CN115307761B - 运动热带钢的温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运动热带钢的温度监测系统，所述温度监测系统包括可编程逻辑控制器、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准运动热带钢的检测位接近开关。所述可编程逻辑控制器被设置为与所述信号采集电路电连接，以构建用第二温度数据为变量且用第一温度数据为函数值的线性函数模型，并将第三温度数据作为新变量代入所述线性函数模型，计算得到运动热带钢的温度。本发明运动热带钢的温度监测系统，解决了现有测温手段中，运动热带钢运动速度过高难以检测、运动热带钢本身反射性强以及外界光源和热源等测试环境干扰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及辐射高温测定法技术领域，具体来讲，涉及一种运动热带钢的温度监测系统。
背景技术
目前对于运动热带钢温度的检测主要有三种方法：第一种是多波长红外温度计，精度高但价格昂贵，且不适合测量300℃以下的物体；第二种是感温贴纸，需要手动将贴纸粘在运行的带钢上，操作不便有危险，而且检测精度较差，也不能够实现连续测量，还会对涂层表面形成损伤；第三种属于非直接检测，比如钝化涂层工艺中，通过使用热电偶检测烘箱中气体的温度来间接估算烘干后带钢的温度，精度差，非常依赖于操作工的经验。
公开号为CN205077112U、公开日为2016.03.09的实用新型专利采用了测温辊，测温辊的内部设有至少一个接触式高温温度检测仪，该接触式高温温度检测仪的测温末端设置在测温辊的表面，因此当该测温辊不断滚动时，接触式高温温度检测仪的测温末端可以不断接触带钢，以获取温度数据。该专利的测温方法需要不断接触带钢，操作不便且对涂层表面易造成损伤。此外，这种辊测法，辊子本身具有较大热容量，会影响检测值的响应速度。另外，如果温度检测仪直接接触带钢的话，会对带钢产生磨损。
公开号为CN211013255U、公开日为2020.07.14的实用新型专利利用连接底板，在放置带钢的带钢表面形成一片阴影区域遮挡住外部热辐射，在冷却盘管内部通入大量冷却液或冷却水进行循环冷却，降低了冷却盘管和连接底板自身的温度，进而降低了冷却盘管和连接底板自身对带钢的热辐射，有效地降低带钢热辐射对红外测温仪的干扰，提高测温的精确度。该专利未考虑到生产现场存在较多的光线、热源等对测温的干扰以及该专利不能实现温度的连续检测。
公开号为CN216846565U、公开日为2022.06.28的中国实用新型专利提供了一种辊压破碎区高温钢渣的红外测温装置，包括高温针孔红外热像仪、水冷保护罩、支撑装置、红外透过镜片、固定连接点、支腿、自动进退装置、上部罩及冷却和吹扫系统，所述高温针孔红外热像仪一端固接在水冷保护罩的内顶部，所述水冷保护罩侧壁通过固定连接点固接于支腿一端，所述支腿另一端可移动的与自动进退装置连接，所述水冷保护罩通过支腿在自动进退装置的驱动下沿垂直方向上下移动，自动进退装置固定于上部罩上部。该装置不适用于测定高速运动高温热带钢，也并未涉及利用接触式测温和非接触式测温共同协作测量的相关内容。
发明内容
发明人经分析发现：对于运动热带钢进行温度检测，不适用接触式测温，接触式测温会给运动热带钢涂层带来损伤。检测方法应该是非接触式的，但如果使用普通的红外温度计，因为生产现场存在较多的光线、热源等干扰，加之被测运动热带钢反光性强，无法实现准确的温度测量。在实验室环境下，通过搭建实验装置，同时使用热电偶和红外测温仪对运动热带钢标定样进行测温，发现2个温度值之间有稳定的线性函数关系，通过信号采集电路接收所述红外测温仪在所述检测位接近开关下测得的第三温度数据，并将该第三温度数据作为新参数代入所述线性函数，计算得到运动热带钢的温度。
本发明提供了一种运动热带钢的温度监测系统，所述温度监测系统包括可编程逻辑控制器、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准运动热带钢的检测位接近开关，其中，所述标定样具有与所述运动热带钢相同的规格，且被静止地设置在所述运动热带钢的邻近位置；所述热电偶贴合设置在所述标定样背离所述运动热带钢的表面上，以获得第一温度数据。
所述红外测温仪可拆卸地设置在步进电机的所述滑台上，所述滑台能够被步进电机驱动器驱动，以带动红外测温仪在所述标定位接近开关与所述检测位接近开关之间往复运动，从而相应获得第二温度数据和第三温度数据。
所述信号采集电路被设置为与所述热电偶和所述红外测温仪连接，以分别获得所述第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据。
