CN202748291U

CN202748291U - 流化床多点压差数据采集系统

Info

Publication number: CN202748291U
Application number: CN 201220422573
Authority: CN
Inventors: 黄丹平; 曾涛; 林海波
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-24

Abstract

本实用新型公开了一种流化床多点压差数据采集系统，所述微压差传感器通过电磁阀组采集压差测量点的信号，所述微压差传感器通过模块化仪器接口电路将信号处理转换为标准直流电压后与信号处理单元电路连接，信号处理单元的一输出端通过A/D转换与ARM单片机的输入端相连，ARM单片机与温度控制系统电路连接，ARM单片机的一输出端与压差值显示单元的输入端相连；信号处理单元通过并行接口与数据采集卡电路连接，数据采集卡的输出端与上位机的输入端相连；所述过压差保护控制系统和温度控制系统的控制端设于上位机中。该测试系统实现了系统集成化，减少原测试系统出现故障的几率，节约系统维护时间和费用，提高测试稳定性和通用性，测量精度高达到0.01％。

Description

流化床多点压差数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种流化床多点压差数据采集系统，属于数据采集系统技术领域。

背景技术

气固流化床是高效气固接触技术必用的机床，在工业上应用广泛。在流化床中，颗粒浓度的变化将影响其工作效率。流化床在纵向上的压力差范围较小，其测量范围为：0～500mmH₂0（mmH₂0是毫米水柱，为压强单位），对流化床纵向的压差测量，将间接反映流化床在纵向上的浓度分布情况。

目前，测量流化床压差常采用小压差传感器对每个压差进行测量，该测量方法存在以下不足：

1、当测试系统的温度偏高时，现有测量系统稳定性受到极大的影响；

2、现场电磁辐射对测试电路影响较大；

3、现有测试系统不能进行现场读数，更不能进行读数后的相应操作，由于不能够直观的读数，因此测量结果不能够及时掌控，一旦测量过程受到干扰，将影响其稳定性和可靠性；

4、当压力值偏高时，现有测量系统没有对测量单元实施保护的功能，极易损坏传感器的测量单元；

5、现有测试系统可变性差，若改变测压点将重新测量，需要大量的人工投入；

6、现有测试系统需要外加7～10V的直流电源，增加外援供电设备，增加成本投入；

7、现有测试系统不能满足实时在线要求，不能同时显示多个压差点值，不利于对流化床实时操作控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种流化床多点压差数据采集系统，主要解决现有测试装置以下问题：

1、温度对测试系统影响；

2、现场电磁辐射对测试电路的影响；

3、对多点流化床压差值不能实现实时显示和存储功能；

4、压差过高对检测元件带来的损坏；

5、现场安装不便；

6、需要外援供电设备；

7、不能满足实时在线要求，不能同时显示多个压差点值，不利于对流化床实时操作控制；从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现：一种流化床多点压差数据采集系统，包括压差测量点、电磁阀组、微压差传感器、流化床压差测量仪、数据采集卡和上位机，所述微压差传感器通过电磁阀组采集压差测量点的信号，所述流化床压差测量仪包括模块化仪器接口电路、信号处理单元、ARM单片机、压差值显示单元、压差保护控制系统和温度控制系统，所述微压差传感器通过模块化仪器接口电路将信号处理转换为标准直流电压后与信号处理单元电路连接，信号处理单元的一输出端通过A/D转换与ARM单片机的输入端相连，ARM单片机与温度控制系统电路连接，ARM单片机的一输出端与压差值显示单元的输入端相连；信号处理单元通过并行接口与数据采集卡电路连接，数据采集卡的输出端与上位机的输入端相连；所述过压差保护控制系统和温度控制系统的控制端设于上位机中。

作为一种优选方式，所述流化床压差测量仪还包括与ARM单片机电路连接冗余电源单元。

作为进一步优选，所述冗余电源单元包括电源故障判断单元和两台独立24V电源，两台独立24V电源均与电源故障判断单元相连，其中一台独立24V电源的输出端与5V电源模块的输入端相连，5V电源模块的输出端与ARM单片机的输入端相连；另一台独立24V电源的输出端分别与温度控制系统、信号处理单元和8V电源转换模块的输入端相连， 8V电源转换模块的输出端与模块化仪器接口电路的输入端相连。

