隧道窑温度检测系统的设计
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热电偶变送模块: 对热电偶输出热电势采样、模数 变换、根据管理工控机命令传送转换结果。每个前级变 送箱有两个模块, 共接 12 路热电偶信号。 每个模块使 用其 6 路差分输入, 两个共地输入用作备用, 其通讯端 口 (DA TA + 和 DA TA 2) 直接挂到 R S 485 通讯总线。 模块采用 ADAM 24018, 它是研华公司的带微处理器
the ana lysis of non2sta tiona ry signa ls and its u se in fau lt d iagno sis. P roc of In terna tiona l Sym po sium on T est and M ea su rem en t [C ], Shangha i, 2001, 1465～ 1468.
图 1 系统结构图
图 2 温度检测环节硬件构成
4 系统设计
温度检测系统是由智能变送器为主构成的前级变 送箱、管理 PC 工控机和远程监控机三级构成, 各级间 由 R S2485 总线作为数据通道。 411 前级变送箱
由空气开关, 交2直流变换器, 热电偶温度变送模 块A dam 4018 构成。共采用智能温度变送器 6 个, 每个 接 6 支热电偶; 开关电源采用 2 个; 系统共有 3 个箱 体。 各部分主要功能如下。
1 引 言
3 设计方案
隧道窑温度检测在陶瓷生产过程中非常重要, 它 不仅关系到产品的质量, 而且对于产品的产量也有直 接的影响。由西南科技大学承接的国际合作项目“隧道 窑温度检测系统”主要进行窑内各特定点的温度检测、 显示与报警, 其主体是南非某陶瓷制品生产工业窑炉。 这里主要介绍温度检测系统的设计过程。
Abstract T he tem p eratu re m on ito ring of tunnel k iln p layed a necessary ro le in po t tery m anufactu ring. H ere the indu st rial com p u ter and the field netw o rk are u sed, and the tem p eratu re of tunnel k iln is m on ito red by the R S485 field bu s con sisted of in telligen t m odu les, so that the au tom at ion level of p roduct ion m anagem en t is im p roved ef2 fect ively. Key words T em p eratu re m on ito ring R S485 field bu s T unnel k iln
从时频分布图中还可以看出, 第六缸的缸盖爆发 阶段的能量要比第七缸的能量集中, 爆发阶段占用的 时间也比第七缸的缸盖爆发阶段占用的时间短。 从时 间所对应的能量分布的范围可以得出第七缸的缸内的 燃烧阶段比第六缸的时间长。 通过分析能量主要集中 的范围, 即出现最高爆发压力的阶段可以看出, 第六缸 的最高爆发力时刻要比第七缸的早 2m s, 说明第六缸 的着火要比第七缸着火早。
2 系统要求
本系统要求完成 36 个温度检测点的热电偶输出 电势的采集、转换及冷端补偿。窑控制室能对各检测点 温度进行监测、显示、报警、查询。其监测界面实时显示 36 个测点温度数值和温度分布曲线, 可对当日及以前 监测数据和监测曲线进行查询、显示和打印, 要求数据 保存时间至少半年。 另外办公室应能对隧道窑实时运 行温度及历史数据进行调阅和打印等。
170
仪 器 仪 表 学 报 第 2 5 卷
由于陶瓷生产过程中温度是连续缓慢变化的, 一 般的 测 量 设 备 都 能 满 足 现 场 的 测 量 要 求。 通 常 有 PL C、智能模块、板卡+ PC 等几种测量方案可供选择, 而智能模块有基于 PC 的非常丰富的编程资源和庞大 的程序员队伍, 组网布线简单, 易于形成管理信息, 测 量精度高, 成本较低, 便于维修和扩充, 易于形成集成 化、模块化结构, 因此成为首选。 考虑到被测量是温度 信号, 所以选用研华公司 ADAM 24018 模块作为各测 控点。 系统结构图及测温环节的硬件构成分别如图 1 与图 2。
第 25 卷第 4 期增刊
仪 器 仪 表 学 报
2004 年 8 月
隧道窑温度检测大学信息与控制工程学院 绵阳 621010)
摘要 隧道窑温度检测是陶瓷生产过程中必不可少的环节。借助工业 PC 机和现场网络, 利用智能模块组成基于 R S485 的隧 道窑温度检测系统, 使生产和管理一体化, 有效提高了自动化水平。 关键词 温度检测 R S485 隧道窑
5 结束语
本系统采用分布式的数据采集模块, 模块设置在
数据采集点中心, 热电偶接线短, 干扰小, 接线方便; 系
统实现了模块化, 硬件设计和安装工作量小, 可靠性
高, 维护方便; 数据采集采用 R S 485 总线, 通讯距离
长、可靠性高, 扩充方便; 软件设计采用了组态软件, 缩
短了开发周期。 现场使用结果说明了设计的可靠性与
由于隧道窑温度比较高, 高温段可达 900℃以上。 而热电偶的测温范围较宽, 从- 50～ 1600℃甚至可高 达 2800℃并有较好的测量精度。而且热电偶产品已标 准化、系列化, 易于选用, 所以选择热电偶作为测量前 端。考虑到要求的测温范围为 0～ 1200℃, 选择测温范 围为 0～ 1300℃、分度号为 K (EU 22) 的镍铬2镍硅热电 偶。
(上接第 170 页)
参考文献
1 陈小虎, 王汉功. 大型复杂设备分布式状态检测系统的研 究与实现. 电子技术应用, 2001, (6) : 28～ 29.
