多通道高精度智能化焦炉测温装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了多通道高精度智能化焦炉测温装置，包括电源部分、数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分、通信接口部分和1~19个传感器部分。电源部分分别与数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分和通信接口部分相连。每个传感器部分都与数字温度测量部分相连。核心处理部分分别与数字温度测量部分、故障指示部分和通信接口部分相连。本实用新型电路简单可靠、可以连接几乎所有的标准化热电偶和非标准化热电偶、具有多通道并能够在多个通道上连续运行转换、能够自动检测故障并进行故障指示、测量精度高、具有RS485和Profibus?DP二种通信方式且通信可靠。
【专利说明】
多通道高精度智能化焦炉测温装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及焦炉测温装置，特别是一种多通道高精度智能化焦炉测温装置。
【背景技术】
[0002]随着市场对焦炭质量要求的日益提高，焦炉各项温度的准确测量是对现行加热制度检查的必要手段，同时也为调整加热制度提供了依据。原来的光学高温计因不能连续测温和自动进行数值记录，并且存在人工记录误差等缺点，已不能满足目前焦炉生产的需要。一般市场中用于焦炉的红外测温仪，一台仪器只能测量一个焦化炉的温度，并没有充分地利用到电子电路的多路处理能力，使得焦炉现场需要部署多个测温仪，使得整个焦炉的测温系统变得臃肿，甚至是浪费成本。
[0003]针对上述现状，中国实用新型专利ZL201520573291.3提出了一种多路在线式红外测温仪，包括电子盒和分别通过光纤与所述电子盒相连的多个光学探头，电子盒包括电源部分和分别与电源部分相连的信号预处理部分、核心处理部分、显示部分和通信接口部分。该专利的技术方案结合电子电路技术，采用更加先进、灵活、高效的处理方式，集高集成度、高稳定性、自适应性、多选择性、可扩展性等众多优点于一身。但是红外测温的精度受光斑尺寸、工作波长、环境条件等因素影响较大，其精度的稳定性无法得到保证。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是针对上述现有技术中红外测温仪测量精度的稳定性无法得到保证的不足，提供一种具有高精度测量能力的多通道高精度智能化焦炉测温装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]多通道高精度智能化焦炉测温装置，包括电源部分、数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分、通信接口部分和I?19个传感器部分。所述电源部分分别与所述数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分和通信接口部分相连。每个所述传感器部分都与所述数字温度测量部分相连。所述核心处理部分分别与所述数字温度测量部分、故障指示部分和通信接口部分相连。
[0007]每个所述传感器部分包括热电偶和补偿导线。所述热电偶的冷端通过所述补偿导线与所述数字温度测量部分相连。
[0008]所述数字温度测量部分包括数字温度测量芯片、冷端补偿电路和与所述热电偶相匹配的输入电路。所述数字温度测量芯片的输入通道分别与所述输入电路和冷端补偿电路相连。所述输入电路通过所述补偿导线与所述热电偶的冷端相连。所述数字温度测量芯片与所述核心处理部分相连。
[0009]在其中一个实施例中，所述电源部分包括非隔离型24V转5V模块、非隔离型5V转
3.3V模块和隔离型24V转5V模块。
[0010]所述的非隔离型24V转5V模块的输出端连接所述的数字温度测量芯片。所述的非隔离型5V转3.3V模块的输出端连接所述的核心处理部分和故障指示部分。所述的隔离型24V转5V模块的输出端连接所述的通信接口部分。
[0011]在其中一个实施例中，所述核心处理部分包括MCU和分别与MCU相连的复位电路、时钟电路和下载电路。所述MCU分别与所述数字温度测量芯片、故障指示部分和通信接口部分相连。
[0012]在其中一个实施例中，所述故障指示部分包括与所述热电偶相匹配的故障指示LED灯。所述故障指示LED灯与所述核心处理部分相连。
[0013]在其中一个实施例中，所述输入电路包括抗混迭电路和故障保护电路。所述抗混迭电路分别与所述补偿导线的正极和数字温度测量芯片的输入通道相连。所述故障保护电路与所述补偿导线的正极、补偿导线的负极和数字温度测量芯片的输入通道相连。
