CN109631609B

CN109631609B - 用于电加热系统的在线检测方法及系统

Info

Publication number: CN109631609B
Application number: CN201811505970.1A
Authority: CN
Inventors: 赵文冲
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: CN109631609A

Abstract

本发明涉及电加热技术领域，公开了一种用于电加热系统的在线检测方法及系统，用以解决数显表无法正确判断温度时，造成电炉温度失控烧坏电炉的问题。在电炉开始升温工作时，检测电炉电流信号，若电炉电流信号正常，启动第一延时计数，并同时检测数显表上限报警信号，若在第一延时计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时计数结束之后，没有检测到数显表上限报警信号，则发出报警进行提示并进入第二延时计数；如果在第二延时计数内能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时计数结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续发出报警进行提示，同时切断电炉总电源。本发明适用于电炉加热系统。

Description

用于电加热系统的在线检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电加热技术领域，特别涉及用于电加热系统的在线检测方法及系统。

背景技术

电加热炉及配套使用的控制系统是一种在工业及实验室中常用的电加热系统，应用广泛，但工作中常因温度传感器和和电力控制器件等原因发生故障，比如当热电偶短路和可控硅击穿时会造成失控，发生超温及烧坏电炉的事故。给使用带来不便，严重时可能造成安全问题和材料的重大损失。

现有技术中，主要依靠控制系统数显表控制温度，但数显表仅具有传感器开路(如断偶保护)功能，只能在传感器烧断(或开路)情况下以关断输出方式进行保护。而当温度传感器(如电偶)出现问题(如连接补偿导线发生短路时，或电偶因故没有放入电炉内时，或热电偶分度号与配套控温数显表分度号不一致，如S分度电偶配用K分度数显表，或电偶极性接反)时，数显表无法正确判断，无任何保护作用，其结果会造成电炉温度失控烧坏电炉的事故。

另一方面，当加热控制部分发生可控硅(或固态继电器)击穿问题时，也会造成失控超温烧坏电炉的问题。

现有技术中有一种保护方法，就是采用数显表的“上限报警”继电器触点进行报警和控制的方法，来避免因控制器件(如可控硅)短路失控引起超温烧坏电炉。但是它对于温度传感器不正常导致的失控问题是无法实现保护的。

以上问题是在实际应用中经常发生的，从目前技术看，除“上限报警”方法在一定范围内有一定的保护作用外，还没有其他好的解决办法，尤其是在线检测方法。

目前对于电加热系统元器件的检测大多采用断电或拆下来用电表的检测方法，即使有在线检测方法，但都比较复杂和费事，比如用示波器或专门设计的测量装置等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种用于电加热系统的在线检测方法及系统，用以解决数显表无法正确判断温度时，造成电炉温度失控烧坏电炉的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种用于电加热系统的在线检测方法，在电炉开始升温工作时，系统执行第一检测；

所述第一检测包括：检测电炉电流信号，若电炉电流信号正常，启动第一延时T1计数，并同时检测数显表上限报警信号，若在第一延时T1计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时T1计数结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，则先发出报警进行提示，然后进入第二延时T2计数；如果在第二延时T2计数结束之前能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时计数T2结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续发出报警进行提示，同时切断电炉总电源；其中，t/T1＜v，v为电炉在低温段的实际升温速率，t为数显表上限温度。

进一步的，为保证电流信号稳定，若电炉电流信号正常，经过延时TO确认稳定之后，再启动第一延时T1计数，其中t/(TO+T1)＜v。

进一步的，为简化系统结构，检测电炉电流信号可通过电流互感器实现；检测数显表上限报警信号可通过数显表内继电器触点通断判断。

进一步的，为了实现电炉控温阶段在线检测，在电炉开机后的控温阶段，系统还可以执行第二检测；

所述第二检测包括：暂时停止电力控制器的工作，同时再检测电炉是否有电流产生，如果没有电流信号，则恢复电力控制器的工作；如果能检测到有电流信号产生，则发出报警提醒用户，同时第二次暂时停止电力控制器的工作操作，若再次确认有电流产生，则切断电炉总电源。

