CN202257334U - 一种焦炭热反应性测试自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动控制技术领域，公开了一种焦炭热反应性测试自动控制系统包括输入、输出模块、下位机通讯接口、控制单元；输入模块连接电炉的交流电压、电流、各质量流量计；输出模块连接各质量流量计的控制信号输入端、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器；下位机通讯接口连接温度控制器；控制单元中设置定时器，与输入模块、输出模块、下位机通讯接口连接。在原有焦炭热反应性及反应后强度试验装置上加装本实用新型后，能够实现对加热开关、气体气路的切换以及气体流量调节进行全程控制，对试验结果有重要影响的量进行全过程记录，降低劳动强度，提高试验准确性，并且能够实现多个试验装置集中控制的目的。

Description

一种焦炭热反应性测试自动控制系统

技术领域

 本实用新型涉及自动控制技术领域，主要适用于对焦炭热反应性及反应后强度试验装置进行自动控制。

背景技术

现有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置是按照国家标准GB/T 4000-2008(或之前的标准)的原理设计的。试验过程中，料层温度达到400℃时，以一定流量通N2；达到1050℃时，预热CO2气瓶的出气口；达到1100℃时，切断N2，以一定流量通CO2；反应2小时后，停止加热，切断CO2，以一定流量改通N2至料层温度达到100℃后再关闭N2。

现有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置在实际应用中存在下述技术问题：

1.整个试验过程需要人工来进行加热控制的开关、气体气路的切换以及气体流量的调节。因此，焦炭热反应性及反应后强度试验的加热过程，需要人工全程值守，中途如出现人为疏忽，易影响到试验的准确性。

2.试验过程的温度、气体流量对试验结果有重要影响的量未得到全过程记录，不利于以后的结果分析。

3.多个试验装置不能实现集中控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种焦炭热反应性测试自动控制系统，它具有与原有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置进行连接，利用本实用新型的控制单元对下位机通讯接口和输入模块获取到的控制温度、测量温度、电压、电流、气体流量等数据进行监控和存储，并对温度控制器、各质量流量计、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器进行控制，对试验结果有重要影响的量进行全过程记录从而对加热开关、气体气路的切换以及气体流量的调节进行全程控制，降低劳动强度，提高试验准确性的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种焦炭热反应性测试自动控制系统，包括：输入模块、输出模块、下位机通讯接口、控制单元；

所述输入模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压、电流、各质量流量计的信号输出端连接；

所述输出模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的各质量流量计的控制信号输入端、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器连接；

所述下位机通讯接口与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的温度控制器连接；

所述控制单元中设置有定时器，所述定时器中设置有通气时间，控制单元分别与输入模块、输出模块、下位机通讯接口连接。

对上述基础结构进行改进的技术方案为，还包括上位机通讯接口，所述上位机通讯接口包括第一上位机通讯接口；所述第一上位机通讯接口与所述控制单元连接。

对上述改进方案进行进一步改进的技术方案为，所述上位机通讯接口还包括第二上位机通讯接口；所述第二上位机通讯接口与所述控制单元连接。

对上述方案进行再进一步改进的技术方案为，所述定时器中还设置有接收上位机指令的时间。

对上述方案进行优选的技术方案为，所述输入模块为模拟输入模块，包括：模数转换子模块、电压变送器、电流变送器；

所述模数转换子模块分别与所述电压变送器的输出端、电流变送器的输出端、各质量流量计的信号输出端连接；电压变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压连接；电流变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的电流连接。

对上述方案进行进一步优选的技术方案为，所述输出模块包括：模拟量输出模块和数字量输出模块；

所述模拟量输出模块包括：第一光电隔离电路和数模转换子模块；所述控制单元经所述光电隔离电路连接所述数模转换子模块，数模转换子模块的输出端连接各质量流量计的控制信号输入端；

所述数字量输出模块包括：第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器；所述控制单元输出端与所述第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器顺序连接，各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别接入继电器。

本实用新型的有益效果在于：

1.通过在原有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置上加入本实用新型，利用本实用新型的控制单元对下位机通讯接口和输入模块获取到的控制温度、测量温度、电压、电流、气体流量等数据进行监控和存储，并对温度控制器、各质量流量计、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器进行控制，从而解决了现有技术中存在的整个试验过程需要人工来进行加热控制的开关、气体气路的切换以及气体流量的调节的问题，降低了劳动强度，节省人力，提高了试验准确性；并且还解决了现有技术中存在的试验过程的温度、气体流量等对试验结果有重要影响的量未得到全过程记录，不利于以后的结果分析的问题。

