CN218585206U

CN218585206U - 一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端

Info

Publication number: CN218585206U
Application number: CN202223187771.5U
Authority: CN
Inventors: 刘永才; 乔常明; 张代武; 吕伟阳
Original assignee: Shenzhen Jiayuntong Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Jiayuntong Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2032-11-28

Abstract

本实用新型公开一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，包括：基本流程控制模块、炉效优化控制模块以及炉管高温保护控制模块；基本流程控制模块分别与炉效优化控制模块、炉管高温保护控制模块连接；本实用新型的用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，既可以实现加热炉及燃烧器的各种功能逻辑控制需求，同时又可以根据现场设备的工艺需求，模块化的进行组合，提高硬件和软件的有效利用率，又可以降低成本。

Description

一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端

技术领域

本实用新型涉及加热炉燃烧器控制技术领域，具体涉及一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端。

背景技术

油田加热炉及燃烧器是油气集输系统中处理、输送等环节应用最多的一种油田专用设备，其作用是将原油、天然气、油气混合物等加热至工艺所需要的温度，满足油气集输工艺及加工工艺的要求，是非常重要的油田生产设备。

目前，国内大多数油田场站对于加热炉及燃烧器的控制主要采用两种方式：一种是根据设备的工艺流程在PLC中进行编程开发形成控制器；另一种是直接利用单片机等MCU根据工艺流程开发控制器。这两种方式都存在一定的问题，首先，加热炉及燃烧器需要采集的点位信息较多，需要PLC配合大量的扩展模块来完成，增加了一定的成本，而且PLC属于二次开发设备，其程序接口是对外开放的，允许进行修改和替换，造成可靠性降低。其次，目前市面上现存的利用单片机开发的控制器几乎都是集成式开发模式，也就是将所有功能都在一块电路板上开发实现，这就导致当现场设备不需要那么多功能时，很多硬件接口和软件功能模块都处于闲置状态，有效利用率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，既可以实现加热炉及燃烧器的各种功能逻辑控制需求，同时又可以根据现场设备的工艺需求，模块化的进行组合。

本实用新型提供一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，包括：基本流程控制模块、炉效优化控制模块以及炉管高温保护控制模块；所述基本流程控制模块分别与炉效优化控制模块、炉管高温保护控制模块连接；

所述基本流程控制模块包括第一单片机、第一信号采集电路、第一数据通信电路、第一数据存储电路以及第一电源转换电路；所述第一信号采集电路、第一数据通信电路、第一数据存储电路分别与第一单片机连接，所述第一电源转换电路分别与第一单片机、第一信号采集电路、第一数据通信电路以及第一数据存储电路连接；

所述炉效优化控制模块包括第二单片机、第二信号采集电路、第二数据通信电路以及第二电源转换电路；所述第二信号采集电路、第二数据通信电路分别与第二单片机连接，所述第二电源转换电路分别与第二单片机、第二信号采集电路以及第二数据通信电路连接；

所述炉管高温保护控制模块包括第三单片机、第三信号采集电路、第三数据通信电路以及第三电源转换电路；所述第三信号采集电路、第三数据通信电路分别与第三单片机连接，所述第三电源转换电路分别与第三单片机、第三信号采集电路以及第三数据通信电路连接。

进一步地，所述第一信号采集电路包括模拟信号输入电路、模拟信号输出电路、数字信号输入电路以及数字信号输出电路；所述数据通信电路包括RS485通信电路、LAN通信电路、CAN通信电路。

进一步地，所述模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第一单片机连接；所述模拟信号输出电路包括DAC芯片和与DAC芯片连接的电压-电流转换芯片，所述DAC芯片与第一单片机连接；所述数字信号输入电路包括光耦和继电器，所述光耦和继电器与第一单片机连接；所述数字信号输出电路包括与第一单片机连接的串入并出转换电路、与串入并出转换电路连接的驱动电路、与驱动电路连接的继电器；

所述RS485通信电路包括与第一单片机连接的隔离电平转换芯片、与隔离电平转换芯片连接的第一EMC保护电路；所述LAN通信电路包括与第一单片机连接的以太网控制器芯片、与以太网控制器芯片连接的隔离变压器接口；所述CAN通信电路包括与第一单片机连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器、与CAN收发器连接的第二EMC保护电路。

进一步地，所述第二信号采集电路包括模拟信号输入电路、模拟信号输出电路、数字信号输入电路以及数字信号输出电路；所述数据通信电路包括CAN通信电路。

进一步地，所述模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第二单片机连接；所述模拟信号输出电路包括DAC芯片和与DAC芯片连接的电压-电流转换芯片，所述DAC芯片与第二单片机连接；所述数字信号输入电路包括光耦和继电器，所述光耦和继电器与第二单片机连接；所述数字信号输出电路包括与第二单片机连接的串入并出转换电路、与串入并出转换电路连接的驱动电路、与驱动电路连接的继电器；

所述CAN通信电路包括与第二单片机连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器、与CAN收发器连接的第二EMC保护电路。

