PID 제어기를 이용한 전기인두기의 온도 제어 시스템 개발

Abstract

본 논문에서는 전기인두기(soldering iron)의 히터에 공급되는 전압을 제어하여 안정적인 전원을 공급하는 PID 제어기를 이용한 전기인두기의 온도 제어 시스템을 개발하였다. 제안 시스템은 사용자가 설정한 온도에 빠르게 수렴하고, 외부 요인에 의한 열 손실을 빠르게 회복하도록 PID 제어기를 설계하였다. Ziegler- Nichols의 튜닝방법에 의해 설계된 PID 제어기는 히터에 인가되는 AC 24V 전원의 위상을 제어하기 위해 설정온도와 인두기의 현재 온도를 이용하여 트라이악의 구동 타이밍을 결정한다. 또한 그래픽 LCD를 내장하여 현재 인두의 온도 및 설정온도, 작업 진행 시간 등을 표시하는 기능을 부여하였으며, 작업을 하지 않는 휴지시간에는 적정온도로 낮추어 소비전력 감소와 인두팁의 수명연장을 고려하였다. 제안 방법의 성능을 확인하기 위하여 <TEX>$25^{\circ}C$</TEX>의 실내에서 두 가지 실험을 실시하였다. 먼저 <TEX>$200^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$480^{\circ}C$</TEX>에 도달하는 시간 실험에서는 각각 12초, 12초, 16초, 18초씩 소요되어 기존의 방법보다 설정온도에 도달하는 시간이 단축됨을 확인하였다. 다음으로 <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$480^{\circ}C$</TEX>의 정상상태에서 부하 실험에서는 각각 <TEX>$3.8^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$4.1^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$4.5^{\circ}C$</TEX>의 온도가 감소되어 기존의 방법보다 온도 편차가 적음을 확인 하였다. In this paper, we developed a digital soldering station based on PID controller, which supply stable power by controlling the current of heater of soldering iron. The proposed system designed PID controller to converge quickly to the set up temperature by user, and regain the lost of heat by external factors quickly. PID controller, designed by Ziegler-Nichols' tuning method, decides triac's trigger timing using setting temperature and present temperature to control the phase of AC 24V power that supply to the heater. Also, we give the function that shows present temperature and setting temperature of iron, and working time by graphic LCD. And during the rest time, we decided the power saving and extension of iron tip by dropping to the optimal temperature. Two experiments had implemented in <TEX>$25^{\circ}C$</TEX> laboratory to confirm the performance of proposed method. The first experiment took 12sec, 13sec, 16sec, 18sec, reaching to <TEX>$200^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$480^{\circ}C$</TEX> respectively which result showed shorten of rising time than previous method. In the loading experiment of <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$400^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$480^{\circ}C$</TEX> steady state showed temperature drop of <TEX>$3.8^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$4.1^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$4.5^{\circ}C$</TEX> which result showed the low temperature deviation than previous method.