CN107239049A - 模拟工业现场测控装置 - Google Patents

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刘于胜
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张路尧
刘丽珍
袁超
郎丰博
康丽艳
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Abstract

模拟工业现场测控装置属于锻压工业余热回收自动控制技术领域，尤其涉及一种模拟工业现场测控装置。本发明提供一种使用方便的模拟工业现场测控装置。本发明包括壳体，其结构要点壳体上设置有输入接口、模拟量输出接口、开关量输出接口和通讯接口，壳体内设置有控制部分，控制部分的信号输入端口与输入接口相连，控制部分的输出端口分别与模拟量输出接口、开关量输出接口相连，控制部分的通讯端口与通讯接口相连。

Description

模拟工业现场测控装置
技术领域
本发明属于锻压工业余热回收自动控制技术领域，尤其涉及一种模拟工业现场测控装置。
背景技术
在热泵式余热回收工程自动控制过程中。一般通过变送器控制的电信号，有电压（0～5V）、电流（4～20mmA）的信号。在使用开关量控制时还好处理，当使用模拟量控制时就出现控制数学模型建立困难，控制相应处理难度增加。
生产工艺：为便于成型，将锻件坯料在中频炉中加热到1200℃左右，经锻压成型后温度降至970℃左右，成型后的锻压件正火（空冷）处理。为其加热的中频感应炉需要大量的冷却水进行对其冷却；在控制冷却水的过程中就需要进行自动控制。这里有大量的开关量、模拟量信号的输入和输出，分别为压力、流量、温度、液位等信号，对其进行检测处理和控制是一项非常困难的事情。
由于要保证热量的回收，就必须保证对冷却水的温度、压力、流量和液位等信号进行合理的控制；使其整个余热回收系统运行在合理的工作参数范围，这样有利于系统的稳定来保证现场的工艺生产。这些信号有模拟量、开关量，要综合对其信号处理，传输给计算机进行控制就必须进行各种信号的转换，传感器的多少决定了通道数的多少，且信号源的远近、信号的干扰、漂移等都不能保证每个系统的相同，使设计过程中增加了难度和不确定性。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种使用方便的模拟工业现场测控装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括壳体，其结构要点壳体上设置有输入接口、模拟量输出接口、开关量输出接口和通讯接口，壳体内设置有控制部分，控制部分的信号输入端口与输入接口相连，控制部分的输出端口分别与模拟量输出接口、开关量输出接口相连，控制部分的通讯端口与通讯接口相连。
作为一种优选方案，本发明所述通讯接口采用RS485接口和/或RS232接口。
作为另一种优选方案，本发明所述输入接口为32个，模拟量输出接口为8个，开关量输出接口为4个。
作为另一种优选方案，本发明还包括无线模块，无线模块的信号传输端口与所述控制部分的信号传输端口相连。
作为另一种优选方案，本发明所述控制部分检测从输入接口输入的信号为模拟量信号还是开关量信号；若为模拟量信号，控制部分控制模拟量输出接口输出相应的模拟量信号；若为开关量信号，控制部分控制开关量输出接口输出相应的开关量信号。
作为另一种优选方案，本发明所述控制部分包括STC12C5A16S2芯片U01、TLV5610芯片U02、LTC1867芯片U03、U04、U05、U06、LM324芯片U08、U09、MAX485芯片U18、MAX232芯片U07、74HC373芯片U10、U11、U12、U13，所述输入接口1～8与U03引脚8～1对应连接，所述输入接口9～16与U04引脚8～1对应连接，所述输入接口17～24与U05引脚8～1对应连接，所述输入接口25～32与U06引脚8～1对应连接；U03的11、12、13、14引脚与U01的36、35、30、33引脚对应连接，U04的11、12、13、14引脚与U01的36、35、31、33引脚对应连接，U05的11、12、13、14引脚与U01的36、35、32、33引脚对应连接，U06的11、12、13、14引脚与U01的36、35、34、33引脚对应连接。
所述U02的2、3、4、18引脚与U01的26、27、28、29引脚对应连接，U02的12、13、14、15引脚与U09的12、10、5、3引脚对应连接，U02的6、7、8、9引脚与U08的12、10、5、3引脚对应连接；U08的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口1、2、3、4对应连接，U09的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口5、6、7、8对应连接。
所述U10的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U11的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U12的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U13的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接；U10的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口1相连，U11的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口2相连，U12的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口3相连，U13的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口4相连。
所述U18的1、3、4引脚分别与U01的42、43、7引脚对应连接，U18的6、7引脚与所述RS485接口相连；U07的9、10引脚与U01的6、8引脚对应连接，U07的7、8引脚与所述RS232接口相连。