2 刘雪良, 薛枫. 隧道窑焙烧过程温度监测方案设计. 砖瓦, 2002, (3) : 32～ 33.
图1
因此可以得出第七缸的燃烧系统着火晚, 燃烧不 充分, 燃烧期延长, 爆发压力降低, 因而动力输出不足 的结论。 造成系统动力差的原因可能是进排气系统的 气 密 性 不 好, 或 者 是 燃 油 系 统 的 故 障。 因 此 应 用 H ilbert 时频谱分析能够诊断出系统存在故障。
经过对第七缸的燃油系统进行检查分析, 发现第 七缸的喷油泵的高压油管与喷油器连接处漏油。 由于 燃油系统漏油, 造成喷油滞后, 直接影响到可燃混合气 的形成, 从而着火晚, 喷油压力降低和喷油期延长造成 燃烧结束延迟, 爆发压力降低, 使系统的动力性能降 低。 因此应用局域波时频分析方法对其振动信号进行 分析, 并进行燃油系统的故障诊断是有效的。
的分布式数据采集、转换模块, 每个模块有 8 个热电偶 输入端子 (6 个差动输入, 两个共模输入) , 具有 485 通 讯端口, 直接挂在 485 通讯总线上, 可在线设置冷端补 偿、进行放大倍数和偏移的校准。
交2直流变换器 (直流开关电源) : 为热电偶变换模 块提供所需的 24V 直流电源。
图2
4 结束语
本系统是结合当前故障诊断和在线监测发展的前 沿科技, 与舰船主机的实际情况相结合, 应用目前十分 先进的局域波分析技术来监测和诊断主机系统的故 障, 实践证明是行之有效的。它能够及时准确地发现故 障, 从而避免造成更大的损失。 参考文献 1 盖强, 马孝江, 张海勇, 等. T he p artial w ave m ethod fo r
The D es ign of Tem pera ture M on itor ing System of Tunnel K iln
Yu Chunm ei L i L eim in
(S chool of Inf orm a tion and C on trol E ng ineering , S ou thw est U n iv ersity of S cience and T echnology , M iany ang 621010, C h ina)
实用性。
(下转第 172 页)
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仪 器 仪 表 学 报 第 2 5 卷
警。 用局域波时频分析方法[1] 得出两缸内燃烧爆发阶
段的 H ilbert 时频谱如图 1、2 所示。图中颜色深浅表示 信号能量的大小。 从时频分析图中可以看出第六缸的 爆发阶段的能量分布主要集中在 5kH z 的中低频段 内, 而第七缸的能量分布主要集中在 8kH z 的高频范 围内。 第七缸的时频分析图中的频域特征分布不符合 柴油机爆发阶段的频率范围应主要集中在中低频域内 这个理论。 因此可以判断第七缸存在故障。
空气开关: 交流电源的通、断路及保护。 系统 共 有 3 个 通 讯 转 换 器 ( Iso lated R S2232 to R S2485 Converter typ e: A dam 24520)。 412 管理工控机 管理工控机选择 IPC2610, 由组态软件设计人机 操作界面并完成温度显示、存储等功能。工控机 COM 1 口接一个 R S232 R S485 通讯转换器和 6 个 ADAM 2 4018 模块以采集数据, COM 2 接一个通讯转换器与办 公室监控机通讯。 主要实现以下功能: ( 1) 数据采集: 通过 485 通讯总线采集 36 个测温 点 (6 个热电偶转换模块) 的数据, 并存入数据库。 (2) 数据显示: 将当前数据在计算机屏幕上显示和 显示温度分布曲线。 (3) 数据查询: 保存数据, 提供半年的历史数据查 询。 (4) 超限报警: 当超过警戒温度时, 报警。 (5) 为上级远程监控机提供数据。 413 系统通讯 远程监控机与管理工控机通讯, 提供远程数据查 询、打印功能。 414 监控软件 软件设计一般基于以下几个原则: 设备无关性、多 种工艺流程适应性、采用标准工业数据库、具有与管理 系统的接口连接问题。 为缩短开发周期和提高软件质 量, 选用世纪星组态软件作为开发工具, 根据系统要求 进行画面的设计、数据库定义、动画连接、设备安装及 命令语言的编写等, 整个过程非常简单且软件可靠性 得到极大提高。
the ana lysis of non2sta tiona ry signa ls and its u se in fau lt d iagno sis. P roc of In terna tiona l Sym po sium on T est and M ea su rem en t [C ], Shangha i, 2001, 1465～ 1468.
