一种炉温监控系统及终端控制器的制作方法

本实用新型属于回流炉炉温监控技术领域，涉及一种炉温监控系统及终端控制器。

背景技术：

在SMT、太阳能、钢铁、食品烘培等行业中，产品需要通过加热炉的空气热对流/回流方式，来实现对产品的加热，故空气中热对流/回流的温度是十分关键的。

目前在加热炉的炉温温区温度测试是通过加热炉炉内出风口的热电偶测得温度作为此温区的温度，但产品通过的位置处，距离加热体出风口存在一定距离，在产品通过回流炉时，此温区空气中的温度会被产品吸收，此时炉温温区的温度不能稳定在某一恒定温度，在产品通过时将会出现炉温温区的波动，故对产品的测温方式不能单一的利用现有的人工曲线验证。

现有人工炉温测温方式是通过炉温测试仪在产品生产前对炉子的加热状态是否满足生产状态作为判定依据。这种测温方式的不足在于，炉温是炉内产品空载时的测得的温度，当回流炉中产品出现满载，半满载时，炉内的温度是一种未知的波动状态，故此种炉温测试不代表全部过程控制的数据，距离上次测试的时间越长,炉温线越有可能超出制程规则，一旦炉温超出范围，那在下一次测试之前所生产的产品都是可能有缺陷的。

现有的人工炉温曲线测试，需要在产品测温处部署热电偶，故不能对所有通过回流炉的所有产品进行测试，只能选取在生产前制作一块测试版作为整体生产的产品的炉温曲线，这种抽样式的测温方式是不严谨的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可以对产品加热温度进行实施监控的炉温监控系统及终端控制器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种炉温监控系统，包括：

热电偶探测器，用于采集炉内温度数据信息；

信息采集组件，用于采集炉内运作参数数据信息；

终端控制器，用于处理系统采集的数据信息；

上位机，用于将终端控制器处理后的数据进行分析并调控监控系统的工作；

所述热电偶探测器、信息采集组件分别与终端控制器连接；所述终端控制器与上位机连接。

进一步的，所述热电偶探测器通过中央控制器连接至终端控制器；一个所述热电偶探测器包括19个测温点。

进一步的，所述热电偶探测器外侧设有玻璃纤维绝缘层和玻璃纤维套管。

进一步的，所述信息采集组件包括进板感应器、出板感应器、链速传感器和条形码扫描器；所述进板感应器、出板感应器、链速传感器和条形码扫描器分别与终端控制器连接。

进一步的，所述炉温监控系统包括报警子系统；所述报警子系统包括声音报警器和灯光报警器。

一种终端控制器，包括温度接收接口、传感器接口、数据输出接口和主板；所述温度接收接口、传感器接口和数据输出接口分别与主板连接；所述温度接收接口包括温度接收左接口和温度接收右接口。

进一步的，所述主板包括微控制器、温度补偿IC和网络模块；所述温度补偿IC和网络模块分别与微处理器连接；所述温度补偿IC与温度接收接口连接；所述网络模块与数据输出接口连接。

进一步的，所述传感器接口包括进板感应器接口、出板感应器接口和链速传感器接口；所述进板感应器接口、出板感应器接口和链速传感器接口分别与主板连接。

进一步的，所述终端控制器还包括条形码扫描器接口和报警器接口；所述条形码扫描器接口和报警器接口分别与主板连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型提出用于回流炉内一种新型炉温测试及炉温曲线测试方法，改善了现有对于加热炉内产品的测温方式的不连续性测试、测试的局限性等；

2、在实时生产过程中，会生成每个产品的炉温曲线，配合警报系统的使用，能在生产过程中对出现异常的部分进行反馈记录，同时生成SPC图、实时CPK 等数据并将生成记录保存在数据库中；