[0014]在其中一个实施例中，所述冷端补偿电路包括三极管。所述三极管的基极和集电极短接后以单端方式连接到所述数字温度测量芯片上。
[0015]在其中一个实施例中，所述通信接口部分为RS485模块。
[0016]所述RS485模块包括高速光耦、RS485接口电路和RS485通信指示灯。所述核心处理部分分别与RS485接口电路和RS485通信指示灯相连。所述高速光耦与所述RS485接口电路相连，用来电气隔离所述RS485接口电路和核心处理部分。
[0017]在其中一个实施例中，所述通信接口部分为Profibus-DP模块。
[0018]所述Profibus-DP模块包括站地址拨码开关、PB-0EM2-SEA模块、Prof ibus-DP通信指示灯和依次串联的总线上拉电阻、总线下拉电阻、总线终端匹配电阻。
[0019]所述总线上拉电阻、总线下拉电阻和总线终端匹配电阻与所述PB-0EM2-SEA模块相连，所述PB-0EM2-SEA模块与所述核心处理部分相连。所述站地址拨码开关与所述核心处理部分相连。所述Prof ibus-DP通信指示灯与所述PB-0EM2-SEA模块相连。
[0020]在其中一个实施例中，所述数字温度测量芯片为LTC2983芯片。
[0021 ]上述多通道高精度智能化焦炉测温装置的有益效果:
[0022]1、电路简单可靠，使用的LTC2983芯片具有自动调零功能并内置高精度基准电源以及具有自动冷端补偿功能，解决了目前常用的热电偶数字温度测量技术中存在的电路设计复杂和调试困难的问题。
[0023]2、可以连接几乎所有的标准化热电偶(B、E、J、K、N、S、R和T型)和非标准
[0024]化热电偶。
[0025]3、具有多通道并能够在多个通道上连续运行转换。
[0026]4、能够自动检测故障并进行故障指示。
[0027]5、测量精度高，在-200°01372°C温度范围内测量精度达到± 2°C，分辨率达0.001-C。
[0028]6、具有RS485和Prof ibus-DP二种通信方式，通信方式可靠。
【附图说明】
[0029]图1为本实施方式中多通道高精度智能化焦炉测温装置的基本结构框图。
[0030]图2为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的传感器部分示意图。
[0031]图3为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的电源部分的电路原理图。
[0032]图4为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的数字温度测量部分的部分电路原理图。
[0033]图5为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的数字温度测量部分的部分电路原理图。
[0034]图6为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的核心处理部分的电路原理图。
[0035]图7为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的故障指示部分的电路原理图。
[0036]图8为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的通信指示部分的RS485模块的部分电路原理图。
[0037]图9为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的通信指示部分的的RS485模块的部分电路原理图。
[0038]图10为图1中多通道高精度智能化焦炉测温装置的通信指示部分的Profibus-DP模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0039]为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
[0040]当一个元件被认为是与另一个元件“相连”，它可以是直接连接到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。
[0041]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
[0042]请参阅图1，多通道高精度智能化焦炉测温装置，包括电源部分、数字温度测量部分、核心处理部分、故障指不部分、通信接口部分和I?19个传感器部分。电源部分分别与数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分和通信接口部分相连。每个传感器部分都与数字温度测量部分相连。核心处理部分分别与数字温度测量部分、故障指示部分和通信接口部分相连。
