CN208061046U - 用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，包括中央处理单元、若干现场信号采集单元、若干PID控制单元；中央处理单元包括RS485CPU处理器以及分别与RS485CPU处理器电性连接的上位机PC/触摸屏、无线射频收发模块、储存器IC；各现场信号采集单元分别包括用于采集炉体内温度信号的温度传感器、温度检测处理器；各PID控制单元分别包括PWM控制模块、PID处理器和第二储存器IC；本申请制作成本低、现场布置方便、功耗小、数据传送稳定，并将采集到的数据以无线射频方式发送出去，在2000米内接收无障碍，当PID处理单元接收到温度数据后，根据上位机设定的温控数据进行相应的PWM控制，从而实现精准的模糊PID调节，还能精准控制玻璃钢化炉几个温度区域的平衡及稳定。

Description

用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度监控系统，特别是一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统。

背景技术

钢化玻璃是建材、家具、汽车玻璃不可或缺的材料，近年来，我国钢化玻璃产量一直居世界第一位，随着生产技术的不断进步，钢化玻璃的应用领域日益广泛，钢化玻璃的品种、规格越来越多。钢化玻璃是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，以及用化学方法特殊处理的玻璃。该玻璃除具有普通平板透明玻璃同样的透明度外，还具有很高的温度急变抵抗性，耐冲击性和机械强度高等特点。

目前中空玻璃或者LOW-E玻璃应用于建筑领域是集环保与节能的最佳产品，但是现阶段的加工手段存在一定缺陷。虽然物理钢化炉的工艺过程可以简单地概括为将玻璃加热到一定的温度，然后迅速冷却以增加玻璃的机械性能与热稳定性，实际上钢化工艺的控制也就是对加热工艺和冷却工艺的控制，在这一过程中不管是加热还是冷却，都与温度的动态控制有关。所以在玻璃的钢化过程中，准确控制温度对于钢化玻璃的质量至关重要。

市场已知的钢化炉均采用有线连接温控系统，均存在不同程度的缺陷，最大问题就是有线控制线路经常出现各种故障，其不可避免的存在高温监测使得线路老化快，从而影响使用寿命，其稳定性、可靠性等同样受影响。而且市场上常规的窑炉均采用单路或最多至8路热电偶模块加热电偶连接控制，由于大型窑炉一般面积较大，因此空间加热用少数几个温度点很难控制温度均匀，为了较高精度控制大范围内的温度均匀，因此采用了尽可能多的局部温控点，一般的窑炉为了达到精确的温度控制，尽可能多的布置了大量的热电偶点，以达到温度的均匀度，一般布置40到120个点，有的甚至多达数百个点。由于大量的布点，热电偶模块必须大量的采用，一般一路温控达到500元一路，所以造价成本居高不下，其次还存在最大问题就是线路的使用寿命和抗干扰能力比较差，目前的系统均没法消去干扰，稳定性不高，可靠性等方面，经常出现各种故障。由于数据点需要传输的实时数据量巨大，因此没法长距离的传输，对于实际应用造成很多的困难。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决背景技术中的不足之处，提供一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，包括中央处理单元、若干现场信号采集单元、若干PID控制单元；

所述中央处理单元包括RS485CPU处理器以及分别与RS485CPU处理器电性连接的上位机PC/触摸屏、无线射频收发模块、储存器IC；

各现场信号采集单元分别包括用于采集炉体内温度信号的温度传感器、温度检测处理器、第一RF无线模块，温度传感器、第一RF无线模块分别与温度检测处理器电性连接；

各PID控制单元分别包括PWM控制模块、PID处理器、第二RF无线模块，PWM控制模块、第二RF无线模块分别与PID处理器电性连接；

各现场信号采集单元、各PID控制单元均分别通过第一RF无线模块、第二RF无线模块与无线射频收发模块无线通信连接。

对于本实用新型的一种优化，所述温度传感器为K型热电偶传感器。

对于本实用新型的一种优化，所述K型热电偶传感器的直径为1.2mm-4.0mm，正极的化学成分为Ni：Cr＝92：12，其负极的化学成分为Ni：Si＝99：3，其使用温度范围为200℃-1300℃。

