一種窯爐監控系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種窯爐監控系統，包括設置在窯爐不同節點的多個窯爐溫度傳感裝置、溫控儀表、控制裝置、信號輸入輸出裝置和調節窯爐不同節點的溫度調節裝置；多個窯爐溫度傳感裝置分別實時采集窯爐不同節點的溫度信息，將采集到的溫度信息轉化成溫度電信號傳輸至溫控儀表；溫控儀表采集并統計多個窯爐溫度傳感裝置傳輸是的溫度電信號傳輸至控制裝置；控制裝置對溫度電信號處理后通過信號輸入輸出裝置輸出；信號輸入輸出裝置收集用戶的控制命令并傳輸至控制裝置；控制裝置將控制命令轉換為相應的控制信號傳輸至控制儀表；控制儀表將控制信號轉換為相應的調節信號傳輸至對應的溫度調節裝置，溫度調節裝置執行溫度調節信號調整窯爐不同節點的溫度。
【專利說明】
一種窯爐監控系統
技術領域
[0001] 本發明涉及一種窯爐監控系統，屬于自動化控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 中國是陶瓷生產大國，陶瓷產量占世界總產量一半以上，我國的陶瓷產業不僅是 傳統產業更是勞動密集型產業，其機械化和自動化水平不高，機械設備水平相當于西方先 進制瓷國家的60年代水平，甚至有些更低。
[0003] 在陶瓷的生產過程中，陶瓷的燒制是整個生產過程中最重要的環節，其中陶瓷窯 爐是這個環節中最重要的熱工設備，陶瓷窯爐往往能決定出產的陶瓷的成色和合格率。實 踐證明，燒成是保證產品質量的重要一環，無論在燒制的那個階段，只要窯體內溫度偏離燒 制曲線過大便會嚴重影響產品的成色，因此在整個燒制過程中溫度的監控顯得尤為重要。 隨著科學技術的發展和生活水平的提高，人們對于陶瓷產品的品質要求和需求量也越來越 高，如何提高陶瓷窯爐的自動化控制水平和改善窯體溫度控制系統，便成了各陶瓷生產商 最關注的問題。
[0004] 現有的陶瓷生產企業要求對窯爐燒制過程中的溫度數據有完整和精確的記錄，以 便后期做數據分析，從而找出最適合同類陶瓷產品的最適合的燒成曲線，保證陶瓷的質量。 然后很多國內甚至國外廠商的控制系統都不能滿足這一需求，提高陶瓷窯爐生產自動化， 不僅在于挺高生產效率，更是提高產品的質量，現有的裝置都難以做到精確控溫，精確檢測 溫度，致使生產的陶瓷質量有很大差異。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是:如何實時精確感測并調節窯爐各個節點的溫度。
[0006] 為實現上述的發明目的，本發明提供了一種窯爐監控系統，其特征在于，包括設置 在窯爐不同節點的多個窯爐溫度傳感裝置、溫控儀表、控制裝置、信號輸入輸出裝置和調節 窯爐不同節點的溫度調節裝置；
[0007]所述溫控制表分別連接所述多個窯爐溫度傳感裝置和所述多個溫度調節裝置;所 述控制器分別連接所述信號輸入輸出裝置和溫控儀表；
[0008] 所述多個窯爐溫度傳感裝置分別實時采集窯爐不同節點的溫度信息，將采集到的 溫度信息轉化成溫度電信號傳輸至溫控儀表;所述溫控儀表采集并統計所述多個窯爐溫度 傳感裝置傳輸是的溫度電信號傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置對所述溫度電信號處理 后通過信號輸入輸出裝置輸出向用戶展示;所述信號輸入輸出裝置收集用戶的控制命令并 傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置將所述控制命令轉換為相應的控制信號傳輸至所述控 制儀表;所述控制儀表將控制信號轉換為相應的調節信號傳輸至對應的所述溫度調節裝 置，所述溫度調節裝置執行溫度調節信號調整窯爐不同節點的溫度。
[0009] 可選地，還包括:燃氣溫控系統，所述燃氣溫控系統包括：
