CN202177837U

CN202177837U - 基于dsp的富氧陶瓷窑炉温度控制器

Info

Publication number: CN202177837U
Application number: CN2011202316335U
Authority: CN
Inventors: 陈静; 罗爱军; 袁佑新; 肖纯; 吴雪; 谭思云; 肖义平; 常雨芳
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2011-07-02
Filing date: 2011-07-02
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2021-07-02

Abstract

本实用新型提供的一种基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，该温度控制器主要由依次以线缆连接的热电偶、变送器、微处理器、D/A转换及放大驱动电路、V/I电路和执行器组成，其中：热电偶的工作端置于富氧陶瓷窑炉内部对应检测位置中心；执行器的另一端与富氧陶瓷窑炉的燃气管道上的燃气电磁阀相连。本实用新型能满足富氧陶瓷窑炉温度控制的工艺要求，在整体上提高了富氧陶瓷窑炉温度控制的精度和响应速度，增加了窑炉温度控制系统可靠性，同时具有集成度高和整体成本低等优点。

Description

基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器

技术领域

本实用新型涉及工业窑炉温度控制技术领域，尤其是涉及到一种基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器。

背景技术

我国是陶瓷生产和出口大国，尤其是近年来，我国建筑卫生陶瓷生产量已占到全球总产量的50%以上，出口额占全球总额的20%，日用、艺术陶瓷更是占到国际市场的40%。但同时，我国陶瓷行业存在产品档次低、能耗高、资源利用率低、生产效率低等问题。

在现代陶瓷工业生产中，产品烧成制度包括温度、气氛和压力，而陶瓷窑炉是实现生产工艺中各项烧成制度的关键设备。陶瓷窑炉内部的温度，压力和气氛等被控对象为一阶带纯滞后的大惯性系统，而且具有时变性。其中，温度是陶瓷烧成工艺的重要参数，对窑炉内部温度的控制水平直接影响到产品的质量，以及企业的节能减排。

近年来，国内对陶瓷窑炉温度控制器的研究文献有：韩磊等人在“基于nRF9E5的陶瓷窑炉温度测量系统研究”中采用内部集成增强型51单片机内核的nRF9E5模块，通过RS232接口与PC进行通信，实现了陶瓷窑炉温度无线测量系统；陈平等人在“基于混沌RBF的PID控制在窑炉中的应用”中通过RS485接口实现由PC机和单片机构成的主从温度控制结构，并利用混沌RBF算法对PID控制加以改进，提高了窑炉温度控制的精度。目前检索到的相关的专利有：富氧及全氧燃烧陶瓷辊道窑混合燃烧控制系统（200810048952.5），窑炉温度自动测量记录仪（01216751.7）。

上述文献和专利中提出的方法，能较大程度提高陶瓷窑炉的温度控制水平和自动化程度。然而，其中存在的一些有待于解决问题，也比较突出：这些技术和专利有的虽然控制器结构简单，但控制精度不能完全满足陶瓷生产的工艺要求；有的系统采用PLC实现控制，执行器与PLC控制单元相连，PLC控制单元与上位机通过RS485接口连接组成完整的控制装置，系统的集成度和智能性低，整体成本高，没有自主知识产权。

因此，有必要开发一套低成本、高可靠性、高集成度，并具有自主知识产权的先进富氧陶瓷窑炉温度控制器。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的技术缺陷，并根据富氧陶瓷窑炉对温度控制的要求，提供一种结构简单、处理速度快和性能稳定可靠的富氧陶瓷窑炉温度控制器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：主要由依次以线缆连接的热电偶、变送器、微处理器、D/A转换及放大驱动电路、V/I电路和执行器组成。其中：热电偶的工作端置于富氧陶瓷窑炉内部对应检测位置中心；执行器的另一端与富氧陶瓷窑炉的燃气管道上的燃气电磁阀相连。

所述的热电偶可以采用K型标准热电偶或N型标准热电偶。

所述变送器可以采用两线制电流输出温度变送器。

所述微处理器采用内部设有多路高精度A/D转换模块的微处理器，例如采用DSP微处理器。

所述的热电偶的输出信号经变送器输入到微处理器内置的多路高精度A/D转换模块，完成A/D转换。

所述执行器可以采用电动执行器。

所述微处理器可以通过MODBUS接口与触摸屏连接。

所述触摸屏可以采用嵌入式一体化触摸屏。

本实用新型与现有的窑炉温度控制装置相比，主要有以下的有益效果：

1．采用具有强大数据处理能力和高运行速度的DSP微处理器，明显地提高了数据处理速度，提高了控制装置的实时性。

2．采用触摸屏，界面丰富，工艺参数设置灵活方便。同时，能显示生产工艺流程、测量值、报警信息以及控制量的趋势曲线。

3．采用DSP微处理器，内部集成多路高精度A/D转换模块，集成度高，成本低。

4．采用MODBUS协议，微处理器与上位机、触摸屏均可自由通讯。

总之，本实用新型成本低，集成度高，处理速度快，系统能实时采集窑炉内部温度信号并进行处理，并及时发出控制信号对温度进行调整控制，提高了整个控制装置的实时性。

附图说明

图1是一种基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其结构如图1所示，主要由依次以线缆连接的热电偶、变送器、微处理器、D/A转换及放大驱动电路、V/I电路和执行器组成，其中：热电偶的工作端置于富氧陶瓷窑炉内部对应检测位置中心；执行器的另一端与富氧陶瓷窑炉的燃气管道上的燃气电磁阀相连。由热电偶检测窑炉内部对应点的温度信号，传输至微处理器进行处理，得到的控制信号经过转换和放大后，传输给执行器，由执行器调整对应燃气电磁阀的开度以调节燃气流量，从而实现对窑炉内部温度的控制。

