控制系统的实现

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