作为一种优选方式，其中：所述信号处理单元包括信号放大模块、信号滤波模块、信号转换模块和电路保护模块。

作为一种优选方式，其中：上位机包括流化床多点压差显示单元、波形显示单元、数据存储与分析单元和远程控制单元。

作为进一步优选，上位机的输出端与报表输出模块的输入端相连。

本实用新型实现原理如下：

将该测量系统中现场测试集成到一个数据采集系统中，该系统控制以ARM单片机为核心，经适当的数据处理后，对被测流化床压差数据实现现场实时显示，并将该仪器采集的压差信号转变为1～5V标准信号；上位机可同时对现场采集的多路压差信号进行在线实时显示，并可设置数据存储的时间来控制压差数据的存储量。所制成的仪器中包含温度控制系统、过压差保护控制系统、电源故障判断单元和冗余电源单元，为确保单片机的采集速率，温度控制和压差传感器保护控制的控制单元都放置在上位机中；上位机可以根据下位机传送上来的数据来控制下位机中的风冷机和电磁阀，以确保该测试系统不受温度影响和微压差传感器不会由于压差过高而遭到损坏。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型流化床多点压差数据采集系统能够稳定、可靠地测量提升各高度位置的压力差值，将该测量系统中现场测试集成到一台仪器中，提高测试系统的精度与稳定性，实时监控流化床的运行情况；具体来说，具备以下优点：

1、减小温度对测试系统影响；

2、防护现场电磁辐射对测试电路的影响；

3、对多点流化床压差值实现实时显示和存储功能；

4、防止压差过高对检测元件带来的损坏；

5、实现现场安装方便；

6、将传感器输出信号转换为1～5V的标准信号，解决测量供电问题，使其结构简单、接线方便、统一供电、稳定可靠性增强；

7、可以在现场方便地连接任意多点差压传感器，使测试系统方便快速的实现连续稳定采集；

该测试系统实现了系统集成化，减少原测试系统出现故障的几率，节约系统维护时间和费用，提高测试稳定性和通用性，测量精度高达到0.01％；另外，本实用新型装置不仅可应用于流化床微压差设备，也可应用于其它行业类似设备的压差参数数据采集。

附图说明

图1是本实用新型流化床多点压差数据采集系统的结构示意图；

图2是本实用新型流化床多点压差数据采集系统中微压差传感器的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图1所示，本实用新型流化床多点压差数据采集系统包括压差测量点、电磁阀组1、微压差传感器2、流化床压差测量仪10、数据采集卡6和上位机9；所述微压差传感器2通过电磁阀组1采集压差测量点的信号，利用多个微压差传感器2采集流化床多个测试点的模拟压差信号，将流化床压差信号经过信号处理后，信号由弱信号转变为1~5V的标准信号并输入到微处理器电路；将现场数据采集部分集成到一个数据采集系统的内部。

所述流化床压差测量仪10包括模块化仪器接口电路3、信号处理单元4、ARM单片机5、压差值显示单元8、压差保护控制系统和温度控制系统7。所述信号处理单元4包括信号放大模块、信号滤波模块、信号转换模块和电路保护模块。所述压差保护控制系统使得微压差传感器能够及时脱离被测压差点。

所述流化床压差测量仪10还包括与ARM单片机5电路连接冗余电源单元。所述冗余电源单元包括电源故障判断单元11和两台独立24V电源12，两台独立24V电源12均与电源故障判断单元11相连，其中一台独立24V电源12的输出端与5V电源模块14的输入端相连，5V电源模块14的输出端与ARM单片机5的输入端相连；另一台独立24V电源12的输出端分别与温度控制系统7、信号处理单元4和8V电源转换模块13的输入端相连， 8V电源转换模块13的输出端与模块化仪器接口电路3的输入端相连。数据采集系统的电源系统在正常工作时，只有一台电源工作，当工作电源出现故障或者输出功率不够时，另一台备用电源启动并及时自动的联入测试系统中。