[0043]在本实施方式中，上述多通道高精度智能化焦炉测温装置包括电源部分、数字温度测量部分、核心处理部分、故障指不部分、通信接口部分和16个传感器部分。
[0044]其中，电源部分分别与数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分和通信接口部分相连。每个传感器部分都与数字温度测量部分相连。核心处理部分分别与数字温度测量部分、故障指示部分和通信接口部分相连。
[0045]如图2所示，每个传感器部分包括K型热电偶a和KC型补偿导线b。
[0046]其中，将K型热电偶a安装在焦炉需要测温的部位，K型热电偶a的冷端通过KC型补偿导线b与数字温度测量部分相连。
[0047]如图3所示，电源部分包括非隔离型24V转5V模块U1、非隔离型5V转3.3V模块U2和隔离型24V转5V模块U3。
[0048]其中，非隔离型24V转5V模块Ul的输出端连接LTC2983芯片。非隔离型5V转3.3V模块U2的输出端连接核心处理部分和故障指示部分。隔离型24V转5V模块U3的输出端连接通信接口部分。
[0049]具体的，采用隔离型24V转5V模块U3能保证现场总线通信接口与核心处理部分的电气隔离，提高现场总线的抗干扰能力。
[0050]如图4和图5所示，数字温度测量部分包括LTC2983芯片U4、冷端补偿电路和与K型热电偶a相匹配的输入电路。
[0051 ] 其中，LTC2983芯片U4的输入通道分别与输入电路和冷端补偿电路相连。LTC2983芯片U4的输入通道CHl?CH16对应如图4所示的16条输入电路。输入电路通过KC型补偿导线b与K型热电偶a的冷端相连。16个K型热电偶a对应如图4所示的16条输入电路。LTC2983芯片U4与核心处理部分相连。
[0052]具体的，如图4所示，每个输入电路包括抗混迭电路和故障保护电路，等效于一个低通滤波器。其具有IK至1K电阻和10pF至0.1uF电容，在本实施方式中采用1K电阻和0.1uF电容。
[0053]其中，因为温度信号为低频信号，所以需要抗混迭电路滤除低频截止频率以外的信号。故障保护电路即为串接在KC型补偿导线b的正极和负极上的两个1K电阻。
[0054]具体的，抗混迭电路分别与KC型补偿导线b的正极和数字温度测量芯片的输入通道相连，故障保护电路分别与KC型补偿导线b的正极、KC型补偿导线b的负极和数字温度测量芯片的输入通道相连。
[0055]其中，KC型补偿导线b的正极连接输入电路的CCHn(n< 16)端。KC型补偿导线b的负极连接输入电路的CGNDn(n < 16)端。
[0056]具体的，LTC2983芯片U4可在K型热电偶a信号输入通道上输出开路检测脉冲电流，当K型热电偶a断开时，LTC2983芯片U4将检测到一个开路故障。
[0057]其中，如图5所示，冷端补偿电路包括三极管2N3904。三极管2N3904的基极和集电极短接后以单端方式连接到LTC2983芯片U4的输入通道CH20上。
[0058]具体的，冷端补偿电路利用PN结的温度特性对K型热电偶a进行冷端补偿。PN结的理想因子(发射系数)需要确定并在LTC2983芯片U4中进行配置，LTC2983芯片U4有内部电路补偿PN结作为温度传感器时的误差。在本实施方式中采用三极管2N3904的B-E结作为冷端补偿电路的PN结并以单端方式连接到LTC2983芯片U4的输入通道CH20上。通过对LTC2983芯片U4进行算法配置可以消除PN结与LTC2983芯片U4之间的寄生电阻效应并降低噪声。
[0059]如图6所示，核心处理部分包括LPC11C24芯片U5和分别与LPC11C24芯片U5相连的复位电路、时钟电路和下载电路。
[0060]其中，时钟电路选用的晶振频率为12MHz。复位电路采用MAX708RESA芯片U6。下载电路中Header 10X2双排接插件Pl留有20针端口，支持的下载调试方式为SWD。
[0061 ] 具体的，LPC11C24芯片U5分别与LTC2983芯片U4、故障指示部分和通信接口部分相连。LPC11C24芯片U5通过UART接口与通信接口部分相连。LTC2983芯片U4的37脚(中断信号输出)、38脚(时钟信号输入)、39脚(从机输出信号)、40脚(从机输入信号)、41脚(从机片选信号输入)和42脚(复位信号输入)分别与LPCl 1C24芯片U5的25脚(中断信号输入)、13脚(时钟信号输出)、26脚(主机输入信号)、38脚(主机输出信号)、2脚(从机片选信号输出)和I脚(复位信号输出)相连。
[0062]如图7所示，故障指示部分包括与K型热电偶a相匹配的故障指示LED灯。
[0063]其中，故障指示LED灯D3?D18与LPC11C24芯片U5相连。故障指示LED灯D3?D18对应LTC2983芯片 U4 的通道 CH1~CH16。
