一种窑炉监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种窑炉监控系统，包括设置在窑炉不同节点的多个窑炉温度传感装置、温控仪表、控制装置、信号输入输出装置和调节窑炉不同节点的温度调节装置；多个窑炉温度传感装置分别实时采集窑炉不同节点的温度信息，将采集到的温度信息转化成温度电信号传输至温控仪表；温控仪表采集并统计多个窑炉温度传感装置传输是的温度电信号传输至控制装置；控制装置对温度电信号处理后通过信号输入输出装置输出；信号输入输出装置收集用户的控制命令并传输至控制装置；控制装置将控制命令转换为相应的控制信号传输至控制仪表；控制仪表将控制信号转换为相应的调节信号传输至对应的温度调节装置，温度调节装置执行温度调节信号调整窑炉不同节点的温度。
【专利说明】
一种窑炉监控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种窑炉监控系统，属于自动化控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 中国是陶瓷生产大国，陶瓷产量占世界总产量一半以上，我国的陶瓷产业不仅是 传统产业更是劳动密集型产业，其机械化和自动化水平不高，机械设备水平相当于西方先 进制瓷国家的60年代水平，甚至有些更低。
[0003] 在陶瓷的生产过程中，陶瓷的烧制是整个生产过程中最重要的环节，其中陶瓷窑 炉是这个环节中最重要的热工设备，陶瓷窑炉往往能决定出产的陶瓷的成色和合格率。实 践证明，烧成是保证产品质量的重要一环，无论在烧制的那个阶段，只要窑体内温度偏离烧 制曲线过大便会严重影响产品的成色，因此在整个烧制过程中温度的监控显得尤为重要。 随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们对于陶瓷产品的品质要求和需求量也越来越 高，如何提高陶瓷窑炉的自动化控制水平和改善窑体温度控制系统，便成了各陶瓷生产商 最关注的问题。
[0004] 现有的陶瓷生产企业要求对窑炉烧制过程中的温度数据有完整和精确的记录，以 便后期做数据分析，从而找出最适合同类陶瓷产品的最适合的烧成曲线，保证陶瓷的质量。 然后很多国内甚至国外厂商的控制系统都不能满足这一需求，提高陶瓷窑炉生产自动化， 不仅在于挺高生产效率，更是提高产品的质量，现有的装置都难以做到精确控温，精确检测 温度，致使生产的陶瓷质量有很大差异。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是:如何实时精确感测并调节窑炉各个节点的温度。
[0006] 为实现上述的发明目的，本发明提供了一种窑炉监控系统，其特征在于，包括设置 在窑炉不同节点的多个窑炉温度传感装置、温控仪表、控制装置、信号输入输出装置和调节 窑炉不同节点的温度调节装置；
[0007]所述温控制表分别连接所述多个窑炉温度传感装置和所述多个温度调节装置;所 述控制器分别连接所述信号输入输出装置和温控仪表；
[0008] 所述多个窑炉温度传感装置分别实时采集窑炉不同节点的温度信息，将采集到的 温度信息转化成温度电信号传输至温控仪表;所述温控仪表采集并统计所述多个窑炉温度 传感装置传输是的温度电信号传输至所述控制装置;所述控制装置对所述温度电信号处理 后通过信号输入输出装置输出向用户展示;所述信号输入输出装置收集用户的控制命令并 传输至所述控制装置;所述控制装置将所述控制命令转换为相应的控制信号传输至所述控 制仪表;所述控制仪表将控制信号转换为相应的调节信号传输至对应的所述温度调节装 置，所述温度调节装置执行温度调节信号调整窑炉不同节点的温度。
[0009] 可选地，还包括:燃气温控系统，所述燃气温控系统包括：
[0010] 设置在燃气化气箱中的燃气温度传感装置和与所述燃气温度传感装置连接的燃 气温度控制装置；
[0011]所述燃气温度传感器实时感测所述燃气化气箱中水温信号，并传输至所述燃气温 度控制装置，所述燃气温度控制装置将所述燃气温度传感装置传输的水温信号转换成温度 信号传输至所述控制装置;所述控制装置处理所述温度信号并通过所述信号输入输出装置 向用户展示。
[0012]可选地，还所述控制装置还包括，电平转换电路，所述电平转换电路将所述燃气温 度控制装置传输的TTL电平温度信号穿换成RS485电平温度信号。
[0013] 可选地，所述电平转换电路包括:MAX485芯片。
[0014] 可选地，所述燃气温度控制装置是STC89C52单片机。
[0015] 可选地，所述燃气温度传感装置为18b20数字温度传感器。
[0016]可选地，所述控制装置、所述信号输入输出装置为触控一体机。