所述可编程逻辑控制器被设置为与所述信号采集电路电连接，以构建用第二温度数据为变量且用第一温度数据为函数值的线性函数模型，并将第三温度数据作为新变量代入所述线性函数模型，计算得到运动热带钢的温度。
本发明有益效果包括以下内容中的至少一项：
（1）本发明运动热带钢的温度监测系统，解决了现有测温手段中，运动热带钢运动速度过高难以检测、运动热带钢本身反射性强以及外界光源和热源影响的问题。
（2）本发明运动热带钢的温度监测系统实现了在非接触、快速响应以及精度高测温方面的应用。
（3）本发明运动热带钢的温度监测系统利用光照强度检测器，精度高，易于实现不受自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化以及表面反光情况等的影响。
（4）本发明运动热带钢的温度监测系统实现在线不间断测温，进一步的，可以实现运动热带钢的温度闭环控制，提高工艺温度稳定性，进而产品的质量就更稳定。进一步，在本申请的基础上实现运动热带钢的闭环控制，有助于加热系统的节能降耗。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明运动热带钢温度监测系统的一个示例性实施例的电气控制原理示意图；
图2示出了本发明的一个示例性实施例在不同光照强度下的第一温度数据与第二温度数据的关系图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，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，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的第一示例性实施例中，运动热带钢的温度监测系统可以由可编程逻辑控制器（亦可称为PLC）、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪（可简称为红外测温）、标定样、对准标定样的标定位接近开关、对准运动热带钢的检测位接近开关、以及光照强度检测器构成。这里，作为待测对象的运动热带钢（亦可称为带钢），其运动速度较高，例如，可以为70m/min~200m/min，甚至更高；其温度较高，例如，可以为50℃~400℃，进一步可以为90℃~300℃；且通常会出现表面反光的问题。
具体来讲，标定样可被设置为具有与所述运动热带钢相同的规格，例如，标定样的材质、表面粗糙度、厚薄尺寸、平整度等参数中的一项或两项以上被设置为与运动热带钢相同；且标定样可被静止地设置在所述运动热带钢的邻近位置。这里，“静止”是相对于运动热带钢的“运动”而言的。优选地，标定样可被设置为沿与所述运动热带钢的被测平面平行的面铺设。所述邻近位置可以为靠近运动热带钢且不接触的位置，例如，与运动热带钢平行且距离大于0且不大于5mm的位置。
热电偶可被贴合设置在所述标定样背离所述运动热带钢的表面上，以获得第一温度数据。基于热电偶的特点以及贴合设置的方式，该第一温度数据能够非常准确的表征标定样的所述表面的温度。进一步优选地，该第一温度数据还可以为由温度值与测定时刻（即获得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对。这里，光照强度可以由光照强度检测器获得并提供。此外，这里的“数据对”更侧重数据结构的概念，其组合或构建可由PLC或信号采集电路实现，当然，也可通过带有数据处理模块的热电偶或光照强度检测器实现。
红外测温仪（例如，非接触式）被可拆卸地设置在步进电机的所述滑台上，且能够随所述滑台的移动而移动。优选地，所述滑台被设置为具有与所述运动热带钢的被测平面平行地移动方向。
所述滑台被设置为能够被步进电机驱动器驱动，以带动红外测温仪在所述标定位接近开关与所述检测位接近开关之间往复运动，从而获得相应获得第二温度数据和第三温度数据。也就是说，第二温度数据对应于红外测温仪位于标定位接近开关处的温度，即相应时刻标定样的红外温度值；第三温度数据对应于红外测温仪位于检测位接近开关处的温度，即相应时刻运动热带钢的红外温度值。进一步优选地，该第二温度数据还可以为由温度值与测定时刻（即获得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对。同理，该第三温度数据还可以为由温度值与测定时刻（即获得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值与获得该温度值的时刻运动热带钢的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻运动热带钢的光照强度构成的数据对。这里，光照强度可以由光照强度检测器获得并提供。此外，这里的“数据对”更侧重数据结构的概念，其组合或构建可由PLC或信号采集电路实现，当然，也可通过带有数据处理模块的红外测温仪或光照强度检测器实现。此外，标定位接近开关和/或检测位接近开关也可被设置为直接与所述可编程逻辑控制器连接，从而便于更有助于准确划分第二温度数据和第三温度数据。