其次，本发明所述通讯接口与上位机通讯接口或PLC通讯接口相连。
另外，本发明所述输入接口与传感器的信号输出端口相连，通讯接口与计算机的信号输入端口相连。
本发明有益效果。
本发明通过输入接口、模拟量输出接口、开关量输出接口、通讯接口、控制部分的配合使用，能够模拟工业测控现场在实验室初步调试，也可以单独在现场采集记录数据和简单控制之用；且使用方便。
本发明扩大了智能化监测装置的应用领域，特别是在热锻压工艺余热回收利用方面。本发明的推广使用将会为节能、绿色环保事业做出贡献。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明电路原理框图。
图2是本发明结构示意图。
图3-1、3-2、3-3是本发明电路原理图。
图2中，1为输入接口、2为模拟量输出接口、3为无线遥控天线口、4为电源开关、5为充电口、6为上模块、7为下模块、8为RS485接口、9为RS232接口、10为开关量输出接口。
具体实施方式
如图所示，本发明包括壳体，壳体上设置有输入接口、模拟量输出接口、开关量输出接口和通讯接口，壳体内设置有控制部分，控制部分的信号输入端口与输入接口相连，控制部分的输出端口分别与模拟量输出接口、开关量输出接口相连，控制部分的通讯端口与通讯接口相连。
本发明可设置充电电源，在测控时间内不必考虑给装置供电的问题。
所述通讯接口采用RS485接口和/或RS232接口。通过４８５口或２３２口可以很方便地同ＰＬＣ、电脑和其它控制电器连接，从而可以扩展出其它功能。
所述输入接口为32个，模拟量输出接口为8个，开关量输出接口为4个。
还包括无线模块，无线模块的信号传输端口与所述控制部分的信号传输端口相连。通过无线模块可实现远程测控。
所述控制部分检测从输入接口输入的信号为模拟量信号还是开关量信号；若为模拟量信号，控制部分控制模拟量输出接口输出相应的模拟量信号；若为开关量信号，控制部分控制开关量输出接口输出相应的开关量信号。
所述控制部分包括STC12C5A16S2芯片U01、TLV5610芯片U02、LTC1867芯片U03、U04、U05、U06、LM324芯片U08、U09、MAX485芯片U18、MAX232芯片U07、74HC373芯片U10、U11、U12、U13，所述输入接口1～8与U03引脚8～1对应连接，所述输入接口9～16与U04引脚8～1对应连接，所述输入接口17～24与U05引脚8～1对应连接，所述输入接口25～32与U06引脚8～1对应连接；U03的11、12、13、14引脚与U01的36、35、30、33引脚对应连接，U04的11、12、13、14引脚与U01的36、35、31、33引脚对应连接，U05的11、12、13、14引脚与U01的36、35、32、33引脚对应连接，U06的11、12、13、14引脚与U01的36、35、34、33引脚对应连接。
所述U02的2、3、4、18引脚与U01的26、27、28、29引脚对应连接，U02的12、13、14、15引脚与U09的12、10、5、3引脚对应连接，U02的6、7、8、9引脚与U08的12、10、5、3引脚对应连接；U08的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口1、2、3、4对应连接，U09的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口5、6、7、8对应连接。
所述U10的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U11的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U12的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U13的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接；U10的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口1相连，U11的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口2相连，U12的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口3相连，U13的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口4相连。
所述U18的1、3、4引脚分别与U01的42、43、7引脚对应连接，U18的6、7引脚与所述RS485接口相连；U07的9、10引脚与U01的6、8引脚对应连接，U07的7、8引脚与所述RS232接口相连。
通过本发明上述连接电路，输入接口共有32路，每一路都有向传感器提供２４Ｖ直流电源功能。它能接受０－５Ｖ、１－５Ｖ、０－２０mA、4－２０mA标准传感器信号，自身测量时间不超过1s，在连线上可以连接三线制口、信号电源两线制接口和信号地两线制接口，所以接线方式十分灵活。
模拟量输出接口共8路，每一路都是两线0-10V输出（即一信号线和一地线），其输出受STC12C5A16S2芯片U01控制，也可以受通过RS485或RS232接口与U01相连接的其它设备通过指令控制，可以通过本发明模拟量输出接口控制需要模拟量控制的设备和电器元件，如可控硅智能模块等。
开关量输出接口共4个，每个开关量输出接口有8路输出，每一开关量输出接口都为外部提供电源，采用集电极开路输出，这样可以驱动不同的负载。最大灌入电流为500 mA；如每一开关量输出接口可以驱动8只小型继电器等。
所述通讯接口与上位机通讯接口或PLC通讯接口相连。
所述输入接口与传感器的信号输出端口相连，通讯接口与计算机的信号输入端口相连。
STC12C5A16S2芯片U01可根据控制条件的变化，对输入输出参数进行改变设置（如对传感器的被测量进行校准和调整，包括温度、湿度、长度、亮度、浓度等被测量）使用。