[0017]可选地，所述温度调节装置是设置在向窑炉不同节点输入燃气管路上的电流马达 阀。
[0018]可选地，所述窑炉温度传感装置为热电偶。
[0019 ]可选地，所述温控仪表包括信号放大电路和信号转换电路；
[0020]所述信号放大电路放大所述窑炉温度传感装置传输的温度信号传输至所述信号 转换电路，所述信号转换电路将放大后的温度信号转换成具体的温度值传输至所述控制装 置。
[0021 ]本发明提供的窑炉监控系统，从提高日用陶瓷生产自动化和改善温度控制技术的 角度出发，对窑体温度的采集、存储、显示、以及控制，本发明可以精确检测陶瓷窑炉不同节 点的温度，根据检测到的窑炉不同节点的温度形成相应的控制命令，进而精确控制精确并 调节窑炉各个节点的温度，提高陶瓷窑炉的自动化水平，有效改善了陶瓷烧制的成色和合 格率，也大大降低了工人劳动强度和人数，节约了生产的成本。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明窑炉监控系统结构示意；
[0023] 图2是本发明窑炉监控系统详细结构示意图；
[0024] 图3是本发明带气化箱的窑炉监控系统结构示意图；
[0025] 图4是本发明带气化箱的窑炉监控系统详细结构示意图；
[0026] 图5是本发明控制装置电平转换电路图；
[0027] 图6是本发明燃气温度控制装置电路图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0029] 如图1所示，一种窑炉监控系统，包括设置在窑炉不同节点的多个窑炉温度传感装 置、温控仪表、控制装置、信号输入输出装置和调节窑炉不同节点的温度调节装置;所述温 控制表分别连接所述多个窑炉温度传感装置和所述多个温度调节装置;所述控制器分别连 接所述信号输入输出装置和温控仪表;所述多个窑炉温度传感装置分别实时采集窑炉不同 节点的温度信息，将采集到的温度信息转化成温度电信号传输至温控仪表;所述温控仪表 采集并统计所述多个窑炉温度传感装置传输是的温度电信号传输至所述控制装置;所述控 制装置对所述温度电信号处理后通过信号输入输出装置输出向用户展示;所述信号输入输 出装置收集用户的控制命令并传输至所述控制装置;所述控制装置将所述控制命令转换为 相应的控制信号传输至所述控制仪表;所述控制仪表将控制信号转换为相应的调节信号传 输至对应的所述温度调节装置，所述温度调节装置执行温度调节信号调整窑炉不同节点的 温度。下面对本发明和提供的窑炉监控系统展开详细的说明。
[0030] 陶瓷梭式窑控制系统的特点是窑内各节点控制是同步的，根据烧制温度曲线的要 求分时间段控制，目前陶瓷梭式窑控制系统按拓扑结构，主要有仪表组合主-从控制系统、 计算机集中控制系统、总线型控制系统、以工控机为核心的温度控制系统。如图2所示，本发 明提供的窑炉监控系统中，所述控制装置可以是工控机，信号输入输出装置可以是显示器 或触摸屏。触摸屏和温控仪表通常通过RS485通信方式完成信息的传递并且采用工业标准 的Modbus-Rtu协议，温控表能通过热电偶实时采集窑炉各个节点上的温度并传输到上一级 的触摸屏工控机。触摸屏对接收到的数据进行储存、分析、制表、绘图，并且通过计算，对各 节点进行修正控制，温控仪表通过调节三线比例式马达阀控制进气量，达到调节温度的效 果，实现解耦调节。温控仪表优选是泛达温控仪表。触摸屏每隔固定时间都会采集窑炉各节 点的数据，并且可以储存到内部的ROM中进行长时间保存，以便后期做数据分析，从而找出 最适合同类陶瓷产品的最适合的烧成曲线，保证陶瓷的质量。以工控机为核心的监控系统 不仅拥有测量准确稳定性强的特点，还能直观形象得显示出窑炉的内部情况，以便操作人 员随时了解窑炉的运行状况，做出对应调整，有效改善了陶瓷烧制的成色和合格率，也大大 降低了工人劳动强度和人数，节约了生产的成本。结合实际情况以及考虑到工控机的诸多 优点，所述控制装置、所述信号输入输出装置为触控一体机。触控一体机优选为威纶通触摸 屏。控制系统的核心部分是窑炉监控系统中最重要的组成部分，本系统的核心部分是威纶 触摸屏，处理器是32Bit RISC主频400MHz，提供调试串口和迷你 USB下载口，以及一个RS485 和RS232通信接口，主要负责获取由仪表采集传送过来的数字信号，并且对数据进行储存、 分析、制表和绘图，接收储存用户设置的工作参数，并且根据这些参数进行逻辑规则的运 算，得到确切控制量去指导控制仪表调节窑炉内部的温度，保证窑内温度能跟用户设置的 温度曲线最接近。