[0010] 設置在燃氣化氣箱中的燃氣溫度傳感裝置和與所述燃氣溫度傳感裝置連接的燃 氣溫度控制裝置；
[0011]所述燃氣溫度傳感器實時感測所述燃氣化氣箱中水溫信號，并傳輸至所述燃氣溫 度控制裝置，所述燃氣溫度控制裝置將所述燃氣溫度傳感裝置傳輸的水溫信號轉換成溫度 信號傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置處理所述溫度信號并通過所述信號輸入輸出裝置 向用戶展示。
[0012]可選地，還所述控制裝置還包括，電平轉換電路，所述電平轉換電路將所述燃氣溫 度控制裝置傳輸的TTL電平溫度信號穿換成RS485電平溫度信號。
[0013] 可選地，所述電平轉換電路包括:MAX485芯片。
[0014] 可選地，所述燃氣溫度控制裝置是STC89C52單片機。
[0015] 可選地，所述燃氣溫度傳感裝置為18b20數字溫度傳感器。
[0016]可選地，所述控制裝置、所述信號輸入輸出裝置為觸控一體機。
[0017]可選地，所述溫度調節裝置是設置在向窯爐不同節點輸入燃氣管路上的電流馬達 閥。
[0018]可選地，所述窯爐溫度傳感裝置為熱電偶。
[0019 ]可選地，所述溫控儀表包括信號放大電路和信號轉換電路；
[0020]所述信號放大電路放大所述窯爐溫度傳感裝置傳輸的溫度信號傳輸至所述信號 轉換電路，所述信號轉換電路將放大后的溫度信號轉換成具體的溫度值傳輸至所述控制裝 置。
[0021 ]本發明提供的窯爐監控系統，從提高日用陶瓷生產自動化和改善溫度控制技術的 角度出發，對窯體溫度的采集、存儲、顯示、以及控制，本發明可以精確檢測陶瓷窯爐不同節 點的溫度，根據檢測到的窯爐不同節點的溫度形成相應的控制命令，進而精確控制精確并 調節窯爐各個節點的溫度，提高陶瓷窯爐的自動化水平，有效改善了陶瓷燒制的成色和合 格率，也大大降低了工人勞動強度和人數，節約了生產的成本。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發明窯爐監控系統結構示意；
[0023] 圖2是本發明窯爐監控系統詳細結構示意圖；
[0024] 圖3是本發明帶氣化箱的窯爐監控系統結構示意圖；
[0025] 圖4是本發明帶氣化箱的窯爐監控系統詳細結構示意圖；
[0026] 圖5是本發明控制裝置電平轉換電路圖；
[0027] 圖6是本發明燃氣溫度控制裝置電路圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0029] 如圖1所示，一種窯爐監控系統，包括設置在窯爐不同節點的多個窯爐溫度傳感裝 置、溫控儀表、控制裝置、信號輸入輸出裝置和調節窯爐不同節點的溫度調節裝置;所述溫 控制表分別連接所述多個窯爐溫度傳感裝置和所述多個溫度調節裝置;所述控制器分別連 接所述信號輸入輸出裝置和溫控儀表;所述多個窯爐溫度傳感裝置分別實時采集窯爐不同 節點的溫度信息，將采集到的溫度信息轉化成溫度電信號傳輸至溫控儀表;所述溫控儀表 采集并統計所述多個窯爐溫度傳感裝置傳輸是的溫度電信號傳輸至所述控制裝置;所述控 制裝置對所述溫度電信號處理后通過信號輸入輸出裝置輸出向用戶展示;所述信號輸入輸 出裝置收集用戶的控制命令并傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置將所述控制命令轉換為 相應的控制信號傳輸至所述控制儀表;所述控制儀表將控制信號轉換為相應的調節信號傳 輸至對應的所述溫度調節裝置，所述溫度調節裝置執行溫度調節信號調整窯爐不同節點的 溫度。下面對本發明和提供的窯爐監控系統展開詳細的說明。