3、通过生产时间的记录或产品名称可在数据库中追溯查询到生产后的每个产品的炉温曲线数据；

4、也可通过条形码的扫描追溯到具体产品的炉温曲线数据，提高生产过程的控制以及管理，提高生产效率。

附图说明

附图1是终端控制器爆炸结构示意图；

附图2是终端控制器原理示意图；

附图3是终端控制器的主视示意图；

附图4是终端控制器的后视示意图；

附图5是终端控制器扩展器的俯视示意图；

附图6是终端控制器扩展器的主视示意图。

图中标识：1-无线射频端口、2-第一声音报警器接口、3-RS232串口接口、 4-RS485串口接口、5-第二条形码扫描器接口、6-第一条形码扫描器接口、7-第一LED接口、8-出板感应器、9-进板感应器、10-链速传感器、11-第一电源接口、12-第一电源信号灯、13-温度接收左接口、14-温度接收右接口、15-数据输出接口、16-第一复位键、17-第一扩展传感器接口、18-第二扩展传感器接口、 19-第二振动传感器接口、20-第一振动传感器接口、21-SMEMA接口、22-通讯接口、23-第二声音报警器接口、24-第二复位键、25-第二电源接口、26-网络信号灯、27-传感器信号灯、28-第二电源信号灯、29-外壳、30-主板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“包括”等指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是无线网络连接，也可以电连接连接，也可以通过中间媒介间接相连，以实现信号传输。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例中，所述炉温监控系统包括：用于采集回流炉内不同温区温度值的热电偶探测器；用于采集回流炉内产品的进炉时间、出炉时间、回流炉链速及轨道振动等信息的信息采集组件；用于处理系统采集数据的终端控制器；以及上位机，用于将终端控制器处理过的数据进行分析并将每个产品温度值绘制成该产品对应的温度曲线，所述上位机还会结合信息采集组件采集的信息进行分析处理并对炉温监控系统的工作状态进行调控。所述热电偶探测器、信息采集组件分别与终端控制器连接，所述终端控制器再连接至上位机。

实施例中，所述热电偶探测器贯穿于回流炉内部，即从回流炉的进口端至出口端；所述热电偶探测器设有两个，以回流炉进口方向为参照分别位于回流炉两侧，分为左热电偶探测器和右热电偶探测器。所述热电偶探测器，外侧设有独特的保护层使得热电偶探测器可以长时间的工作在回流炉内，最高耐热温度可达480℃，减少频繁更换热电偶探测器的麻烦；所述保护层包括玻璃纤维绝缘层和位于玻璃纤维绝缘层外侧的耐高温玻璃纤维套管，此保护层的设置可使热电偶探测器的使用寿命得到延长，且让热电偶探测器的长期耐温性得到有效稳定的使用。所述每个热电偶探测器包括19个热电偶即19个测温点，所以回流炉内共有38个测温点，致使回流炉内每个温区至少包括两个测温点，所述测温点分别标记为L1、L3、L5、L7、L9......L35、L37，R2、R4、R6......R36、 R38；所述热电偶间隔均匀的设置；一个热电偶探测器内的每个热电偶都通过连接器连接至位于回流炉进口端的热电偶集合器，由此形成一个热电偶探测器，由热电偶集合器统一向外输出温度数据。所述热电偶探测器连接至中央控制器的适配电路，再由中央控制器连接至终端控制器，实现温度数据的传输；所述中央控制器的适配电路已为公众所知，在此不再赘述。

实施例中，所述信息采集组件包括进板感应器、出板感应器、链速传感器。所述进板感应器为光电开关，安装于回流炉的进口端，对产品进入回流炉的时间信息进行采集；所述进板感应器，可通过遮挡实现判断产品进入回流炉内部的开始时间。所述出板感应器也为光电开关，安装于回流炉的出口端，对产品离开回流炉的时间信息进行采集；所述出板感应器，通过遮挡实现判断产品离开回流炉的结束时间。所述链速传感器为霍尔开关，固定安装于回流炉内部并靠近链条一侧设置，通过判断齿轮在一个周期内通过的齿间数计算出链条的运行速度。本实施例中，所述链速传感器结合进板感应器可以得出产品的长度；所述链速传感器结合进板感应器和出板感应器可以得出产品是否在规定的时间内穿过回流炉。在另外的实施例中，所述链速传感器结合出板感应器可以得出产品的长度。