进一步地，所述第三信号采集电路包括第三模拟信号输入电路；所述数据通信电路包括CAN通信电路。

进一步地，所述第三模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第三单片机连接；所述CAN通信电路包括与第三单片机连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器、与CAN收发器连接的第二EMC保护电路。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，包括：基本流程控制模块、炉效优化控制模块以及炉管高温保护控制模块；基本流程控制模块分别与炉效优化控制模块、炉管高温保护控制模块连接；当现场的加热炉及燃烧器只需要基本流程控制功能时，可只选用基本流程控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要基本流程控制功能和炉效优化控制功能时，选用基本流程控制模块+炉效优化控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要基本流程控制功能和炉管高温保护控制功能时，选用基本流程控制模块+炉管高温保护控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要全功能控制时，选用基本流程控制模块+炉效优化控制模块+炉管高温保护控制模块。既可以实现加热炉及燃烧器的各种功能逻辑控制需求，同时又可以根据现场设备的工艺需求，模块化的进行组合，提高硬件和软件的有效利用率，又可以降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的用于加热炉燃烧器的模块化控制终端示意图；

图2是基本流程控制模块示意图；

图3是炉效优化控制模块示意图；

图4是炉管高温保护控制模块示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

请参阅图1至图4，本实用新型实施例提供一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，包括：基本流程控制模块、炉效优化控制模块以及炉管高温保护控制模块；基本流程控制模块通过CAN接口分别与炉效优化控制模块和炉管高温保护控制模块相连，而炉效优化控制模块与炉管高温保护控制模块之间无连接。

当现场的加热炉及燃烧器只需要基本流程控制功能时，可只选用基本流程控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要基本流程控制功能和炉效优化控制功能时，选用基本流程控制模块+炉效优化控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要基本流程控制功能和炉管高温保护控制功能时，选用基本流程控制模块+炉管高温保护控制模块；当现场的加热炉及燃烧器需要全功能控制时，选用基本流程控制模块+炉效优化控制模块+炉管高温保护控制模块。

基本流程控制模块的主要功能为：实时采集各种模拟量和数字量信号，通过总线读取仪表数据，通过总线读写另外两个模块的数据，按照预先编写的控制逻辑对信号和数据进行处理、分析、计算，输出信号控制执行机构完成动作，并根据预先设定进行报警提示。基本流程控制模块通过总线接口与触摸屏或上位机相连，接受触摸屏或上位机的控制指令，完成动作，上传数据。基本流程控制模块的结构如图2所示。以高性能单片机作为主控(第一单片机可选型号为：STM32F303VET6)，外围电路包括信号采集、数据通信、数据存储、电源转换。

信号采集电路包括4个部分，模拟信号输入(AI)、模拟信号输出(AO)、数字信号输入(DI)、数字信号输出(DO)。其中，外部输入的模拟信号先经过隔离模块，然后通过采样电阻(阻值：250Ω±0.1％)将电流形式转换为电压形式，再经过运算放大器(可选型号为：LM358D)的滤波和信号跟随处理，最后输入到单片机的ADC采集通道中；单片机通过GPIO输出的控制信号首先作用到DAC芯片(可选型号为：TLV5610)，DAC芯片输出模拟电压信号，再经过电压-电流转换芯片作用后，输出模拟电流信号；外部输入的数字信号包括两种形式，DC24V电压信号和AC220V电压信号，DC24V电压信号先经过双向光耦(可选型号为：TLP292)处理，然后输入到单片机的GPIO中，AC220V电压信号则是先经过继电器处理，然后输入到单片机的GPIO中；单片机输出的控制信号经过串转并芯片(可选型号为：74HC595)以后，将少路串行输出信号，转换为多路并行输出信号，作用到单向光耦(可选型号为：PS2801)，将低电压信号转换为高电压信号，进而驱动继电器动作，输出数字信号。

数据通信电路包括3个部分，RS485通信、LAN通信、CAN通信。其中，单片机的UART1接口与隔离电平转换芯片相连，由隔离电平转换芯片(可选型号为：ISO3088DWR)完成电气协议匹配，然后连接到由TVS、电容等组成的EMC保护电路1。一共包括两路RS485接口，一般情况下，一路连接触摸屏，另一路连接现场仪表等设备；单片机的SPI2接口与专用的以太网控制器芯片(可选型号为：W5500)相连，由以太网控制器芯片完成电气协议匹配以及MAC协议解析，然后连接到内置有隔离变压器的RJ45接口。一般情况下，LAN接口连接上位机，包括两路，一用一备；单片机的SPI1接口与CAN控制器芯片(可选型号为：MCP2515T-I/SO)相连，由CAN控制器芯片完成CAN通信协议解析，然后CAN控制器芯片与CAN收发器芯片(可选型号为：ISO1042BDWVR)相连，由CAN收发器芯片完成电气协议匹配，最后连接到由TVS、电容等组成的EMC保护电路2。一共包括两路CAN接口，CAN1连接炉效优化控制模块的CAN接口，CAN2连接炉管高温保护控制模块的CAN接口。