所述的热电偶可以选取K型或N型标准热电偶，用于检测对应烧嘴所在温区的温度，其工作端置于窑炉内部对应检测位置中心，另一端通过线缆与变送器相连，其输出为电压信号。

所述的变送器为两线制电流输出温度变送器，将对应热电偶检测到的温度电压信号转换为4-20mA的电流信号，并传输给DSP微处理器的内置A/D转换模块。

所述的微处理器通过数据线与外部存储器相连，并且通过MODBUS总线接口与触摸屏相连。该微处理器采用DSP芯片，内置有多路高精度A/D转换模块，可以根据控制精度的需要进行选择。

所述的D/A转换及放大驱动电路，是把DSP输出的数字信号转换成模拟信号并进行放大处理。一般情况下，经过D/A转换模块转换得到的模拟信号很微弱，驱动能力有限，需通过放大驱动电路进行放大。该放大驱动电路将D/A转换模块的输出电压放大至0-5V范围内。

所述的外部存储器为外部扩展RAM，为软件仿真运行及数据存储提供扩展存储空间。

所述的V/I电路用于将电压放大驱动电路输出的0-5V电压转换成4-20mA的电流信号，用于控制执行器。

所述的执行器控制驱动阀门的驱动装置，采用电动执行器，与燃气电磁阀相连，通过V/I转换电路输出的电流大小控制电磁阀开度。

所述的触摸屏可以采用嵌入式一体化触摸屏。

利用本实用新型提供的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，对采集到的温度信号直接利用微处理器内部集成的高精度多路A/D模块进行转换，并采用成熟的PID控制算法实现对温度偏差信号的处理，响应速度快。该控制器能满足富氧陶瓷窑炉温度控制的工艺要求，在整体上提高了富氧陶瓷窑炉温度控制的精度和响应速度，增加了窑炉温度控制系统可靠性。同时，该控制器具有集成度高，整体成本低的特点。PID控制器初始参数根据陶瓷产品烧成工艺曲线依据传统参数整定方法确定。

下面以对窑炉中第k个烧嘴对应温区的温度进行控制为例（k=1，2，...，n，n为窑炉内部烧嘴的个数），本实用新型的工作过程如下：

第一步，根据产品烧成工艺曲线温度分布，确定各点的温度给定值TSk，并采用传统参数整定方法确定对应PID控制器的初始参数；

第二步，通过第k个热电偶采集陶瓷窑炉内部的第k个烧嘴对应温区的实时温度信号Tk，由对应温度变送器送入微处理器（DSP微处理器）中；

第三步，微处理器内部的A/D转换模块，将变送器传输的第k路温度信号转换为数字信号，并根据第一步中存储的第k点对应的设定值TS_k，计算该点温度给定值与实时测定值之间的偏差E_k以及偏差变化率EC_k。根据E_i及EC_k采用PID算法控制该点温度的超调、波动等，输出对应的控制信号u_k；

第四步，将微处理器处理后输出的数字量控制信号u_k，经过D/A转换及放大驱动电路转换为模拟量，放大后得到信号U_k；

第五步，利用V/I电路将第四步中放大的电压信号U_k转换成4~20mA的电流信号I_k，并传输给执行器；

第六步，执行器通过调整第k个燃气电磁阀开度调节烧嘴的进气量，使检测点温度与设定温度保持一致。

重复上述第二步至第六步，即可实现对陶瓷窑炉温度的控制。

Claims

1.一种基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是主要由依次以线缆连接的热电偶、变送器、微处理器、D/A转换及放大驱动电路、V/I电路和执行器组成，其中：热电偶的工作端置于富氧陶瓷窑炉内部对应检测位置中心；执行器的另一端与富氧陶瓷窑炉的燃气管道上的燃气电磁阀相连。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述的热电偶采用K型标准热电偶或N型标准热电偶。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述变送器为两线制电流输出温度变送器。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述微处理器采用DSP微处理器。

5.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述的热电偶的输出信号经变送器输入到微处理器内置的多路高精度A/D转换模块，完成A/D转换。

6.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述执行器采用电动执行器。

7.根据权利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述微处理器通过MODBUS接口与触摸屏连接。

8.根据权利要求7所述的基于DSP的富氧陶瓷窑炉温度控制器，其特征是所述触摸屏采用嵌入式一体化触摸屏。