实施例中，所述信息采集组件还包括条形码扫描器和振动传感器，所述条形码扫描器设于回流炉的进口端，对贴有条形码的产品可通过直接读取条形码进行产品信息采集，后续可直接通过产品信息直接查询到产品在回流炉内加工数据信息。所述振动传感器安装于回流炉内的轨道上，用于感应轨道的振动情况，并及时反馈给上位机，以对轨道的运行状况进行监控。在另外的实施例中，所述条形码扫描器设于回流炉的出口端，在出口处对产品信息进行采集。

实施例中，所述炉温监控系统包括报警子系统；所述报警子系统包括声音报警器和灯光报警器；所述声音报警器和灯光报警器分别连接至终端控制器。本实施例中，所述声音报警器选用蜂鸣器，所述灯光报警器选用三色LED灯；当炉温监控系统检测到炉内温度异常、轨道链速异常等问题时，蜂鸣器会发出声音报警，同时LED灯也会闪烁进行报警，可以提醒工作人员进行查看，解决故障问题；同时，炉温监控系统也会对报警信息进行留存，与对应的产品信息保存在一起。在另外的实施例中，所述声音报警器选用扬声器，所述灯光报警器选用单色LED灯；当发起报警时，扬声器发出警报声，LED灯闪烁，以引起工作人员的注意，使工作人员及时进行查看。

参考附图1至4所示，实施例中，所述终端控制器，包括外壳29和设于外壳29内的主板30；所述终端控制器侧面设有温度接收接口、传感器接口、数据输出接口15；所述温度接收接口、传感器接口、数据输出接口15分别与主板30连接。

参考附图2至4所示，实施例中，所述温度接收接口包括温度接收左接口 13和温度接收右接口14；所述的温度接收左接口13为热电偶探测器的奇数测温点的冷端接口，所述左热电偶探测器通过中央控制器连接至温度接收左接口 13；所述温度接收右接口14为热电偶的偶数测温点的冷端接口，所述右热电偶探测器通过中央控制器连接至温度接收右接口14；所述温度接收左接口13和温度接收右接口14分别是由一个25PIN脚的连接器构成，所述连接器1至19 号PIN脚接入热电偶的正极，20-25号PIN脚接入热电偶的负极，在主板30处形成热电偶的冷端。

所述温度接收左接口13和温度接收右接口14分别连接至主板30上的温度补偿IC，对采集到的温度数据进行处理，对温度电压进行热补偿，即通过热电偶的塞贝克效应采集的电势差信号，参照K型热电偶分度号对照表转化成相应的温度，使得在温度采集时由于热电偶冷端引起的温度偏差得到有效的补偿纠正。如未将采集的电势差信号进行转化，则不能得出相应温度，当不加入温度补偿IC时，那么温度接收器周围的环境温度的变化将不能得到相应补偿值，最终测出的温度误差将会很大。所述温度补偿IC选用芯片2SC8085。所述温度补偿IC与主板30的微控制器(MCU)连接，并将处理后的信息发送至微控制；所述主板30可控制热电偶探测器的38个测温点同时并行采集温度数据，并且可进行串行间断式的数据采集整合。所述主板30再将处理后的温度数据传送至上位机进行数据分析。

实施例中，所述传感器接口包括进板感应器接口9、出板感应器接口8和链速传感器接口10。所述进板感应器接口9与进板感应器连接，将进板感应器采集到的产品进炉时间数据发送至终端控制器，所述进板感应器接口9与主板 30上的信号调理电路相连接，对产品的进炉时间数据进行处理。

所述出板感应器接口8与出板感应器连接，将出板感应器采集到的产品出炉时间等数据信息发送至终端控制器，所述出板感应器接口8与主板30上的信号调理电路连接，对产品出炉的时间等数据信息进行处理。