[0030] 陶瓷梭式窯控制系統的特點是窯內各節點控制是同步的，根據燒制溫度曲線的要 求分時間段控制，目前陶瓷梭式窯控制系統按拓撲結構，主要有儀表組合主-從控制系統、 計算機集中控制系統、總線型控制系統、以工控機為核心的溫度控制系統。如圖2所示，本發 明提供的窯爐監控系統中，所述控制裝置可以是工控機，信號輸入輸出裝置可以是顯示器 或觸摸屏。觸摸屏和溫控儀表通常通過RS485通信方式完成信息的傳遞并且采用工業標準 的Modbus-Rtu協議，溫控表能通過熱電偶實時采集窯爐各個節點上的溫度并傳輸到上一級 的觸摸屏工控機。觸摸屏對接收到的數據進行儲存、分析、制表、繪圖，并且通過計算，對各 節點進行修正控制，溫控儀表通過調節三線比例式馬達閥控制進氣量，達到調節溫度的效 果，實現解耦調節。溫控儀表優選是泛達溫控儀表。觸摸屏每隔固定時間都會采集窯爐各節 點的數據，并且可以儲存到內部的ROM中進行長時間保存，以便后期做數據分析，從而找出 最適合同類陶瓷產品的最適合的燒成曲線，保證陶瓷的質量。以工控機為核心的監控系統 不僅擁有測量準確穩定性強的特點，還能直觀形象得顯示出窯爐的內部情況，以便操作人 員隨時了解窯爐的運行狀況，做出對應調整，有效改善了陶瓷燒制的成色和合格率，也大大 降低了工人勞動強度和人數，節約了生產的成本。結合實際情況以及考慮到工控機的諸多 優點，所述控制裝置、所述信號輸入輸出裝置為觸控一體機。觸控一體機優選為威綸通觸摸 屏。控制系統的核心部分是窯爐監控系統中最重要的組成部分，本系統的核心部分是威綸 觸摸屏，處理器是32Bit RISC主頻400MHz，提供調試串口和迷你 USB下載口，以及一個RS485 和RS232通信接口，主要負責獲取由儀表采集傳送過來的數字信號，并且對數據進行儲存、 分析、制表和繪圖，接收儲存用戶設置的工作參數，并且根據這些參數進行邏輯規則的運 算，得到確切控制量去指導控制儀表調節窯爐內部的溫度，保證窯內溫度能跟用戶設置的 溫度曲線最接近。
[0031] 在本發明中，如圖2,圖4所示所述溫度調節裝置是設置在向窯爐不同節點輸入燃 氣管路上的執行機構，該執行機構優選是電流馬達閥。所述窯爐溫度傳感裝置優選為熱電 偶。所述溫控儀表包括信號放大電路和信號轉換電路;所述信號放大電路放大所述窯爐溫 度傳感裝置傳輸的溫度信號傳輸至所述信號轉換電路，所述信號轉換電路將放大后的溫度 信號轉換成具體的溫度值傳輸至所述控制裝置。窯體內部溫度是由熱電偶利用熱電勢原 理，把溫度信號轉換為電壓信號，經過溫控儀表內置的放大電路，再利用算法計算出實際的 溫度值傳輸給觸摸屏。
[0032] 威綸TK6102i型號的人機界面，屏幕是10寸800X480分辨率的LCD屏幕，內部自帶 萬年歷系統，提供USB Client下載接口，內建電源隔離保護器，C0M1支持RS485電平或RS232 電平復用。COM3支持RS485/2W，可根據需求進行設置，支持MPI 18.5K，但是同時間只能選擇 一個使用。詳細參數如表3所示。
[0033] 表3 MT6102I詳細規格
[0036] 串行通信按時鐘源的不同分同步串行通信和異步串行通信，同步串行通信的發送 端和接收端共用一個時鐘源，異步串行通信的發送端和接收端各自擁有時鐘源，相互獨立。 在工業通信中，為了挺高兼容性，大部分通信都采用異步串行通信。本文中威綸觸摸屏，溫 控儀表和單片機都統一采用的是RS485的異步串行通信方式，波特率都設置為9600bps，8位 數據位，1位停止位。
[0037] RS485電氣特性如下：
[0038] 1.兩線間的壓差為+2至+6伏表示邏輯"Γ，兩線間壓差為-2至-6伏表示邏輯"0"， 低電平的接口可以保護芯片
[0039] 2.最高傳送速率可達10000kbps
[0040] 3.最大傳送距離可達4000英尺，接口總線上允許搭載多個收發端，具有多站通信 傳輸能力
[0041] 4.采用差分接收器，抗共模干擾能力強