光照强度检测器可被设置为能够检测所述标定样和/或所述运动热带钢的实时光照强度，并将该实时光照强度提供至可编程逻辑控制器。在光照强度检测器仅检测所述标定样或所述运动热带钢的实时光照强度的情况下，其将该实时光照强度提供至PLC；在光照强度检测器同时检测所述标定样与所述运动热带钢的实时光照强度的情况下，其将两个实时光照强度检测值的算数平均值或几何平均值提供至PLC。
所述信号采集电路可被设置为与所述热电偶和所述红外测温仪连接，以分别获得所述第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据。所述可编程逻辑控制器可被设置为与所述信号采集电路电连接，以构建用第二温度数据作为变量且用第一温度数据作为函数值的线性函数模型，并且PLC还被设置为能够根据所述实时光照强度调整所述线性函数模型的截距值，以及将第三温度数据作为新变量代入所述线性函数模型，计算得到并输出运动热带钢的温度。这里，所述“截距值”即为以第一温度数据为纵坐标，且以第二温度数据为横坐标的情况下，构建的线性函数的纵轴截距值。此外，所述可编程逻辑控制器还可进一步被设置为与所述步进电机驱动器电连接，且能够向所述步进电机驱动器发送脉冲信号和方向信号，从而更有助于实现驱动器的周期性动作。另外，可编程逻辑控制器也可以与信号采集电路一体化集成设置，本发明不限于此。
图1示出了可作为本示例性实施例的电气控制原理示意图，其体现了PLC、信号采集电路、步进电机驱动器、步进电机、接近开关（包括检测位接近开关和标定位接近开关，图中未示出）、热电偶、红外测温仪的信号传输和控制关系。
此外，可采用如下方式来操作本示例性实施例，然而，本发明不限于此：
（1）系统开始工作后，PLC发送脉冲信号（PWM信号）和方向信号（DIR信号）给步进电机驱动器（例如，伺服驱动器），使其驱动步进电机旋转，滑台（例如，丝杠滑台）将电机的旋转转换为直线运动，将红外测温仪向标定样的标定位移动。在红外测温仪向标定位移动过程中，标定位接近开关信号会感应到红外测温仪，并向PLC反馈红外测温仪移动到位的信号，PLC即停止步进电机的转动，红外测温仪停止在标定样的标定位。
（2）红外测温仪在标定位停留5秒，在此期间，PLC通过信号采集电路，检测标定样的温度，包括接触式热电偶测得的温度Yi（属于第一温度数据）和非接触式红外测温仪测得的温度Xi（属于第二温度数据）；然后PLC再使用测得的多组数据对构建Y=aX+b线性函数模型，该模型中的截距值b根据不同的光照强度进行标定。图2示出了示例性实施例在不同光照强度下的第一温度数据与第二温度数据的关系图。通过图2可以看出，第一温度数据和第二温度数据所构成的线性函数模型中，斜率a基本维持不变，并且可以根据光照强度确定相应的截距值b。
（3）5秒时间结束，PLC通过步进电机驱动器控制步进电机，再驱动滑台，使红外测温仪向设置在运动热带钢处的检测位移动。在移动过程中，红外测温仪被检测位接近开关感应到，检测位接近开关会向PLC反馈红外测温仪移动到检测位的信号。PLC即停止步进电机，让红外测温仪停止在检测位。
（4）PLC通过信号采集电路，检测运动热带钢的温度，这里只有红外测温仪的数据（属于第三温度数据），在对红外测温仪的数据进行平滑滤波后，再将该第三温度数据作为变量带入Y=aX+b模型公式，计算出运动热带钢的实际温度。
（5）重复以上步骤，实现运动热带钢的连续、非接触的测温。
对于同一组光照强度，步骤（1）至步骤（4）可以循环一次，对于多组不同的光照强度，步骤（1）至步骤（5）可以循环测多次。
在本发明的第二示例性实施例中，运动热带钢的温度监测系统可以由可编程逻辑控制器、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准运动热带钢的检测位接近开关构成。该第二示例性实施例与第一示例性实施例的主要差别在于不含有光照强度检测器。发明人经过多次检验和统计分析，发现第一示例性实施例的检测精度高于第二示例性实施例的检测精度，例如，第一示例性实施例的检测温度的误差值可小于1℃，甚至小于0.5℃；而且第一示例性实施例的技术方案相对于第二示例性实施例而言，更易于实现不受自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化以及表面反光情况等的影响。