所述链速传感器接口10与链速传感器连接，将炉内轨道的运行速率数据信息发送至终端控制器；所述链速传感器接口10与信号调理电路连接，对炉内轨道运行速率数据进行处理。

所述调理电路对接收到的温度采样周期、进板信号采样周期、出板信号采样周期、链速传感器采样周期等传感器采样周期达到统一固定值，使得数据传输得到稳定的格式以及稳定的传输；所述经过调整后的数据信息在发送至微控制器，经由微控制器在传输至上位机。

实施例中，所述主板30上还设有以太网芯片；所述以太网芯片与微控制器连接；所述以太网芯片再连接至数据输出接口15，所述数据输出接口15选用 RJ45接口；所述数据输出接口15连接至上位机，所述终端控制器将系统采集到的信息进行处理后发送至上位机。

实施例中，所述终端控制器设有条形码扫描器接口，包括第一条形码扫描器接口6和第二条形码扫描器接口5，用于连接条形码扫描器；所述条形码扫描器扫描经过的产品上的条形码，并将获得的产品信息发送至终端控制器，再由终端控制器将产品信息发送至上位机。所述条形码扫描器接口将接收到的产品信息通过调理电路发送至微控制器，使其温度采样周期、进板信号采样周期、出板信号采样周期、链速传感器采样周期、条形码扫描器等传感器周期达到统一固定值，使得数据传输得到稳定的格式以及稳定的传输。

进一步的，实施例中，所述终端控制器还设有第一声音报警器接口2、第一LED灯接口7；所述第一声音报警器接口2用于连接扬声器或蜂鸣报警器，实现声音报警所述第一LED灯接口7用于连接LED灯，实现灯光闪烁报警。所述终端控制系统将系统采集到的数据信息进行处理后发送至上位机，由上位机进行分析，当上位机分析得出采集到的温度信息、链速信息或产品在炉内的时间信息等与原设定值不同时，会向终端控制器发送相应的信号指令，所述终端控制器控制报警子系统进行报警，所述声音报警和灯光报警以引起工作人员的注意，及时对监控系统的工作状态进行调整。

进一步的，实施例中，所述终端控制器还设有RS485串口接口4和RS232 串口接口3。为了方便后期系统的其他功能扩展，因此在终端控制器预留RS485 串口接口4和RS232串口接口3，使得系统的扩展性得到增强。

进一步的，所述终端控制器的主板30上还设有温湿度传感器芯片SHT20，以测量终端控制器内部的温度值和湿度值，再通过MCU的判断，得到坏境温湿度是否在正常可运行范围内。

进一步的，实施例中，所述终端控制器设有无线射频端口1、第一电源接口11和第一复位键16。所述无线射频端口1为扩展端口，当需要用到无线连接的时候，可以外接无线射频发射器和接收器，使得外部数据能和终端控制器之间进行通讯。所述第一复位键16用于对终端控制器进行工作状态参数复位；所述第一电源接口11一侧设有第一电源信号灯12，当第一电源接口11插接电源后，第一电源信号灯12点亮；所述第一电源接口11与主板30上的DC/DC 转换器连接，所述DC/DC转换器在连接至微控制器，以实现对终端控制器的供电。所述电源选用24V电源，所述DC/DC转换器用于将电源电压降至5V或 3.3V；因终端控制器各个接口以及芯片所需电压值不一样，为满足不同接口、芯片及报警子系统的需要需对电压进行不同的调整，通过DC/DC转换器将电压调节时适合各个芯片所需的电压值。

参考附图2所示，实施例中，所述上位机选用电脑(PC),所述炉温监控系统通过上位机扩展连接一终端控制器扩展器(EXMD)。

参考附图2、图5及图6所示，实施例中，所述上位机与扩展器的通讯接口22连接以实现上位机与扩展器之间的数据传输；所述通讯接口22与扩展器内部的扩展器主板连接；所述扩展器设有SMEMA接口21并与扩展器主板连接；所述扩展器通过SMEMA接口21与回流炉的接驳台进行连接，由此实现上位机对回流炉暂停和运行的控制。

实施例中，所述扩展器还设有第一振动传感器接口20和第二振动传感器接口19且均与扩展器主板连接；所述第一振动传感器接口20和第二振动传感器接口19用于连接安装于回流炉轨道上的振动传感器，由此将轨道的振动情况传输至上位机进行分析。