第二方面，本发明还提供了一种用于电加热系统的在线检测系统，包括单片机、电流检测模块、电流上限检测模块、电源分断模块和报警模块；

电流检测模块用于检测电炉开始升温工作时的电炉电流信号，并反馈给单片机；

电流上限检测模块用于检测数显表上限报警信号，并反馈给单片机；

电炉开始升温工作时，单片机用于判断电炉开始升温工作时的电炉电流信号是否正常，若电炉电流信号正常，启动第一延时T1计数，若在第一延时T1计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时T1计数结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，则控制报警模块先发出报警进行提示，然后进入第二延时T2计数；如果在第二延时T2计数结束之前能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时计数T2结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续控制报警模块发出报警进行提示，同时单片机控制电源分断模块切断电炉总电源；其中，t/T1＜v，v为电炉在低温段的实际升温速率，t为数显表上限温度。

进一步的，为保证电流信号稳定，经过单片机延时TO确认稳定之后，再启动第一延时T1计数，其中t/(TO+T1)＜v。

进一步的，电流检测模块可通过电流互感器实现电流检测。

进一步的，电流上限检测模块可通过数显表内继电器触点通断判断上限报警信号。

进一步的，为了实现电炉控温阶段在线检测，本发明用于电加热系统的在线检测系统还包括控制信号分断模块；

在电炉开机后的控温阶段，单片机还可用于控制控制信号分断模块暂时停止电力控制器的工作，同时再检测电炉是否有电流产生，如果没有电流信号，则恢复电力控制器的工作；如果能检测到有电流信号产生，则先发出报警提醒用户，同时单片机第二次发控制控制信号分断模块暂时停止电力控制器的工作操作，若再次确认有电流产生，则单片机控制电源分断模块切断电炉总电源。

本发明的有益效果是：

1、方法简单，可实现在线检测。

每次在电炉刚开始工作的加热升温阶段就能分别判断出测温传感器(如电偶)是否有故障(传感器故障主要是短路，和未放入电炉内，以及传感和测量分度号不一致，及接反)，及电力控制器件(如可控硅)是否击穿故障(电力控制器件影响最大的问题就是击穿短路)。

2、优点，检测及时，能早期发现问题。(而与之相比较，采用数显表上限保护方法只能等电炉温度超过上限保护温度点时才能发现)。

3、其有益的效果是，接线简单易于改造，可应用于工业及实验室中各类大小电炉，对原有系统无影响，二个继电器采用常闭接点接入电路，当装置不使用不通电也不会影响原有系统的工作。平时无需用户操心与参与，出现问题时及时提醒用户，还能自动断电保护电炉，可防患于未然。这是目前现有技术所不俱备的。

附图说明

图1是本发明应用于电加热系统时的结构图。

具体实施方式

本发明的具体构思是：

在线方式检测更具有重要的实际意义，因此本发明的一个重要特点就是在线检测。在电炉通电工作之后就开始进行检测，不需要断电或拆下元件来判断。

本发明每次在电炉刚通电升温阶段，就开始检测温度传感器(是以电炉工作电流信号和数显表的上限报警触点信号为依据判断)是否正常，同时配合对数显表输出的控制信号的通断和检测工作电流的有无，来判断电力控制器件的状态，通过这二方面，对电加热系统的工作状态进行判断，实现在线监测。

本发明的在线检测系统包括单片机、电流检测模块、电流上限检测模块、控制信号分断模块、电源分断模块和报警模块；

其中：

电流检测模块用于检测电炉开始升温工作时的电炉电流信号，并反馈给单片机。电流检测模块可通过电流互感器实现电流检测。

电流上限检测模块用于检测数显表上限报警信号，并反馈给单片机。电流上限检测模块可通过数显表内继电器触点通断判断上限报警信号。

电炉开始升温工作时，单片机用于判断电炉开始升温工作时的电炉电流信号是否正常，若电炉电流信号正常，启动第一延时T1计数，若在第一延时T1计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时T1计数结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，则控制报警模块先发出报警进行提示，然后进入第二延时T2计数；如果在第二延时T2计数结束之前能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时计数T2结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续控制报警模块发出报警进行提示，同时单片机控制电源分断模块切断电炉总电源；其中，t/T1＜v，v为电炉在低温段的实际升温速率，t为数显表上限温度；

本发明在线检测系统进行在线监测的原理如下：

1、温度传感器检测：

系统工作时，当通过电流互感器检测有足够高(90％以上)且持续的电流信号时，说明电炉全功率加热开始(如果始综电流不够90％，会发出提示信号)，此时启动第一个延时T0(如10秒)再次进行判断，如正常，就启动第二延时T1(如30分钟)，开始检测数显表的上限(如200℃)报警信号。