本发明在东基工业集团有限公司、白城中一精锻集团股份有限公司的热泵式余热回收系统中的应用。
目前东基工业集团的筒型体锻造生产线确定的使用参数为。
使用环境：工作环境温度：40℃～10℃。
开关量数量：23个。
模拟量数量：2个。
上位机：使用PC机。
原锻压件锻压成型工艺使用冷却塔，造成热量的损耗增加能量的消耗，夏天还有热污染；后经热泵换热将热量带回供暖，既解决冷却中频炉，又将热量回收替代锅炉采暖。其换热系统的控制通过本发明完成，使其控制柜体积减小、控制可靠，与计算机连接更便利简洁，系统运行更稳定。可在工艺条件下进行各传感器参数的设定，对控制程序进行模拟检验；待工程进行时来调整设计参数。回收得到的热水，用于回供供暖或职工洗浴，实现减少锅炉燃煤量和减少热污染的目的，充分利用工业余热。
下面结合附图说明本发明的工作过程。
在本发明工作时，将要输入的传感器的电信号接入输入接口，并校准信号。如果是模拟量信号由模拟量输出接口输出端得到输出信号，若是开关量信号将从开关量输出接口得到开关量信号（可根据外部设备的具体要求，通过RS485或RS232接口；使用通信协议来控制某一路的输出电压）。如果需要上位机或PLC控制系统，可由RS485或RS232接口连接到相关的计算机（包括单片机）、PLC等控制装置，由计算机、PLC来控制。各个输入和输出A/D转换可为16位控制。
当使用本发明用来检测时，可将输入接口连接传感器，通过RS485或RS232接口连接计算机来记录测量数据，时间间隔精度、时间长短可设定。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.模拟工业现场测控装置，包括壳体，其特征在于壳体上设置有输入接口、模拟量输出接口、开关量输出接口和通讯接口，壳体内设置有控制部分，控制部分的信号输入端口与输入接口相连，控制部分的输出端口分别与模拟量输出接口、开关量输出接口相连，控制部分的通讯端口与通讯接口相连。
2.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述通讯接口采用RS485接口和/或RS232接口。
3.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述输入接口为32个，模拟量输出接口为8个，开关量输出接口为4个。
4.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于还包括无线模块，无线模块的信号传输端口与所述控制部分的信号传输端口相连。
5.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述控制部分检测从输入接口输入的信号为模拟量信号还是开关量信号；若为模拟量信号，控制部分控制模拟量输出接口输出相应的模拟量信号；若为开关量信号，控制部分控制开关量输出接口输出相应的开关量信号。
6.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述控制部分包括STC12C5A16S2芯片U01、TLV5610芯片U02、LTC1867芯片U03、U04、U05、U06、LM324芯片U08、U09、MAX485芯片U18、MAX232芯片U07、74HC373芯片U10、U11、U12、U13，所述输入接口1～8与U03引脚8～1对应连接，所述输入接口9～16与U04引脚8～1对应连接，所述输入接口17～24与U05引脚8～1对应连接，所述输入接口25～32与U06引脚8～1对应连接；U03的11、12、13、14引脚与U01的36、35、30、33引脚对应连接，U04的11、12、13、14引脚与U01的36、35、31、33引脚对应连接，U05的11、12、13、14引脚与U01的36、35、32、33引脚对应连接，U06的11、12、13、14引脚与U01的36、35、34、33引脚对应连接；
所述U02的2、3、4、18引脚与U01的26、27、28、29引脚对应连接，U02的12、13、14、15引脚与U09的12、10、5、3引脚对应连接，U02的6、7、8、9引脚与U08的12、10、5、3引脚对应连接；U08的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口1、2、3、4对应连接，U09的1、7、8、14引脚与所述开关量输出接口5、6、7、8对应连接；
所述U10的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U11的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U12的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接，U13的3、4、7、8、13、14、17、18引脚与U01的4、3、48、47、1、2、9、10引脚对应连接；U10的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口1相连，U11的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口2相连，U12的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口3相连，U13的2、5、6、9、12、15、16、19引脚与所述开关量输出接口4相连；
所述U18的1、3、4引脚分别与U01的42、43、7引脚对应连接，U18的6、7引脚与所述RS485接口相连；U07的9、10引脚与U01的6、8引脚对应连接，U07的7、8引脚与所述RS232接口相连。
7.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述通讯接口与上位机通讯接口或PLC通讯接口相连。
8.根据权利要求1所述模拟工业现场测控装置，其特征在于所述输入接口与传感器的信号输出端口相连，通讯接口与计算机的信号输入端口相连。
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