專利名稱：基于dsp的富氧陶瓷窯爐溫度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)窯爐溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及到一種基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器。
背景技術(shù)：
我國是陶瓷生產(chǎn)和出口大國，尤其是近年來，我國建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)量已占到全球總產(chǎn)量的50%以上，出口額占全球總額的20%，日用、藝術(shù)陶瓷更是占到國際市場的40%。 但同時(shí)，我國陶瓷行業(yè)存在產(chǎn)品檔次低、能耗高、資源利用率低、生產(chǎn)效率低等問題。在現(xiàn)代陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)品燒成制度包括溫度、氣氛和壓力，而陶瓷窯爐是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中各項(xiàng)燒成制度的關(guān)鍵設(shè)備。陶瓷窯爐內(nèi)部的溫度，壓力和氣氛等被控對(duì)象為一階帶純滯后的大慣性系統(tǒng)，而且具有時(shí)變性。其中，溫度是陶瓷燒成工藝的重要參數(shù)，對(duì)窯爐內(nèi)部溫度的控制水平直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，以及企業(yè)的節(jié)能減排。近年來，國內(nèi)對(duì)陶瓷窯爐溫度控制器的研究文獻(xiàn)有韓磊等人在“基于riRF9E5的陶瓷窯爐溫度測量系統(tǒng)研究”中采用內(nèi)部集成增強(qiáng)型51單片機(jī)內(nèi)核的riRF9E5模塊，通過 RS232接口與PC進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了陶瓷窯爐溫度無線測量系統(tǒng)；陳平等人在“基于混沌RBF 的PID控制在窯爐中的應(yīng)用”中通過RS485接口實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成的主從溫度控制結(jié)構(gòu)，并利用混沌RBF算法對(duì)PID控制加以改進(jìn)，提高了窯爐溫度控制的精度。目前檢索到的相關(guān)的專利有富氧及全氧燃燒陶瓷輥道窯混合燃燒控制系統(tǒng)(200810048952. 5)，窯爐溫度自動(dòng)測量記錄儀(01216751. 7)。上述文獻(xiàn)和專利中提出的方法，能較大程度提高陶瓷窯爐的溫度控制水平和自動(dòng)化程度。然而，其中存在的一些有待于解決問題，也比較突出這些技術(shù)和專利有的雖然控制器結(jié)構(gòu)簡單，但控制精度不能完全滿足陶瓷生產(chǎn)的工藝要求；有的系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)控制，執(zhí)行器與PLC控制單元相連，PLC控制單元與上位機(jī)通過RS485接口連接組成完整的控制裝置，系統(tǒng)的集成度和智能性低，整體成本高，沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此，有必要開發(fā)一套低成本、高可靠性、高集成度，并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)富氧陶瓷窯爐溫度控制器。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，并根據(jù)富氧陶瓷窯爐對(duì)溫度控制的要求，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、處理速度快和性能穩(wěn)定可靠的富氧陶瓷窯爐溫度控制器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是主要由依次以線纜連接的熱電偶、變送器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路、V/I電路和執(zhí)行器組成。其中熱電偶的工作端置于富氧陶瓷窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)檢測位置中心；執(zhí)行器的另一端與富氧陶瓷窯爐的燃?xì)夤艿郎系娜細(xì)怆姶砰y相連。所述的熱電偶可以采用K型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或N型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。[0010]所述變送器可以采用兩線制電流輸出溫度變送器。所述微處理器采用內(nèi)部設(shè)有多路高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊的微處理器，例如采用DSP 微處理器。所述的熱電偶的輸出信號(hào)經(jīng)變送器輸入到微處理器內(nèi)置的多路高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，完成A/D轉(zhuǎn)換。所述執(zhí)行器可以采用電動(dòng)執(zhí)行器。所述微處理器可以通過MODBUS接口與觸摸屏連接。所述觸摸屏可以采用嵌入式一體化觸摸屏。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的窯爐溫度控制裝置相比，主要有以下的有益效果1.采用具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度的DSP微處理器，明顯地提高了數(shù)據(jù)處理速度，提高了控制裝置的實(shí)時(shí)性。