[0031] 在本发明中，如图2,图4所示所述温度调节装置是设置在向窑炉不同节点输入燃 气管路上的执行机构，该执行机构优选是电流马达阀。所述窑炉温度传感装置优选为热电 偶。所述温控仪表包括信号放大电路和信号转换电路;所述信号放大电路放大所述窑炉温 度传感装置传输的温度信号传输至所述信号转换电路，所述信号转换电路将放大后的温度 信号转换成具体的温度值传输至所述控制装置。窑体内部温度是由热电偶利用热电势原 理，把温度信号转换为电压信号，经过温控仪表内置的放大电路，再利用算法计算出实际的 温度值传输给触摸屏。
[0032] 威纶TK6102i型号的人机界面，屏幕是10寸800X480分辨率的LCD屏幕，内部自带 万年历系统，提供USB Client下载接口，内建电源隔离保护器，C0M1支持RS485电平或RS232 电平复用。COM3支持RS485/2W，可根据需求进行设置，支持MPI 18.5K，但是同时间只能选择 一个使用。详细参数如表3所示。
[0033] 表3 MT6102I详细规格
[0036] 串行通信按时钟源的不同分同步串行通信和异步串行通信，同步串行通信的发送 端和接收端共用一个时钟源，异步串行通信的发送端和接收端各自拥有时钟源，相互独立。 在工业通信中，为了挺高兼容性，大部分通信都采用异步串行通信。本文中威纶触摸屏，温 控仪表和单片机都统一采用的是RS485的异步串行通信方式，波特率都设置为9600bps，8位 数据位，1位停止位。
[0037] RS485电气特性如下：
[0038] 1.两线间的压差为+2至+6伏表示逻辑"Γ，两线间压差为-2至-6伏表示逻辑"0"， 低电平的接口可以保护芯片
[0039] 2.最高传送速率可达10000kbps
[0040] 3.最大传送距离可达4000英尺，接口总线上允许搭载多个收发端，具有多站通信 传输能力
[0041] 4.采用差分接收器，抗共模干扰能力强
[0042] RS485通信是采用差分信号，具有良好的抗干扰性，而且收发双方不需要共地，是 长距离和多站点传送信息的首选通讯方式。RS485-般采用半双工通信，所以通常采用双绞 线进行传输信息，在多站点通信时可以节省大量通信电线的用量。所以本系统各功能模块 间的通信方式都选择RS485异步串行通信方式。还所述控制装置还包括，电平转换电路，所 述电平转换电路将所述燃气温度控制装置传输的TTL电平温度信号穿换成RS485电平温度 信号。
[0043]威纶触摸屏和泛达温控仪表都内置了485接口，只需进行相关参数设置即可使用， 化气箱是由51单片机控制，51单片机串口是采用TTL电平，需要利用max485进行电平转换。 单片机与触摸屏通信，需要进行电平转换，把单片机串口输出的TTL电平转换成与触摸屏兼 容的RS485电平，这里选取了max485芯片来完成这部分工作，它采用+5伏电源供电，额定电 流为300UA，半双工通信方式，能将TTL电平转换为RS485电平，它的芯片结构和引脚都很简 单，内部仅仅有一个接收器和驱动器，其外围电路原理图如图2-4所示 [0044]现实生产中，很多生产工厂都未能铺设天然气管道，需要采用煤气当燃料，所以还 需要一套温控系统来对液化煤气进行加热气化才能满足现实生产需求。如图3所示，本发明 还包括燃气温控系统，所述燃气温控系统包括:设置在燃气化气箱中的燃气温度传感装置 和与所述燃气温度传感装置连接的燃气温度控制装置;所述燃气温度传感器实时感测所述 燃气化气箱中水温信号，并传输至所述燃气温度控制装置，所述燃气温度控制装置将所述 燃气温度传感装置传输的水温信号转换成温度信号传输至所述控制装置;所述控制装置处 理所述温度信号并通过所述信号输入输出装置向用户展示。如图4所示，在本发明的实施方 案中将触摸屏作为主机，将单片机作为从机。单片机与触摸屏的通信主要建立在Modbus协 议的基础上，因此系统通信程序主要包括单片机端的数据接收分析程序及触摸屏端的人机 界面程序。所述燃气温度控制装置是STC89C52单片机。考虑到化气系统的温度控制不需要 很大的计算量，所以主控芯片选择51单片机stc89c52，使用方便，价格也相对比较便宜，在8 位的单片机中算是一款功耗较低，其最小系统电路原理图如图6所示。
[0045] STC89C52单片机的基本特性如下：
[0046] 8位的CPU，工作在0-24MHZ时钟频率下
[0047] 片内有8K字节的R0M，和256字节的随机存储器RAM
[0048] 4个8位并行的输入输出口
[0049] 1 个串口
[0050] 3个计数器/定时器，6个中断源