正常情况下，按照电炉本身的升温速率(比如600℃/小时)，在延时时间T1之内，炉温应当能上升到一定温度(如300℃)，因此能提前检测到上限(如200℃)报警信号。如果直到T1延时结束时也没有检测到，说明电炉温度在规定时间内没有升上来，可判断为温度检测传感器异常，先发出第一种报警信号A1(如红色指示灯闪烁提示)提醒用户注意，再经过第二段延时T2再次判断(如10分钟)，如果仍然收不到上限(如200℃)报警信号，就可以再次确认温度传感器有问题，应自动采取断电措施，确保电炉的安全。

以上检测是针对温度传感器(如电偶)工作状态检测(如短路，没有放入炉内，或者是分度号与数显表不一致及极性接板等状态)。这个检测仅在电炉升温的阶段进行一次。本方法是以电炉的正常升温速率为根据来判断的，方法简单有效。

如果需要在高温段再进行一次检测，可从数显表再引入第二报警信号进行判断。

2、电力控制器件检测：

在系统正常工作时，通过短时T3(如2秒)关断数显表输出的加热控制信号，然后再检测电炉的电流信号是否是零，来判断电力控制器件状态。如果此时没有检测到电流信号，就说明电力控制器件正常，没有击穿短路，可以恢复电力控制器的工作。但是如果断开时加热控制信号后仍能检测有电流信号时，说明电力控制器件有击穿短路问题，将有失控情况发生，需要采取保护措施，一方面发出第二种报警A2(如绿色指示灯闪烁信号)进行提示，同时可以采取断电措施确进行保护。

本方法是以电力控制器件在不加控制信号的情况测量有无电流通过来判断的，方法简单有效。并且这个检测过程可在电炉整个工作过程中的任何阶段多次进行，实际应用中可视具体需要进行设置。

实施例

实施例提供一种运用于电加热系统的在线检测系统，如图1所示，包括电流检测模块、电流上限检测模块、报警模块、控制信号分断模块、电源分断模块以及单片机控制器几个部分；其中，电流检测模块通过电流互感器实现电流检测，电流上限检测模块通过数显表内继电器触点通断判断上限报警信号，控制信号分断模块和电源分断模块用两个继电器常闭触点J1，J2实现，单片机控制器由单片机及外围电路实现。

实施例可以实现以下两种检测。

1、第一种检测(传感器)：

当电炉开始升温工作时，有电流信号产生，通过电流互感器检测其大小，当其值达到正常工作电流的90％以上，就可认为有效，经过短时(T0，本例定为10秒)延时确认稳定之后，启动第一延时T1，并同时检测数显表上限报警信号。T1时间要根据电炉升温速率决定(本例定为20分钟)，数显表上限报警温度值t也要根据电炉升温速率决定(本例定为t＝200℃)。

本例中电炉在低温段的实际升温速率v假定为800℃/小时，在设置第一定时T1时间和上限报警温度值t时注意应低于电炉实际升温速率，即t/T1＜v。

正常情况下，在第一延时时间T1结束之前，电炉温度应当超过上限报警温度(t＝200℃)，应能提前检测到数显表的上限报警信号，这样就说明温度传感器工作正常，这时第一检测方式结束。

如果在第一延时时间T1结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，说明温度检测传感器可能不正常，可先发出报警进行提示(红色指示灯闪烁)，然后进入第二延时T2阶段(本例中定为5分钟)再次进行检测。如果在第二延时T2结束之前能检测到上限报警信号，说明温度传感器基本正常，本次检测结束。这种检测是考虑到实际应用中参数配合有一定误差的情况。

反之，如果直到第二延时T2结束之后都没有检测到上限报警信号，说明温度传感器不正常，继续报警(红色指示灯闪烁)提示，同时以继电器J1常闭触点断开的方式，控制电源回路的交流接触器或空气开关，切断电炉总电源进行保护。

本检测方法只在电炉升温阶段进行一次，结束后不再检测。

2、第二种检测：

在电炉开机后的整个控温阶段，当通过互感器H检测到电炉电流信号达到正常值之后，说明数显表可能已经发出控制信号，电炉已经开始加热。经过短时延时T3(本例中定为10秒)进一步确认之后，以继电器J1常闭触点短时T4(本例中定为2秒)断开电力控制器件(可控硅或固态断电器)的控制信号(如数显表发出的移相脉冲信号或直流控制信号)的方式，暂时停止电力控制器的工作，同时再检测电炉是否有电流产生，如果没有电流信号，说明电力控制器件正常受控，没有击穿短路问题，T4结束后以J1接通电力控制器件的控制信号，使其正常工作，第二检测方式结束。