2.采用觸摸屏，界面豐富，工藝參數(shù)設(shè)置靈活方便。同時(shí)，能顯示生產(chǎn)工藝流程、 測量值、報(bào)警信息以及控制量的趨勢曲線。3.采用DSP微處理器，內(nèi)部集成多路高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，集成度高，成本低。4.采用MODBUS協(xié)議，微處理器與上位機(jī)、觸摸屏均可自由通訊?？傊緦?shí)用新型成本低，集成度高，處理速度快，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集窯爐內(nèi)部溫度信號(hào)并進(jìn)行處理，并及時(shí)發(fā)出控制信號(hào)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整控制，提高了整個(gè)控制裝置的實(shí)時(shí)性。

圖1是一種基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型提供的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由依次以線纜連接的熱電偶、變送器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路、V/I電路和執(zhí)行器組成，其中熱電偶的工作端置于富氧陶瓷窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)檢測位置中心；執(zhí)行器的另一端與富氧陶瓷窯爐的燃?xì)夤艿郎系娜細(xì)怆姶砰y相連。由熱電偶檢測窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫度信號(hào)，傳輸至微處理器進(jìn)行處理，得到的控制信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換和放大后，傳輸給執(zhí)行器，由執(zhí)行器調(diào)整對(duì)應(yīng)燃?xì)怆姶砰y的開度以調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)窯爐內(nèi)部溫度的控制。所述的熱電偶可以選取K型或N型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，用于檢測對(duì)應(yīng)燒嘴所在溫區(qū)的溫度，其工作端置于窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)檢測位置中心，另一端通過線纜與變送器相連，其輸出為電壓信號(hào)。所述的變送器為兩線制電流輸出溫度變送器，將對(duì)應(yīng)熱電偶檢測到的溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)，并傳輸給DSP微處理器的內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換模塊。所述的微處理器通過數(shù)據(jù)線與外部存儲(chǔ)器相連，并且通過MODBUS總線接口與觸摸屏相連。該微處理器采用DSP芯片，內(nèi)置有多路高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，可以根據(jù)控制精度的需要進(jìn)行選擇。所述的D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路，是把DSP輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并進(jìn)行放大處理。一般情況下，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換得到的模擬信號(hào)很微弱，驅(qū)動(dòng)能力有限， 需通過放大驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行放大。該放大驅(qū)動(dòng)電路將D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓放大至0-5V 范圍內(nèi)。所述的外部存儲(chǔ)器為外部擴(kuò)展RAM，為軟件仿真運(yùn)行及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。所述的V/I電路用于將電壓放大驅(qū)動(dòng)電路輸出的0-5V電壓轉(zhuǎn)換成4_20mA的電流信號(hào)，用于控制執(zhí)行器。 所述的執(zhí)行器控制驅(qū)動(dòng)閥門的驅(qū)動(dòng)裝置，采用電動(dòng)執(zhí)行器，與燃?xì)怆姶砰y相連，通過V/I轉(zhuǎn)換電路輸出的電流大小控制電磁閥開度。所述的觸摸屏可以采用嵌入式一體化觸摸屏。利用本實(shí)用新型提供的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，對(duì)采集到的溫度信號(hào)直接利用微處理器內(nèi)部集成的高精度多路A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并采用成熟的PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度偏差信號(hào)的處理，響應(yīng)速度快。該控制器能滿足富氧陶瓷窯爐溫度控制的工藝要求，在整體上提高了富氧陶瓷窯爐溫度控制的精度和響應(yīng)速度，增加了窯爐溫度控制系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，該控制器具有集成度高，整體成本低的特點(diǎn)。