对于本实用新型的一种优化，所述炉体内带有玻璃传送线以及加热装置，沿玻璃传送线的送进方向上划分为若干区域，每个区域中均布置有两组温度传感器，两组温度传感器对称的分布在玻璃传送线的上方和下方，沿炉体内玻璃传送线上方的所有温度传感器分别在同一水平面内均匀分布，及沿炉体内玻璃传送线下方的所有温度传感器也分别在同一水平面内均匀分布。

对于本实用新型的一种优化，所述温度传感器包括K型热电偶传感器及扩展接口。

对于本实用新型的一种优化，第一RF无线模块、第二RF无线模块均包括CMOS射频集成电路

本实用新型与背景技术相比，具有解决大数据实时传输问题、在恶劣的强电磁环境中抗干扰问题、长距离实时通信的问题，同时大大提高稳定性、可靠性；本实用新型对于玻璃钢化炉系统来说，制作成本低、现场布置方便、功耗小、数据传送稳定，同时将采集到的数据以无线射频方式发送出去，在2000米内接收无障碍，当PID处理单元接收到温度数据后，根据上位机设定的温控数据进行相应的PWM控制，从而实现精准的模糊PID调节，重要的是还能精准控制玻璃钢化炉几个温度区域的平衡及稳定；用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统为远程监控基于ISM频段，完全符合FCC和ETSI要求。

附图说明

图1是用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统的原理框图。

具体实施方式

实施例1：参照图1。一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，包括中央处理单元、若干现场信号采集单元、若干PID控制单元；

所述中央处理单元包括RS485CPU处理器以及分别与RS485CPU处理器电性连接的上位机PC/触摸屏、无线射频收发模块、储存器IC；

上位机PC/触摸屏配备有6组数码管显示，并提供相应的按键设置，即使没有上位机，也可以进行系统设定，方便人为介入和查看故障代码，维修；

各现场信号采集单元分别包括用于采集炉体内温度信号的温度传感器、温度检测处理器、第一RF无线模块，温度传感器、第一RF无线模块分别与温度检测处理器电性连接；

温度传感器用于采集炉体内的温度信号；所述温度传感器包括若干K型热电偶传感器及扩展接口，K型热电偶作为一种温度传感器的感应元件，可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度；K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等部件组成；K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。对于任意一个温度传感器，在预定时间内间隔的采集若干温度信号点；对于所有的温度检测点，都具备断线检测，温度异常检测。所述K型热电偶传感器的直径为1.2mm-4.0mm，正极的化学成分为Ni：Cr＝92：12，其负极的化学成分为Ni：Si＝99：3，其使用温度范围为200℃-1300℃。

温度检测处理器用于接收并预处理所述由温度传感器采集到的温度信号，经过判断和处理，转化为正确的温度数据并送入第一储存器IC，在10-100MS之内同时采集15路温度数据，以此类推；对检测到的所有同一通道温度数据，累计一个结果值，再平均后得出实际的温度值送入第一储存器IC。温度检测处理器采用采用目K型检测芯片MAX6675，其能够自动进行校准、恒定，同时解决以前测温的电流放大不稳定性，本芯片接口同时也是采用SPI通信，适合各种处理器通信，大大提高数据的可靠度、稳定性。

第一RF无线模块用于将第一储存器IC内的数据发送至中央处理单元，第一RF无线模块采用SPI通信，其远程监控基于ISM频段，完全符合FCC和ETSI要求。并且体积小，功耗小，还能做到远距离通信，自动CRC校验数据，收发可靠，抗干扰性强，数据稳定传输，适合在复杂的工控环境下稳定运行；为防止数据出现干扰或错误，并将所有的数据进行CPC校验，然后以广播地址发送；

无线射频收发模块用于接收由第一RF无线模块发出的数据，然后由RS485CPU处理器进行数据CRC判断，并根据相应的广播地址决定是否回复或者其他相应处理，同时将所有的数据送至上位机PC/触摸屏显示。

所述炉体内带有玻璃传送线以及加热装置，沿玻璃传送线的送进方向上划分为若干区域，每个区域中均布置有两组温度传感器，两组温度传感器对称的分布在玻璃传送线的上方和下方，沿炉体内玻璃传送线上方的所有温度传感器分别在同一水平面内均匀分布，及沿炉体内玻璃传送线下方的所有温度传感器也分别在同一水平面内均匀分布。所述加热装置包括电热丝。