2.本实用新型通过设置上位机通讯接口，使得获取的数据信息能够传送给上位机进行管理，并将上位机的控制命令下发至各执行终端。

3.本实用新型的上位机通讯接口包括第一上位机通讯接口和第二上位机通讯接口。其中，第一上位机通讯接口可以使本实用新型直接与上位机进行连接；第二上位机通讯接口是用于，当有多个焦炭热反应性及反应后强度试验装置时，每个焦炭热反应性及反应后强度试验装置连接一个本实用新型，此时，各个试验装置所连接的各个本实用新型之间，能够通过第二上位机通讯接口相互连接，从而组成焦炭热反应性测试自动控制网络，然后由上位计算机进行集中分布式控制，实现一台计算机（上位机）对多个试验装置进行监控的目的，从而解决现有技术中存在的多个试验装置不能实现集中控制的问题。

4.本实用新型由于具有下位机通讯接口，可与国家标准GB/T 4000-2008中要求的温度控制器进行通讯以设置和获取控制温度、测量温度及其它参数。

5.本实用新型具有的模拟输出模块可以控制外部的质量流量计来实现对试验过程中的二氧化碳和氮气气体的流量进行控制。

6.本实用新型具有的数字量输出模块可以对电炉加热回路的启动和停止进行计算机远程控制，可以实现气体气路的切换，实现二氧化碳气瓶口的预热控制，以及实现声光报警的控制。

7.本实用新型具有自动从站主站切换功能，不依赖于上位机的控制指令，当上位机出现异常故障，不能在控制单元的定时器规定的时间内与本控制单元通讯时，可自动切换为控制主站，控制试验流程，避免上位计算机故障导致的试验失效问题。

8.本实用新型在应用时，可降低工作人员的劳动强度，提高工作效率和试验过程的一致性，避免人工值守疏忽造成的试验结果偏差。

9.直接在原有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置上加入本实用新型，不仅实现了试验过程的集中自动控制，而且设备结构紧凑，价格经济。

在原有的焦炭热反应性及反应后强度试验装置上加装本实用新型，利用本实用新型的控制单元对试验过程中的控制温度、测量温度、电压、电流、气体流量等信息进行监控和存储，并对温度控制器、各质量流量计、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器进行控制，从而对加热开关、气体气路的切换以及气体流量的调节进行全程控制，对试验结果有重要影响的量进行全过程记录，降低了劳动强度，提高了试验准确性，并且能够实现多个焦炭热反应性及反应后强度试验装置集中控制的目的。其结构简单，易于组建，使用效果好，适于推广应用。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的焦炭热反应性测试自动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的焦炭热反应性测试自动控制系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

参考图1所示的本实用新型实施例的结构示意图可知，本实用新型提供的焦炭热反应性测试自动控制系统1包括：输入模块、输出模块、第一通讯接口和控制单元。其中，输入模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压、电流、各质量流量计的信号输出端连接；输出模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的各质量流量计的控制信号输入端、各气路电磁阀2、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器连接；第一通讯接口与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的温度控制器连接；控制单元分别与输入模块、输出模块、下位机通讯接口连接。

对于输入模块，优选的，采用模拟输入模块，包括多路模数转换子模块、电压变送器、电流变送器。电压变送器的输出端、电流变送器的输出端、各质量流量计的信号输出端分别与多路数模转换子模块的输入端连接；电压变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压连接；电流变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的电流连接。其中，多路模数转换子模块可以采用模数转换芯片，或者是具备MCU集成的模数转换功能电路。

对于输出模块，优选的，包括：模拟量输出模块和数字量输出模块。其中，模拟量输出模块输出端连接各质量流量计的控制信号输入端。模拟量输出模块具备第一光电隔离电路和数模转换子模块（数模转换芯片）。数字量输出模块的输出端与各气路电磁阀2、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别连接。数字量输出模块具备第二光电隔离电路、输出驱动电路和继电器，其中，继电器具备常开常闭结点。