实施例中，所述扩展器设有第二声音报警器接口23、第二复位键24和第二电源接口25；当上位机分析到回流炉内轨道振动出现异常时，会向扩展器发送相应的信号，由第二声音报警器接口23连接的声音报警器报警，以引起工作人员的主要，及时查看。所述第二复位键24用于对扩展器的工作状态参数进行复位；所述第二电源接口25用于连接电源，以给扩展器供电。所述扩展器还设于相应的指示灯，包括检查网络状况的网络信号灯26，检查传感器接入情况的传感器信号灯，以及检查电源接入状况的第二电源信号灯28。

实施例中，所述扩展器还设有第一传感器扩展接口17和第二传感器扩展接口18，方便系统以后扩展其功能。

当要加工一种产品时，在生产加工前，需要先用炉温测试仪测得一组合格的炉温值，即生产出一个合格产品时，产品位于炉内各温区的合格温度值，传输入上位机中，经过算法进行计算，拟合出基准温度曲线，其核心算法为：

T(tn)＝(TOVENi-Tt(n-1))*(exp^{{Koveni*[tn-t(n-1)]}})+Tt(n-1)

其中：TOVENi为当前炉温温区；

Tt(n-1)为前一次时间点拟合温度；

Koveni为该温区的热力学系数；

tn:为当前时间点；

t(n-1):为当前时间点的前一个时间点。

进入正常的加工过程中，每个产品在进入回流炉内进行加热时，进板感应器监测到的产品进入时间、出板感应器会监测到的产品出炉时间、以及链速传感器检测到的链速数据均会实时传输至上位机；所述热电偶探测器会实时监测回流炉内各温区的温度并将温度数据传输至上位机。所述上位机会结合产品的进入时间、链速及各温区的实时温度，以基准温度曲线为基准经过算法公式：

T(tn)＝(TOVENi-Tt(n-1))*(exp^{{Koveni*[tn-t(n-1)]}})+Tt(n-1)拟合出该产品的温度曲线，并结合产品信息进行保存；

其中：TOVENi为当前炉温温区；

Tt(n-1)为前一次时间点拟合温度；

Koveni为该温区的热力学系数；

tn:为当前时间点；

t(n-1):为当前时间点的前一个时间点。

如检测到温度曲线不符合规定则会进行控制监控系统进行报警，并将报警记录进行保存；所述上位机会结合产品的进炉时间、链速以及出炉时间对产品是否在规定时间内出炉进行分析判断，如出现问题并及时控制监控系统进行报警，并将报警记录保存在相应的产品下；所述上位机会同时生成CPK图和SPC 图，SPC、CPK核心算法：

CPK＝Min[(USL-Mu)/3σ,(Mu-LSL)/3σ]

其中：

USL:上限值；LSL:下限值；σ：标准差；u＝(USL+LSL)/2：规格中心值； Mu:(x1+x2+...+xn)/n平均值。

在后续过程中，需要查看产品加工的炉温曲线时，可通过产品的进炉时间进行查询，得到产品的炉温曲线以及其生产加工过程中的报警记录。

对于贴有条形码的产品，在加工过程中，监控系统会通过条形码扫描器对产品信息进行识别并保存，并与该产品的炉温曲线一同进行保存；后期需要时，可直接通过扫描产品条形码或输入产品信息进行查询，得到该产品的炉温曲线及其生产加工过程中的报警记录。

所述监控系统可通过改变炉温温区的温度，实现对炉温曲线的预测，并可得出推荐的炉温温区温度值。通过测得回流炉内部产品层的温度，与设置的温度值之间的差值，得到ΔT值；当下次温度变化时，该ΔT将进行补偿，以得出推测出的炉温温区值。

加工过程中，所述上位机是通过传感器的数据对轨道链速和振动频率进行的监控从而在出现问题时进行及时反馈，并生成相对应的CPK图和SPC图。

以上所述的实施例，只是本实用新型的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。