各PID控制单元分别包括PWM控制模块、PID处理器、第二RF无线模块，PWM控制模块、第二RF无线模块分别与PID处理器电性连接；

PWM控制模块是经过PID运算后，由PID处理器将数据结果转换成PWM占空比。PWM采用NPN输出。适合各种设备控制。PWM控制模块通过NPN输出单元来控制固态继电器，利用PWM输出来控制加热装置单位时间的有功功率，从而达到恒温、控温的目的；所有的输出都采用软处理的开关状态，防止机械式的开关在使用中容易发生短路断路等因素，为系统的可靠运行提供稳定有效的输出。

PID处理器采用模糊PID算法，由于温度本身具有漂移性，以及炉内的密封程度，每一台钢化炉不具备可比的统一性，所以采用模糊的PID算法，同时还可以设定起始PWM的数据设定，自动根据温度数据的变化来判断是否有玻璃工件，从而有效的做到恒温状态和升温的调节；防止因为玻璃工件的进入产生温度急剧下降而造成升温不明显的效果。PID处理器将处理的结果同时返回送入第二储存器IC，用于上位机监控并调节。PID处理器与第二储存器IC采用SPI通信接口连接，第二储存器IC主要用于储存上位机发送过来的控制数据，并自动保存，防止因为上位机突然的故障而产生数据丢失。

中央处理单元一方面负责上位机PC/触摸屏的数据传送至PID控制单元的PWM控制模块，中央处理单元另一方面还负责接收PID控制单元的PWM控制模块发过来的数据，并上传至储存器IC。所有的传送由中央处理单元负责发起，从而达到通信有序。

中央处理单元配置有国际标准的MODBUS协议，其采用高强度抗干扰性的RS485处理器，光耦隔壁；方便与任何上位机PC/触摸屏进行通信、控制，并可以连接网络接口，配置TCP/IP协议。

上位机PC/触摸屏采用10.4寸真彩触摸屏，北京昆仑通泰的组态式触摸屏。稳定可靠，方便用户设置、监控；同时配置有网络接口，配置有配置TCP/IP协议，随时方便客户将数据上传网络，无论在哪里，都很方便查看、设定。

上位机PC/触摸屏可以进行自动分析温度区域的平稳状态，并相应的给出提示，配置有历史信息查询，故障查询，优化方案处理等有效的控制手段，方便用户，节约用户大量的熟悉时间，上手既能用。

各现场信号采集单元、各PID控制单元均分别通过第一RF无线模块、第二RF无线模块与无线射频收发模块无线通信连接。第一RF无线模块、第二RF无线模块均包括CMOS射频集成电路，包含所有的ISM频段应用所需要的接收发射功能，覆盖很宽的工作频段，以及电压、温度，超低节能的功耗非常适合在工控环境稳定的应用。

需要理解到的是：本实施例虽然对本实用新型作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本实用新型的简单说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，其特征在于包括中央处理单元、若干现场信号采集单元、若干PID控制单元；

所述中央处理单元包括RS485CPU处理器以及分别与RS485CPU处理器电性连接的上位机PC/触摸屏、无线射频收发模块、储存器IC；

各现场信号采集单元分别包括用于采集炉体内温度信号的温度传感器、温度检测处理器、第一RF无线模块，温度传感器、第一RF无线模块与温度检测处理器电性连接；

各PID控制单元分别包括PWM控制模块、PID处理器、第二RF无线模块，PWM控制模块、第二RF无线模块分别与PID处理器电性连接；

各现场信号采集单元、各PID控制单元均分别通过第一RF无线模块、第二RF无线模块与无线射频收发模块无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，其特征是：所述温度传感器为K型热电偶传感器。

3.根据权利要求1所述的用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，其特征是：所述炉体内带有玻璃传送线以及加热装置，沿玻璃传送线的送进方向上划分为若干区域，每个区域中均布置有两组温度传感器，两组温度传感器对称的分布在玻璃传送线的上方和下方，沿炉体内玻璃传送线上方的所有温度传感器分别在同一水平面内均匀分布，及沿炉体内玻璃传送线下方的所有温度传感器也分别在同一水平面内均匀分布。

4.根据权利要求1所述的用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，其特征是：所述温度传感器包括K型热电偶传感器及扩展接口。

5.根据权利要求1所述的用于玻璃钢化炉的远程温度监控系统，其特征是：第一RF无线模块、第二RF无线模块均包括CMOS射频集成电路。