所述微压差传感器2通过模块化仪器接口电路3将信号处理转换为标准直流电压后与信号处理单元4电路连接，信号处理单元4的一输出端通过A/D转换与ARM单片机5的输入端相连，ARM单片机5与温度控制系统7电路连接，ARM单片机5的一输出端与压差值显示单元8的输入端相连；信号处理单元4通过并行接口与数据采集卡6电路连接，数据采集卡6的输出端与上位机9的输入端相连；上位机9的输出端与报表输出模块15的输入端相连。所述过压差保护控制系统和温度控制系统7的控制端设于上位机9中，温度控制系统7的控制端可为自动挡和手动挡，当系统处理自动挡时，系统可以自动控制温度，当系统处于手动挡时，系统可以人为的调节机箱内的工作温度。数据采集系统内部采用温度控制系统，改善仪器工作环境。压差保护控制系统控制端的功能为：由于现场工艺原因造成被测压力差过大时，该保护控制系统将使所测点的压差传感器脱离被测压差点，避免时仪器受到损坏。

所述上位机9包括流化床多点压差显示单元、波形显示单元、数据存储与分析单元和远程控制单元。采用ARM单片机5来对仪器内部进行控制，通过并行接口与上位机9进行数据通信，可接收上位机9输出的控制命令控制采集通道数，并将流化床压力差数据采集结果通过并行通道自动上传到上位机9，并在单片机中将数据进行在线实时显示。在上位机显示单元中，可以同时实时显示采集的多路流化床压差数据和机箱内的关键点处温度值，可以将各种数据以数据曲线方式回放并将数据以txt和xls格式存储，在需要时打印数据报表和数据查询等处理。

本实用新型的工作流程：

具体实施时，测压差点采用等距离分布，具体分布和安装位置根据实际情况而定，测量系统取压点处使用电磁阀来控制连接或断开流化床内部的流体。为每个压差采集点处安装的一个平衡阀，其作用为避免微压差传感器检测元件因压差过大而被损坏。电磁阀的电源电压由流化床压差测试仪内的其中一台独立24V电源提供。利用扩散硅制成的传感器采集压差值，其测量范围为0～500mm

Figure 201220422573X100002DEST_PATH_IMAGE002

。压差传感器输出的数据传递给模块化仪器接口电路单元，该单元通过8V电源转换模块供电，8V电源转换模块的电路部分采用多块LM7808（1.5A的正电压稳压器）来实现和确保输出电压为8V。模块化仪器接口电路输出各路压差信号为0～2V，并将其分别送入信号处理单元，该信号处理单元由信号放大电路、信号滤波电路、信号转换电路和电路保护部分组成，其中，电路转换部分经化简其数学表达式为：

式中：

为电路转换单元的输出1~5V，为其输人其值为P：0~2V。

根据上述表达式，每一路转换电路利用LM324（LM324为带有真差动输入的四运算放大器）来实现其功能。信号经信号处理单元后，将1~5V信号分别送入ARM单片机和并行接口中的数据采集卡上。所述ARM单片机主要由ARM926EJS（ARM926EJS为单片机中的一种型号）来实现，该ARM单片机对多路1~5V信号处理后送给压差值显示单元，由其显示多路流化床压差值。

由于本实用新型多点压差数据采集系统测量多路流化床压差值使用元器件较大，尤其在温度较高的环境时，电路稳定性将受到影响，因此该下位机测量系统中设置有温度控制系统。所述温度控制系统主要由同电阻测温元件、温度处理电路、电风扇、风冷机和微处理机组成。该温度处理电路可由平衡电桥和LM324来实现其温度测量和传输信号功能。在该实施例中，温度控制系统的测量元件首先将温度转变为电阻值，温度处理电路将该电阻值转换为1～5V电压值后，传输给由ARM9构成的控制单元。经该控制单元的信号转换和数字运算后，如温度没有超过设定值，将启动电风扇对测量仪进行降温和通风作用，而当内部温度超过设定值时，该控制器将输出信号启动冷风机，将冷风引入仪器内部并同电风扇一起实现对仪器实现降温作用。