[0064]如图8至图10所示，通信接口部分为RS485模块或Prof ibus-DP模块。
[0065]如图8和图9所示，通信接口部分为RS485模块。RS485模块包括高速光耦6N137(U7、U8和U9)、RS485接口电路和RS485通信指示灯。
[0066]其中，LPC11C24芯片分别与RS485接口电路和RS485通信指示灯相连。高速光耦6N137(U7、U8和U9)与RS485接口电路相连，用来电气隔离RS485接口电路和核心处理部分，以提高RS485总线的抗干扰能力。
[0067]具体的，RS485模块采用RS485接口电路(S卩MAX485ESA芯片U10)对LPC11C24的UART信号进行电平转换。RS485模块具有通信指示功能。当RS485模块处于发送状态时，RS485通信指示灯D22被点亮。当RS485模块处于接收状态时，RS485通信指示灯D23被点亮。
[0068]如图10所示，通信接口部分为Prof ibus-DP模块。Prof ibus-DP模块包括站地址拨码开关、PB-0EM2-SEA模块、Prof ibus-DP通信指示灯和依次串联的总线上拉电阻、总线下拉电阻、总线终端匹配电阻。
[0069 ] 其中，总线上拉电阻、总线下拉电阻和总线终端匹配电阻与PB-0EM2 -SEA模块相连，PB-0EM2-SEA模块与核心处理部分相连。站地址拨码开关与核心处理部分相连。Prof ibus-DP通信指示灯与PB-0EM2-SEA模块相连。
[0070] 具体的，Prof ibus-DP模块采用PB-0EM2-SEA模块实现，用作Prof ibus-DP模块的从站。Prof ibus-DP模块具有站地址拨码开关S2，用于确定模块的从站地址。当Prof ibus-DP模块位于总线终端时需要将S3拨至导通状态。Profibus-DP模块还具有通信指示功能，当PB-0EM2-SEA模块完成初始化时，Prof ibus-DP通信指示灯D24熄灭，当PB-0EM2-SEA模块与主站连通时Prof ibus-DP通信指示灯D25点亮。
[0071 ] 总之，LTC2983芯片U4通过SPI方式与LPCl 1C24芯片U5进行通信。LTC2983芯片U4作为SPI从机，LPC11C24芯片U5作为SPI主机。其中，LTC2983芯片U4的基本操作分为启动、通道分配、启动转换、转换和读取结果5个过程。上述多通道高精度智能化焦炉测温装置的具体操作过程如下:
[0072](I)系统初始化。多通道高精度智能化焦炉测温装置上电或复位后，首先LPC11C24
[0073]芯片U5进行初始化(包括时钟、GP10、SPI和UART)。
[0074](2)PB-0EM2-SEA模块初始化。若通信接口部分为RS485模块，则去掉步骤(2)。
[0075](3)启动。完成初始化后的LPC11C24芯片U5的I脚输出一个脉冲信号至LTC2983芯片U4的42脚，使得LTC2983芯片U4复位随即进入启动状态。启动期间LTC2983芯片U4的37脚保持为低电平，启动完成后变为高电平，启动过程大约需要200ms。
[0076](4)通道分配。LPC11C24芯片U5的25脚检测到高电平后对LTC2983芯片U4进行通道分配(包括已连接K型热电偶a的通道和已连接冷端补偿电路的通道)。
[0077](5)启动转换。通道分配完成后，LTC2983芯片U4就做好了开始转换的准备。
[0078]LPCl 1C24芯片U5发送命令启动LTC2983芯片U4转换。
[0079](6)转换。LTC2983芯片U4进行转换。
[0080](7)转换期间LTC2983芯片U4的37脚保持为低电平，转换完成后变成高电平。若LTC2983芯片U4转换没有完成，则返回步骤(6)继续进行转换。若LTC2983芯片U4转换完成了，则进行步骤(8)。
[0081 ] (8)读取结果。LPC11C24芯片U5的25脚检测到高电平后就可以在LTC2983芯
[0082]片U4上读取温度转换结果。
[0083](9)LPC11C24芯片U5对温度转换结果进行数据处理。
[0084](10)故障指示。对于任意一个通道，如果一次温度转换完成后数据处理时结果正确，则与该通道相对应的故障指示LED灯熄灭。反之，如果检测到故障，则与该通道对应的故障指示LED灯点亮。
[0085](11)通信处理。故障指示完成后就与外界进行通信。若LTC2983芯片U4的输入通
[0086]道连接的传感器部分有变化时，则返回步骤(4)，反之，则返回步骤(5)。
[0087]上述多通道高精度智能化焦炉测温装置的有益效果:
[0088]1、电路简单可靠，使用的LTC2983芯片具有自动调零功能并内置高精度基准电源以及具有自动冷端补偿功能，解决了目前常用的热电偶数字温度测量技术中存在的电路设计复杂和调试困难的问题。
[0089]2、可以连接几乎所有的标准化热电偶(B、E、J、K、N、S、R和T型)和非标准
[0090]化热电偶。
[0091]3、具有多通道并能够在多个通道上连续运行转换。
[0092]4、能够自动检测故障并进行故障指示。
[0093]5、测量精度高，在-200 °01372 °C温度范围内测量精度达到± 2 °C，分辨率达0.001Γ。
[0094]6、具有RS485和Prof ibus-DP二种通信方式，通信方式可靠。
[0095]以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，包括电源部分、数字温度测量 部分、核心处理部分、故障指示部分、通信接口部分和I?19个传感器部分，所述电源部分分别与所述数字温度测量部分、核心处理部分、故障指示部分和通信接口部分相连，每个所述传感器部分都与所述数字温度测量部分相连，所述核心处理部分分别与所述数字温度测量部分、故障指示部分和通信接口部分相连； 每个所述传感器部分包括热电偶和补偿导线，所述热电偶的冷端通过所述补偿导线与所述数字温度测量部分相连； 所述数字温度测量部分包括数字温度测量芯片、冷端补偿电路和与所述热电偶相匹配的输入电路，所述数字温度测量芯片的输入通道分别与所述输入电路和冷端补偿电路相连，所述输入电路通过所述补偿导线与所述热电偶的冷端相连，所述数字温度测量芯片与所述核心处理部分相连。2.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述电源部 分包括非隔离型24V转5V模块、非隔离型5V转3.3V模块和隔离型24V转5V模块； 所述的非隔离型24V转5V模块的输出端连接所述的数字温度测量芯片，所述的非隔离型5V转3.3V模块的输出端连接所述的核心处理部分和故障指示部分，所述的隔离型24V转5V模块的输出端连接所述的通信接口部分。3.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述核心处理部分包括MCU和分别与MCU相连的复位电路、时钟电路和下载电路，所述MCU分别与所述数字温度测量芯片、故障指示部分和通信接口部分相连。4.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述故障指示部分包括与所述热电偶相匹配的故障指示LED灯，所述故障指示LED灯与所述核心处理部分相连。5.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述输入电路包括抗混迭电路和故障保护电路，所述抗混迭电路分别与所述补偿导线的正极和数字温度测量芯片的输入通道相连，所述故障保护电路分别与所述补偿导线的正极、补偿导线的负极和数字温度测量芯片的输入通道相连。6.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述冷端补偿电路包括三极管，所述三极管的基极和集电极短接后以单端方式连接到所述数字温度测量芯片上。7.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述通信接口部分为RS485模块； 所述RS485模块包括高速光耦、RS485接口电路和RS485通信指示灯，所述核心处理部分分别与RS485接口电路和RS485通信指示灯相连，所述高速光耦与所述RS485接口电路相连，用来电气隔离所述RS485接口电路和核心处理部分。8.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述通信接口部分为Prof ibus-DP模块； 所述Profibus-DP模块包括站地址拨码开关、PB-0EM2-SEA模块、Profibus-DP通信指示灯和依次串联的总线上拉电阻、总线下拉电阻、总线终端匹配电阻，所述总线上拉电阻、总线下拉电阻和总线终端匹配电阻与所述PB-0EM2-SEA模块相连，所述PB-0EM2-SEA模块与所述核心处理部分相连，所述站地址拨码开关与所述核心处理部分相连，所述Profibus-DP通信指示灯与所述PB-0EM2-SEA模块相连。9.根据权利要求1所述的多通道高精度智能化焦炉测温装置，其特征在于，所述数字温度测量芯片为LTC2983芯片。
【文档编号】G01K1/02GK205538010SQ201620186635
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】冷鹏, 陈勇波, 彭毅, 毛晓华, 李英驰
【申请人】湖南千盟工业智能系统股份有限公司