在本发明的第三示例性实施例中，运动热带钢的温度监测系统可在第一示例性实施例或第二示例性实施例的构造基础上，进一步包括触摸屏。该触摸屏可被设置为与所述可编程逻辑控制器连接，并能够进行参数设置以及数据和状态显示，从而便于对诸如步进电机驱动器的运动周期参数、光照强度与截距值关系参数、构成线性函数模型的数据量参数等的设定和调整，也便于输出和显示运动热带钢的检测结果温度和系统正常与否等情况。
在本发明的第四示例性实施例中，运动热带钢的温度监测系统可在第一示例性实施例或第二示例性实施例的构造基础上，进一步包括供电电路。该供电电路可被设置为与所述可编程逻辑控制器、所述步进电机驱动器和所述信号采集电路中的一个或两个以上连接，从而便于为相关器件单元提供电力。
本发明的第五示例性实施例中，运动热带钢的温度监测系统可在第一示例性实施例或第二示例性实施例的构造基础上，进一步包括基板。该基板可被设置为能够集成安装并支撑所述步进电机、所述热电偶、所述红外测温仪、所述标定样、所述标定位接近开关、以及所述检测位接近开关中的一个或两个以上，从而有助于相关器件单元的集成化构建，也有助于相关器件单元的合理布局和设计。此外，所述运动热带钢的温度监测系统还可进一步包括电气控制箱，所述电气控制箱可被设置为能够容纳除所述步进电机、所述标定位接近开关、所述检测位接近开关、所述热电偶和所述红外测温仪之外构件中的一个或两个以上，从而更有利于保护相关器件单元免受外界不良环境影响。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述温度监测系统包括可编程逻辑控制器、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准运动热带钢的检测位接近开关，其中，
所述标定样具有与所述运动热带钢相同的规格，且被静止地设置在所述运动热带钢的邻近位置；所述热电偶贴合设置在所述标定样背离所述运动热带钢的表面上，以获得第一温度数据；
所述红外测温仪可拆卸地设置在步进电机的所述滑台上，所述滑台能够被步进电机驱动器驱动，以带动红外测温仪在所述标定位接近开关与所述检测位接近开关之间往复运动，从而相应获得第二温度数据和第三温度数据；
所述信号采集电路被设置为与所述热电偶和所述红外测温仪连接，以分别获得所述第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据；
所述可编程逻辑控制器被设置为与所述信号采集电路电连接，以构建用第二温度数据为变量且用第一温度数据为函数值的线性函数模型，并将第三温度数据作为新变量代入所述线性函数模型，计算得到运动热带钢的温度；所述运动热带钢的温度监测系统还包括被设置为能够检测所述标定样和/或所述运动热带钢的实时光照强度，并将该实时光照强度提供至可编程逻辑控制器的光照强度检测器；
所述运动热带钢的温度监测系统还包括触摸屏，所述触摸屏被设置为与所述可编程逻辑控制器连接并能够进行参数设置以及数据和状态显示。
2.根据权利要求1所述的运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还被设置为与所述步进电机驱动器电连接，且能够向所述步进电机驱动器发送脉冲信号和方向信号。
3.根据权利要求1所述的运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述运动热带钢的温度监测系统还包括供电电路，所述供电电路被设置为与所述可编程逻辑控制器、所述步进电机驱动器和所述信号采集电路中的一个或两个以上连接。
4.根据权利要求1所述的运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述标定位接近开关和/或所述检测位接近开关还被设置为直接与所述可编程逻辑控制器连接。
5.根据权利要求1所述的运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述运动热带钢的温度监测系统还包括基板，所述基板被设置为能够集成安装并支撑所述步进电机、所述热电偶、所述红外测温仪、所述标定样、所述标定位接近开关、以及所述检测位接近开关中的一个或两个以上。
6.根据权利要求1或3中所述的运动热带钢的温度监测系统，其特征在于，所述运动热带钢的温度监测系统还包括电气控制箱，所述电气控制箱被设置为能够容纳除所述步进电机、所述标定位接近开关、所述检测位接近开关、所述热电偶和所述红外测温仪之外构件中的一个或两个以上。
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