为确保压差测量仪的供电正常，设置有冗余电源单元，其主要由两台独立24V电源和电源故障判断单元组成，一个为平时主电源处于通电状态，另一个为备用电源。电源故障判断单元主要由多块CD4066（CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。）、AD623A（低成本仪表放大器）和电子开关组成，该电源故障判断单元实时采集独立24V电源的运行情况，并把采集到的信息传递给上位机，判断是否主电源出故障。如出故障，将输出控制信号启动配用的独立24V电源使其能对仪器测量系统供电。

上位机通过数据采集卡PCI6229（NI公司生产的数据采集卡可将多路模拟信号分别转变为数字信号）来采集并行接口上的数据，本实施例显示运用LabVIEW（LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发）编写的软件完成数据采集、数据处理运用自适应滤波法抑制噪声、测量系统信号处理完成信号采样频率，采样时间、校零、定标、同时线测量、显示、存储多点压差值和输出报表等功能。由LabVIEW编写软件的上位机操作程序还可实现以对现场微差压传感器进行保护，避免其受到损坏。其具体实施为，当所采集到流化床多点压差值后通过上述途径传递给上位机，由该程序将所采集的压差值与传感器所允许的上限值相比较后，根据比较结果该程序将发送控制信号给数据采集卡，再由数据采集卡传送给信号处理单元，通过该模块将信号放大为可驱动电磁阀的控制信号，之后再通过模块化仪器接口电路控制电磁阀的开关。

如图2所示，所述流化床压差数据采集装置使用时，首先接通流化床压差测量仪的电源，打开开关使其通电，由此下位测量系统将处于运行状态。然后再开启上位机，运行测量采集系统软件使电磁阀处于正常工作状态，就此整个测量系统投入运行。当启动软件中的自动控制按钮时，若测量值小于压差的上限值时，通过上位机可控制使电磁阀101和电磁阀102打开，电磁阀103关闭，当压差测量值大于上限值时，LabVIEW程序经运算后发出控制信号使电磁阀101和电磁阀102先关闭，然后再打开电磁阀103，从而使微压差传感器的正压室22和负压室21的压力相当，实现压差保护控制，从而避免了压差过大造成压差传感器损坏。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种流化床多点压差数据采集系统，包括压差测量点、电磁阀组、微压差传感器、流化床压差测量仪、数据采集卡和上位机，所述微压差传感器通过电磁阀组采集压差测量点的信号，其特征在于：所述流化床压差测量仪包括模块化仪器接口电路、信号处理单元、ARM单片机、压差值显示单元、压差保护控制系统和温度控制系统，所述微压差传感器通过模块化仪器接口电路将信号处理转换为标准直流电压后与信号处理单元电路连接，信号处理单元的一输出端通过A/D转换与ARM单片机的输入端相连，ARM单片机与温度控制系统电路连接，ARM单片机的一输出端与压差值显示单元的输入端相连；信号处理单元通过并行接口与数据采集卡电路连接，数据采集卡的输出端与上位机的输入端相连；所述过压差保护控制系统和温度控制系统的控制端设于上位机中。

2.如权利要求1所述的流化床多点压差数据采集系统，其特征在于：所述流化床压差测量仪还包括与ARM单片机电路连接冗余电源单元。

3.如权利要求2所述的流化床多点压差数据采集系统，其特征在于：所述冗余电源单元包括电源故障判断单元和两台独立24V电源，两台独立24V电源均与电源故障判断单元相连，其中一台独立24V电源的输出端与5V电源模块的输入端相连，5V电源模块的输出端与ARM单片机的输入端相连；另一台独立24V电源的输出端分别与温度控制系统、信号处理单元和8V电源转换模块的输入端相连，8V电源转换模块的输出端与模块化仪器接口电路的输入端相连。

4.如权利要求1所述的流化床多点压差数据采集系统，其特征在于：所述信号处理单元包括信号放大模块、信号滤波模块、信号转换模块和电路保护模块。

5.如权利要求1所述的流化床多点压差数据采集系统，其特征在于：上位机包括流化床多点压差显示单元、波形显示单元、数据存储与分析单元和远程控制单元。

6.如权利要求5所述的流化床多点压差数据采集系统，其特征在于：上位机的输出端与报表输出模块的输入端相连。