PID控制器初始參數(shù)根據(jù)陶瓷產(chǎn)品燒成工藝曲線依據(jù)傳統(tǒng)參數(shù)整定方法確定。下面以對(duì)窯爐中第k個(gè)燒嘴對(duì)應(yīng)溫區(qū)的溫度進(jìn)行控制為例(k=l，2，...，η，η為窯爐內(nèi)部燒嘴的個(gè)數(shù))，本實(shí)用新型的工作過程如下第一步，根據(jù)產(chǎn)品燒成工藝曲線溫度分布，確定各點(diǎn)的溫度給定值TSk，并采用傳統(tǒng)參數(shù)整定方法確定對(duì)應(yīng)PID控制器的初始參數(shù)；第二步，通過第k個(gè)熱電偶采集陶瓷窯爐內(nèi)部的第k個(gè)燒嘴對(duì)應(yīng)溫區(qū)的實(shí)時(shí)溫度信號(hào)Tk，由對(duì)應(yīng)溫度變送器送入微處理器(DSP微處理器)中；第三步，微處理器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將變送器傳輸?shù)牡贏路溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)第一步中存儲(chǔ)的第A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的設(shè)定值，計(jì)算該點(diǎn)溫度給定值與實(shí)時(shí)測定值之間的偏差&以及偏差變化率EQ。根據(jù)艮及ECi采用PID算法控制該點(diǎn)溫度的超調(diào)、 波動(dòng)等，輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)Ui ；第四步，將微處理器處理后輸出的數(shù)字量控制信號(hào)％，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為模擬量，放大后得到信號(hào)Ui ；第五步，利用V/I電路將第四步中放大的電壓信號(hào)Ui轉(zhuǎn)換成Γ20πιΑ的電流信號(hào) Ii，并傳輸給執(zhí)行器；第六步，執(zhí)行器通過調(diào)整第A個(gè)燃?xì)怆姶砰y開度調(diào)節(jié)燒嘴的進(jìn)氣量，使檢測點(diǎn)溫度與設(shè)定溫度保持一致。重復(fù)上述第二步至第六步，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷窯爐溫度的控制。
權(quán)利要求1.一種基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是主要由依次以線纜連接的熱電偶、變送器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路、V/I電路和執(zhí)行器組成，其中熱電偶的工作端置于富氧陶瓷窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)檢測位置中心；執(zhí)行器的另一端與富氧陶瓷窯爐的燃?xì)夤艿郎系娜細(xì)怆姶砰y相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述的熱電偶采用K型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或N型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述變送器為兩線制電流輸出溫度變送器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述微處理器采用DSP微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述的熱電偶的輸出信號(hào)經(jīng)變送器輸入到微處理器內(nèi)置的多路高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，完成A/D轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述執(zhí)行器采用電動(dòng)執(zhí)行器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述微處理器通過MODBUS接口與觸摸屏連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，其特征是所述觸摸屏采用嵌入式一體化觸摸屏。
專利摘要本實(shí)用新型提供的一種基于DSP的富氧陶瓷窯爐溫度控制器，該溫度控制器主要由依次以線纜連接的熱電偶、變送器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換及放大驅(qū)動(dòng)電路、V/I電路和執(zhí)行器組成，其中熱電偶的工作端置于富氧陶瓷窯爐內(nèi)部對(duì)應(yīng)檢測位置中心；執(zhí)行器的另一端與富氧陶瓷窯爐的燃?xì)夤艿郎系娜細(xì)怆姶砰y相連。本實(shí)用新型能滿足富氧陶瓷窯爐溫度控制的工藝要求，在整體上提高了富氧陶瓷窯爐溫度控制的精度和響應(yīng)速度，增加了窯爐溫度控制系統(tǒng)可靠性，同時(shí)具有集成度高和整體成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05D23/22GK202177837SQ20112023163
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月2日
發(fā)明者吳雪, 常雨芳, 羅愛軍, 肖義平, 肖純, 袁佑新, 譚思云, 陳靜 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)