如果在T4之内能检测到有电流信号产生，说明电力控制器件已经击穿短路，完全不受控，这时可先发出报警信号(绿色指示灯闪烁)提醒用户，在经过T5延时(本例中定为5分钟)之后再次确认有电流产生，就通过继电器J2常闭触点分断交流接触器或空气开关，切断电炉总电源进行保护。

本检测方法可安排在电炉工作的任何阶段，次数也可多可少，需要通过设置来决定。

本发明检测部分只需要从系统中取二个信号(一个信号是从加热系统中的数显表取出上限报警信号，触点通断，二线。另一个是用一个电流互感器穿过电炉接线，获得的电炉电流信号二线)，就可完成检测，方法简单，接线方便。

本发明的控制部分只用了二个接入系统的继电器(J1，J2共4线)触点，就实现了加热信号的控制和加热电源的控制，方法同样简单。

另外，本发明在实施时对原有系统没有影响，技术要求不高，在接好8根线后，设置好上限报警温度，接上电源就可以正常使用了，方便快捷实用。

Claims

1.用于电加热系统的在线检测方法，其特征在于，在电炉开始升温工作时，系统执行第一检测；

所述第一检测包括：检测电炉电流信号，若电炉电流信号正常，启动第一延时T1计数，并同时检测数显表上限报警信号，若在第一延时T1计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时T1计数结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，则先发出报警进行提示，然后进入第二延时T2计数；如果在第二延时T2计数结束之前能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时T2计数结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续发出报警进行提示，同时切断电炉总电源；其中，t/T1＜v，v为电炉在低温段的实际升温速率，t为数显表上限温度。

2.根据权利要求1所述的用于电加热系统的在线检测方法，其特征在于，若电炉电流信号正常，经过延时TO确认稳定之后，再启动第一延时T1计数，其中t/(TO+T1)＜v。

3.根据权利要求1所述的用于电加热系统的在线检测方法，其特征在于，检测电炉电流信号通过电流互感器实现。

4.根据权利要求1所述的用于电加热系统的在线检测方法，其特征在于，检测数显表上限报警信号通过数显表内继电器触点通断判断。

5.根据权利要求1所述的用于电加热系统的在线检测方法，其特征在于，在电炉开机后的控温阶段，系统还将执行第二检测；

6.用于电加热系统的在线检测系统，其特征在于，包括单片机、电流检测模块、电流上限检测模块、电源分断模块和报警模块；

电炉开始升温工作时，单片机用于判断电炉开始升温工作时的电炉电流信号是否正常，若电炉电流信号正常，启动第一延时T1计数，若在第一延时T1计数结束之前，提前检测到数显表的上限报警信号，则本次检测结束；如果在第一延时T1计数结束之后，一直没有检测到数显表上限报警信号，则控制报警模块先发出报警进行提示，然后进入第二延时T2计数；如果在第二延时T2计数结束之前能检测到上限报警信号，则本次检测结束，如果直到第二延时T2计数结束之后都没有检测到上限报警信号，则继续控制报警模块发出报警进行提示，同时单片机控制电源分断模块切断电炉总电源；其中，t/T1＜v，v为电炉在低温段的实际升温速率，t为数显表上限温度。

7.根据权利要求6所述的用于电加热系统的在线检测系统，其特征在于，若电炉电流信号正常，经过单片机延时TO确认稳定之后，再启动第一延时T1计数，其中t/(TO+T1)＜v。

8.根据权利要求6所述的用于电加热系统的在线检测系统，其特征在于，电流检测模块通过电流互感器实现电流检测。

9.根据权利要求6所述的用于电加热系统的在线检测系统，其特征在于，电流上限检测模块通过数显表内继电器触点通断判断上限报警信号。

10.根据权利要求6所述的用于电加热系统的在线检测系统，其特征在于，还包括控制信号分断模块；

在电炉开机后的控温阶段，单片机还用于控制控制信号分断模块暂时停止电力控制器的工作，同时再检测电炉是否有电流产生，如果没有电流信号，则恢复电力控制器的工作；如果能检测到有电流信号产生，则先发出报警提醒用户，同时单片机第二次发控制控制信号分断模块暂时停止电力控制器的工作操作，若再次确认有电流产生，则单片机控制电源分断模块切断电炉总电源。