[0042] RS485通信是采用差分信號，具有良好的抗干擾性，而且收發雙方不需要共地，是 長距離和多站點傳送信息的首選通訊方式。RS485-般采用半雙工通信，所以通常采用雙絞 線進行傳輸信息，在多站點通信時可以節省大量通信電線的用量。所以本系統各功能模塊 間的通信方式都選擇RS485異步串行通信方式。還所述控制裝置還包括，電平轉換電路，所 述電平轉換電路將所述燃氣溫度控制裝置傳輸的TTL電平溫度信號穿換成RS485電平溫度 信號。
[0043]威綸觸摸屏和泛達溫控儀表都內置了485接口，只需進行相關參數設置即可使用， 化氣箱是由51單片機控制，51單片機串口是采用TTL電平，需要利用max485進行電平轉換。 單片機與觸摸屏通信，需要進行電平轉換，把單片機串口輸出的TTL電平轉換成與觸摸屏兼 容的RS485電平，這里選取了max485芯片來完成這部分工作，它采用+5伏電源供電，額定電 流為300UA，半雙工通信方式，能將TTL電平轉換為RS485電平，它的芯片結構和引腳都很簡 單，內部僅僅有一個接收器和驅動器，其外圍電路原理圖如圖2-4所示 [0044]現實生產中，很多生產工廠都未能鋪設天然氣管道，需要采用煤氣當燃料，所以還 需要一套溫控系統來對液化煤氣進行加熱氣化才能滿足現實生產需求。如圖3所示，本發明 還包括燃氣溫控系統，所述燃氣溫控系統包括:設置在燃氣化氣箱中的燃氣溫度傳感裝置 和與所述燃氣溫度傳感裝置連接的燃氣溫度控制裝置;所述燃氣溫度傳感器實時感測所述 燃氣化氣箱中水溫信號，并傳輸至所述燃氣溫度控制裝置，所述燃氣溫度控制裝置將所述 燃氣溫度傳感裝置傳輸的水溫信號轉換成溫度信號傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置處 理所述溫度信號并通過所述信號輸入輸出裝置向用戶展示。如圖4所示，在本發明的實施方 案中將觸摸屏作為主機，將單片機作為從機。單片機與觸摸屏的通信主要建立在Modbus協 議的基礎上，因此系統通信程序主要包括單片機端的數據接收分析程序及觸摸屏端的人機 界面程序。所述燃氣溫度控制裝置是STC89C52單片機。考慮到化氣系統的溫度控制不需要 很大的計算量，所以主控芯片選擇51單片機stc89c52，使用方便，價格也相對比較便宜，在8 位的單片機中算是一款功耗較低，其最小系統電路原理圖如圖6所示。
[0045] STC89C52單片機的基本特性如下：
[0046] 8位的CPU，工作在0-24MHZ時鐘頻率下
[0047] 片內有8K字節的R0M，和256字節的隨機存儲器RAM
[0048] 4個8位并行的輸入輸出口
[0049] 1 個串口
[0050] 3個計數器/定時器，6個中斷源
[0051] 所述燃氣溫度傳感裝置為18b20數字溫度傳感器。18b20數字溫度傳感器單線數字 溫度傳感器，其采用單總線的接口方式與單片機連接，只需要一條信號線就可以實現與單 片機的雙向通行，電路連接方便，不需要任何外圍元器件，而且抗干擾能力強，非常適合惡 劣環境的溫度測量。18B20數字溫度傳感器，通過單片機使能器轉換并讀取其內部轉換出來 的溫度數值，利用max485芯片通過Modbus-Rtu協議把水箱溫度傳送給觸摸屏。測量范圍在-55攝氏度到+125攝氏度之間，還具有掉電保護功能，內部的EEPR0M可以在系統掉電后將設 置參數保存起來。18b20數字溫度傳感器具有體積小，使用電壓寬，性價比高，測量精確度高 等多方面的特點。
[0052]綜上所述，本發明提供的窯爐監控系統，從提高日用陶瓷生產自動化和改善溫度 控制技術的角度出發，對窯體溫度的采集、存儲、顯示、以及控制，本發明可以精確檢測陶瓷 窯爐不同節點的溫度，根據檢測到的窯爐不同節點的溫度形成相應的控制命令，進而精確 控制精確并調節窯爐各個節點的溫度，提高陶瓷窯爐的自動化水平，有效改善了陶瓷燒制 的成色和合格率，也大大降低了工人勞動強度和人數，節約了生產的成本。