数据存储采用专业的铁电随机存储芯片(可选型号为：MB85RS64PNF)来实现，最多可存储64K Bit的数据，铁电随机存储芯片直接与单片机的IIC接口相连。基本流程控制模块的供电为外部DC24V形式，外部DC24V直接给信号采集端口供电，同时经过DC-DC(可选型号为：VRB_YMD-20WR3)作用后，生产一路内部DC24V信号，一方面输出给炉效优化控制模块和炉管高温保护控制模块供电，另一方面经过电源转换模块1(可选型号为：LM2596S-5)作用后，产生DC5V信号给数据通信端口供电，同时该DC5V信号经过电源转换模块2(可选型号为：LM2596S-3.3)作用后，产生DC3.3V信号给单片机及数据存储电路供电。

炉效优化控制模块的主要功能为：实时采集所需的模拟量和数字量信号，按照预先设计的规则进行计算和处理后，通过总线接口将数据上传给基本流程控制模块，同时接受基本流程控制模块发送的控制指令，完成动作。炉效优化控制模块的结构如图3所示。以中性能单片机作为主控(第二单片机可选型号为：STM32F303VCT6)，外围电路包括信号采集、数据通信、电源转换。信号采集电路包括4个部分，模拟信号输入(AI)、模拟信号输出(AO)、数字信号输入(DI)、数字信号输出(DO)。信号采集电路的设计与基本流程控制模块完全相同，只是接口数量有所不同，这里不再赘述。数据通信电路只有CAN通信一种形式，其设计与基本流程控制模块完全相同，只是接口数量有所不同，这里不再赘述。炉效优化控制模块的供电电源来自于基本流程控制模块输出的DC24V，其后续的设计与基本流程控制模块完全相同，这里不再赘述。

炉管高温保护控制模块的主要功能为：实时采集所需的模拟量信号，按照预先设计的规则进行计算和处理后，通过总线接口将数据上传给基本流程控制模块。炉管高温保护控制模块的结构如图4所示。以中性能单片机作为主控(第三单片机可选型号为：STM32F303VCT6)，外围电路包括信号采集、数据通信、电源转换。信号采集电路只有模拟信号输入(AI)，信号采集电路的设计与基本流程控制模块完全相同，只是接口数量有所不同，这里不再赘述。数据通信电路只有CAN通信一种形式，其设计与基本流程控制模块完全相同，只是接口数量有所不同，这里不再赘述。炉管高温保护控制模块的供电电源来自于基本流程控制模块输出的DC24V，其后续的设计与基本流程控制模块完全相同，这里不再赘述。

本实施例提供的用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，接口形式丰富、数量充足，通信方式多样，可以一次性满足加热炉燃烧器全功能控制的信号/数据采集及传输要求。采用模块化设计方式，控制终端由3个模块组成，既可以实现加热炉及燃烧器的各种功能逻辑控制需求，同时又可以根据现场设备的工艺需求，模块化的进行组合，提高硬件和软件的有效利用率，又可以降低成本。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，包括：基本流程控制模块、炉效优化控制模块以及炉管高温保护控制模块；所述基本流程控制模块分别与炉效优化控制模块、炉管高温保护控制模块连接；

2.如权利要求1所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述第一信号采集电路包括模拟信号输入电路、模拟信号输出电路、数字信号输入电路以及数字信号输出电路；所述数据通信电路包括RS485通信电路、LAN通信电路、CAN通信电路。

3.如权利要求2所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第一单片机连接；所述模拟信号输出电路包括DAC芯片和与DAC芯片连接的电压-电流转换芯片，所述DAC芯片与第一单片机连接；所述数字信号输入电路包括光耦和继电器，所述光耦和继电器与第一单片机连接；所述数字信号输出电路包括与第一单片机连接的串入并出转换电路、与串入并出转换电路连接的驱动电路、与驱动电路连接的继电器；

4.如权利要求1所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述第二信号采集电路包括模拟信号输入电路、模拟信号输出电路、数字信号输入电路以及数字信号输出电路；所述数据通信电路包括CAN通信电路。

5.如权利要求4所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第二单片机连接；所述模拟信号输出电路包括DAC芯片和与DAC芯片连接的电压-电流转换芯片，所述DAC芯片与第二单片机连接；所述数字信号输入电路包括光耦和继电器，所述光耦和继电器与第二单片机连接；所述数字信号输出电路包括与第二单片机连接的串入并出转换电路、与串入并出转换电路连接的驱动电路、与驱动电路连接的继电器；

6.如权利要求1所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述第三信号采集电路包括第三模拟信号输入电路；所述数据通信电路包括CAN通信电路。

7.如权利要求6所述的一种用于加热炉燃烧器的模块化控制终端，其特征在于，所述第三模拟信号输入电路包括隔离模块、与隔离模块连接的信号采样电路以及与信号采样电路连接的运算放大器，所述运算放大器与第三单片机连接；所述CAN通信电路包括与第三单片机连接的CAN控制器、与CAN控制器连接的CAN收发器、与CAN收发器连接的第二EMC保护电路。