[0051] 所述燃气温度传感装置为18b20数字温度传感器。18b20数字温度传感器单线数字 温度传感器，其采用单总线的接口方式与单片机连接，只需要一条信号线就可以实现与单 片机的双向通行，电路连接方便，不需要任何外围元器件，而且抗干扰能力强，非常适合恶 劣环境的温度测量。18B20数字温度传感器，通过单片机使能器转换并读取其内部转换出来 的温度数值，利用max485芯片通过Modbus-Rtu协议把水箱温度传送给触摸屏。测量范围在-55摄氏度到+125摄氏度之间，还具有掉电保护功能，内部的EEPR0M可以在系统掉电后将设 置参数保存起来。18b20数字温度传感器具有体积小，使用电压宽，性价比高，测量精确度高 等多方面的特点。
[0052]综上所述，本发明提供的窑炉监控系统，从提高日用陶瓷生产自动化和改善温度 控制技术的角度出发，对窑体温度的采集、存储、显示、以及控制，本发明可以精确检测陶瓷 窑炉不同节点的温度，根据检测到的窑炉不同节点的温度形成相应的控制命令，进而精确 控制精确并调节窑炉各个节点的温度，提高陶瓷窑炉的自动化水平，有效改善了陶瓷烧制 的成色和合格率，也大大降低了工人劳动强度和人数，节约了生产的成本。
[0053]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1. 一种窑炉监控系统，其特征在于，包括设置在窑炉不同节点的多个窑炉温度传感装 置、温控仪表、控制装置、信号输入输出装置和调节窑炉不同节点的温度调节装置； 所述温控制表分别连接所述多个窑炉温度传感装置和所述多个温度调节装置;所述控 制器分别连接所述信号输入输出装置和温控仪表； 所述多个窑炉温度传感装置分别实时采集窑炉不同节点的温度信息，将采集到的温度 信息转化成温度电信号传输至温控仪表;所述温控仪表采集并统计所述多个窑炉温度传感 装置传输是的温度电信号传输至所述控制装置;所述控制装置对所述温度电信号处理后通 过信号输入输出装置输出向用户展示;所述信号输入输出装置收集用户的控制命令并传输 至所述控制装置;所述控制装置将所述控制命令转换为相应的控制信号传输至所述控制仪 表;所述控制仪表将控制信号转换为相应的调节信号传输至对应的所述温度调节装置，所 述温度调节装置执行温度调节信号调整窑炉不同节点的温度。2. 根据权利要求1所述的窑炉监控系统，其特征在于，还包括:燃气温控系统，所述燃气 温控系统包括： 设置在燃气化气箱中的燃气温度传感装置和与所述燃气温度传感装置连接的燃气温 度控制装置； 所述燃气温度传感器实时感测所述燃气化气箱中水温信号，并传输至所述燃气温度控 制装置，所述燃气温度控制装置将所述燃气温度传感装置传输的水温信号转换成温度信号 传输至所述控制装置;所述控制装置处理所述温度信号并通过所述信号输入输出装置向用 户展示。3. 根据权利要求2所述的窑炉监控系统，其特征在于，还所述控制装置还包括，电平转 换电路，所述电平转换电路将所述燃气温度控制装置传输的TTL电平温度信号穿换成RS485 电平温度信号。4. 根据权利要求3所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述电平转换电路包括:MAX485 芯片。5. 根据权利要求2所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述燃气温度控制装置是 STC89C52单片机。6. 根据权利要求2所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述燃气温度传感装置为18b20 数字温度传感器。7. 根据权利要求1所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述控制装置、所述信号输入输 出装置为触控一体机。8. 根据权利要求1所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述温度调节装置是设置在向窑 炉不同节点输入燃气管路上的电流马达阀。9. 根据权利要求1所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述窑炉温度传感装置为热电 偶。10. 根据权利要求1所述的窑炉监控系统，其特征在于，所述温控仪表包括信号放大电 路和信号转换电路； 所述信号放大电路放大所述窑炉温度传感装置传输的温度信号传输至所述信号转换 电路，所述信号转换电路将放大后的温度信号转换成具体的温度值传输至所述控制装置。
【文档编号】F27D19/00GK106091714SQ201510890677
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年12月4日
【发明人】郑耿忠, 董晓庆, 苏杰生
【申请人】韩山师范学院