[0053]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【主權項】
1. 一種窯爐監控系統，其特征在于，包括設置在窯爐不同節點的多個窯爐溫度傳感裝 置、溫控儀表、控制裝置、信號輸入輸出裝置和調節窯爐不同節點的溫度調節裝置； 所述溫控制表分別連接所述多個窯爐溫度傳感裝置和所述多個溫度調節裝置;所述控 制器分別連接所述信號輸入輸出裝置和溫控儀表； 所述多個窯爐溫度傳感裝置分別實時采集窯爐不同節點的溫度信息，將采集到的溫度 信息轉化成溫度電信號傳輸至溫控儀表;所述溫控儀表采集并統計所述多個窯爐溫度傳感 裝置傳輸是的溫度電信號傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置對所述溫度電信號處理后通 過信號輸入輸出裝置輸出向用戶展示;所述信號輸入輸出裝置收集用戶的控制命令并傳輸 至所述控制裝置;所述控制裝置將所述控制命令轉換為相應的控制信號傳輸至所述控制儀 表;所述控制儀表將控制信號轉換為相應的調節信號傳輸至對應的所述溫度調節裝置，所 述溫度調節裝置執行溫度調節信號調整窯爐不同節點的溫度。2. 根據權利要求1所述的窯爐監控系統，其特征在于，還包括:燃氣溫控系統，所述燃氣 溫控系統包括： 設置在燃氣化氣箱中的燃氣溫度傳感裝置和與所述燃氣溫度傳感裝置連接的燃氣溫 度控制裝置； 所述燃氣溫度傳感器實時感測所述燃氣化氣箱中水溫信號，并傳輸至所述燃氣溫度控 制裝置，所述燃氣溫度控制裝置將所述燃氣溫度傳感裝置傳輸的水溫信號轉換成溫度信號 傳輸至所述控制裝置;所述控制裝置處理所述溫度信號并通過所述信號輸入輸出裝置向用 戶展示。3. 根據權利要求2所述的窯爐監控系統，其特征在于，還所述控制裝置還包括，電平轉 換電路，所述電平轉換電路將所述燃氣溫度控制裝置傳輸的TTL電平溫度信號穿換成RS485 電平溫度信號。4. 根據權利要求3所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述電平轉換電路包括:MAX485 芯片。5. 根據權利要求2所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述燃氣溫度控制裝置是 STC89C52單片機。6. 根據權利要求2所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述燃氣溫度傳感裝置為18b20 數字溫度傳感器。7. 根據權利要求1所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述控制裝置、所述信號輸入輸 出裝置為觸控一體機。8. 根據權利要求1所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述溫度調節裝置是設置在向窯 爐不同節點輸入燃氣管路上的電流馬達閥。9. 根據權利要求1所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述窯爐溫度傳感裝置為熱電 偶。10. 根據權利要求1所述的窯爐監控系統，其特征在于，所述溫控儀表包括信號放大電 路和信號轉換電路； 所述信號放大電路放大所述窯爐溫度傳感裝置傳輸的溫度信號傳輸至所述信號轉換 電路，所述信號轉換電路將放大后的溫度信號轉換成具體的溫度值傳輸至所述控制裝置。
【文檔編號】F27D19/00GK106091714SQ201510890677
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年12月4日
【發明人】鄭耿忠, 董曉慶, 蘇杰生
【申請人】韓山師范學院