为实现场控制系统对本实用新型的监控和管理，在上述结构上，还可以设置上位机通讯接口。包括：第一上位机通讯接口，可采用上位机RS232通讯接口作为第一上位机通讯接口。还可以进一步的包括：第二上位机通讯接口，如采用上位机RS485通讯接口作为第二上位机通讯接口。其中，第一上位机通讯接口可以使本实用新型的控制单元直接与上位机进行连接。第二上位机通讯接口是用于，当有多个焦炭热反应性及反应后强度试验装置时，每个焦炭热反应性及反应后强度试验装置连接一个本实用新型提供的焦炭热反应性测试自动控制系统，此时，各个试验装置所连接的各个焦炭热反应性测试自动控制系统之间，能够通过第二上位机通讯接口相互连接，从而组成焦炭热反应性测试自动控制网络，然后由上位计算机进行集中分布式控制，从而解决现有技术中存在的多个试验装置不能实现集中控制的问题。

为使本实用新型提供的焦炭热反应性测试自动控制系统能够具备自动从站主站切换功能，当上位机出现异常故障，可自动切换为控制主站，控制试验流程，在控制单元中设置定时器。

在运行过程中，控制单元对符合自己地址要求的上位机指令进行解析后执行相应的功能。如：发送指令到温度控制仪表、采样电压电流和流量、调节模拟量输出控制气体流量、开关数字量输出控制继电器开关。同时，控制单元对试验流程进行判断，达到相应的流程条件后进行相应的功能输出。控制单元判断在定时器规定的时间内未收到上位机指令，则自动转换为本控制器控制试验流程的主控模式，上位机的主站功能取消，控制单元相对温度控制仪表变为主站，当再次收到可靠的上位计算机指令后，控制器恢复从站功能。

本实施例中采用MCU（微控制器）作为控制单元；采用RS485通讯芯片和第三光电隔离电路组建下位机通讯接口，与图中所示的具有RS485通讯接口的温度控制仪表通过RS-485总线进行通讯，以设置和获取控制温度、测量温度及其它参数；采用RS485通讯芯片、RS232通讯芯片和第四光电隔离电路组建上位机通讯接口。模拟输入模块、模拟输出模块、数字量输出模块与MCU微控制器的I/O引脚相连，下位机RS485通讯接口、上位机RS232通讯接口、上位机RS485通讯接口分别与MCU微控制器的两个异步串行接口相连。上位机通讯接口RS232与计算机连接可以实现计算机对单台试验装置的监控，如上位机通讯接口RS485与其它本实用新型的上位机通讯接口RS485相连，并通过RS232/RS485转换器与计算机连接则可实现单台计算机对多个试验装置的集中监控。模拟输入模块通过交流电压变送器实现对电炉加热电压信号的采集；通过交流电流变送器实现对电炉加热电流信号的采集；还可采集气体质量流量计的气体流量信号。模拟输出模块输出电压或电流信号控制质量流量计的气体流量大小。数字量输出模块中的继电器的一常开结点和一常闭结点可串入电炉启动和停止控制的接触器控制回路中，实现计算机远程控制电炉主回路的启动和停止；继电器的常开结点可串入电磁阀2的控制回路实现对气体气路的切换控制；继电器的常开结点可串入CO₂气瓶口的预热回路中实现对CO₂气瓶口预热的控制；继电器的常开结点可串入声光报警的控制回路中实现重要事件的声光报警。

本装置的工作过程是：试验开始时，计算机命令经本实用新型提供的焦炭热反应性测试自动控制系统控制串入电炉主回路的继电器常开结点闭合实现电炉主回路电源启动，同时计算机经本控制器向温度控制仪表发出开始加热升温的指令。然后，计算机经本控制器定时采集温度仪表的控制温度和测量温度信号、电炉的交流电压电流信号、质量流量计的气体流量信号，同时本控制器也不断判断测量的温度信号是否符合试验的工艺流程要求。当测量温度达到400℃，本控制器驱动数字量输出模块继电器打开N₂气路电磁阀，同时通过模拟输出模块控制N₂质量流量计的气体流量大小。当温度达到1050℃时，本控制器通过驱动数字量输出模块继电器打开CO₂气瓶口的预热装置。当温度达到1100℃时，驱动数字量输出模块继电器切断N2气路电磁阀，打开CO₂气路电磁阀，通过模拟输出模块控制CO₂质量流量计的气体流量大小，同时起动MCU的通气定时器。定时时间到后，再切换回开N₂气路，并控制气体流量，同时驱动电炉主回路的继电器常闭结点关闭电炉加热回路，并向温度仪表发停止加热指令。温度降到100℃时，驱动数字量输出模块继电器切断N₂气路电磁阀。

试验过程中，上位计算机可经由本控制器记录下控制温度信号、测量温度信号以及涉及试验工艺要求的关键信号。在关键的工艺步骤或者出现异常时，数字量输出模块可驱动声光报警装置实现报警。本控制器在一定时间内未收到上位机指令，则自动转换为控制单元对试验流程进行控制的主控模式，上位机的主站功能取消，控制单元相对温度控制仪表变为主站，当再次收到有效的上位计算机指令后，控制单元恢复从站功能。

如果多个本实用新型连接成RS485网络，则可为各个本实用新型设置不同的网络地址，以便上位计算机区分不同的试验装置。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，包括：输入模块、输出模块、下位机通讯接口、控制单元；

所述输入模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压、电流、各质量流量计的信号输出端连接；

所述输出模块分别与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的各质量流量计的控制信号输入端、各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器连接；

所述下位机通讯接口与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的温度控制器连接；

所述控制单元中设置有定时器，所述定时器中设置有通气时间，控制单元分别与输入模块、输出模块、下位机通讯接口连接。

2.如权利要求1所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，还包括：上位机通讯接口，所述上位机通讯接口包括第一上位机通讯接口；所述第一上位机通讯接口与所述控制单元连接。

3.如权利要求2所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述上位机通讯接口还包括第二上位机通讯接口；所述第二上位机通讯接口与所述控制单元连接。

4.如权利要求2或3所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述定时器中还设置有接收上位机指令的时间。

5.如权利要求1至3中任意一项所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输入模块为模拟输入模块，包括：模数转换子模块、电压变送器、电流变送器；

所述模数转换子模块分别与所述电压变送器的输出端、电流变送器的输出端、各质量流量计的信号输出端连接；电压变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压连接；电流变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的电流连接。

6.如权利要求4所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输入模块为模拟输入模块，包括：模数转换子模块、电压变送器、电流变送器；

所述模数转换子模块分别与所述电压变送器的输出端、电流变送器的输出端、各质量流量计的信号输出端连接；电压变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的交流电压连接；电流变送器的输入端与焦炭热反应性及反应后强度试验装置中的电炉的电流连接。

7.如权利要求1至3中任意一项所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输出模块包括：模拟量输出模块和数字量输出模块；

所述模拟量输出模块包括：第一光电隔离电路和数模转换子模块；所述控制单元经所述光电隔离电路连接所述数模转换子模块，数模转换子模块的输出端连接各质量流量计的控制信号输入端；

所述数字量输出模块包括：第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器；所述控制单元输出端与所述第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器顺序连接，各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别接入继电器。

8.如权利要求4所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输出模块包括：模拟量输出模块和数字量输出模块；

所述模拟量输出模块包括：第一光电隔离电路和数模转换子模块；所述控制单元经所述光电隔离电路连接所述数模转换子模块，数模转换子模块的输出端连接各质量流量计的控制信号输入端；

所述数字量输出模块包括：第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器；所述控制单元输出端与所述第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器顺序连接，各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别接入继电器。

9.如权利要求5所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输出模块包括：模拟量输出模块和数字量输出模块；

所述模拟量输出模块包括：第一光电隔离电路和数模转换子模块；所述控制单元经所述光电隔离电路连接所述数模转换子模块，数模转换子模块的输出端连接各质量流量计的控制信号输入端；

所述数字量输出模块包括：第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器；所述控制单元输出端与所述第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器顺序连接，各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别接入继电器。

10.如权利要求6所述的焦炭热反应性测试自动控制系统，其特征在于，所述输出模块包括：模拟量输出模块和数字量输出模块；

所述模拟量输出模块包括：第一光电隔离电路和数模转换子模块；所述控制单元经所述光电隔离电路连接所述数模转换子模块，数模转换子模块的输出端连接各质量流量计的控制信号输入端；

所述数字量输出模块包括：第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器；所述控制单元输出端与所述第二光电隔离电路、输出驱动电路、继电器顺序连接，各气路电磁阀、二氧化碳加热器、电炉加热启动及停止接触器、声光报警器分别接入继电器。

Images