图 1 系统结构图
图 2 温度检测环节硬件构成
4 系统设计
温度检测系统是由智能变送器为主构成的前级变 送箱、管理 PC 工控机和远程监控机三级构成, 各级间 由 R S2485 总线作为数据通道。 411 前级变送箱
由空气开关, 交2直流变换器, 热电偶温度变送模 块A dam 4018 构成。共采用智能温度变送器 6 个, 每个 接 6 支热电偶; 开关电源采用 2 个; 系统共有 3 个箱 体。 各部分主要功能如下。
1 引 言
3 设计方案
隧道窑温度检测在陶瓷生产过程中非常重要, 它 不仅关系到产品的质量, 而且对于产品的产量也有直 接的影响。由西南科技大学承接的国际合作项目“隧道 窑温度检测系统”主要进行窑内各特定点的温度检测、 显示与报警, 其主体是南非某陶瓷制品生产工业窑炉。 这里主要介绍温度检测系统的设计过程。
Abstract T he tem p eratu re m on ito ring of tunnel k iln p layed a necessary ro le in po t tery m anufactu ring. H ere the indu st rial com p u ter and the field netw o rk are u sed, and the tem p eratu re of tunnel k iln is m on ito red by the R S485 field bu s con sisted of in telligen t m odu les, so that the au tom at ion level of p roduct ion m anagem en t is im p roved ef2 fect ively. Key words T em p eratu re m on ito ring R S485 field bu s T unnel k iln
从时频分布图中还可以看出, 第六缸的缸盖爆发 阶段的能量要比第七缸的能量集中, 爆发阶段占用的 时间也比第七缸的缸盖爆发阶段占用的时间短。 从时 间所对应的能量分布的范围可以得出第七缸的缸内的 燃烧阶段比第六缸的时间长。 通过分析能量主要集中 的范围, 即出现最高爆发压力的阶段可以看出, 第六缸 的最高爆发力时刻要比第七缸的早 2m s, 说明第六缸 的着火要比第七缸着火早。
2 系统要求
本系统要求完成 36 个温度检测点的热电偶输出 电势的采集、转换及冷端补偿。窑控制室能对各检测点 温度进行监测、显示、报警、查询。其监测界面实时显示 36 个测点温度数值和温度分布曲线, 可对当日及以前 监测数据和监测曲线进行查询、显示和打印, 要求数据 保存时间至少半年。 另外办公室应能对隧道窑实时运 行温度及历史数据进行调阅和打印等。
170
仪 器 仪 表 学 报 第 2 5 卷
由于陶瓷生产过程中温度是连续缓慢变化的, 一 般的 测 量 设 备 都 能 满 足 现 场 的 测 量 要 求。 通 常 有 PL C、智能模块、板卡+ PC 等几种测量方案可供选择, 而智能模块有基于 PC 的非常丰富的编程资源和庞大 的程序员队伍, 组网布线简单, 易于形成管理信息, 测 量精度高, 成本较低, 便于维修和扩充, 易于形成集成 化、模块化结构, 因此成为首选。 考虑到被测量是温度 信号, 所以选用研华公司 ADAM 24018 模块作为各测 控点。 系统结构图及测温环节的硬件构成分别如图 1 与图 2。
第 25 卷第 4 期增刊
仪 器 仪 表 学 报
2004 年 8 月
隧道窑温度检测大学信息与控制工程学院 绵阳 621010)
摘要 隧道窑温度检测是陶瓷生产过程中必不可少的环节。借助工业 PC 机和现场网络, 利用智能模块组成基于 R S485 的隧 道窑温度检测系统, 使生产和管理一体化, 有效提高了自动化水平。 关键词 温度检测 R S485 隧道窑
5 结束语
本系统采用分布式的数据采集模块, 模块设置在
数据采集点中心, 热电偶接线短, 干扰小, 接线方便; 系
统实现了模块化, 硬件设计和安装工作量小, 可靠性
高, 维护方便; 数据采集采用 R S 485 总线, 通讯距离
长、可靠性高, 扩充方便; 软件设计采用了组态软件, 缩
短了开发周期。 现场使用结果说明了设计的可靠性与
由于隧道窑温度比较高, 高温段可达 900℃以上。 而热电偶的测温范围较宽, 从- 50～ 1600℃甚至可高 达 2800℃并有较好的测量精度。而且热电偶产品已标 准化、系列化, 易于选用, 所以选择热电偶作为测量前 端。考虑到要求的测温范围为 0～ 1200℃, 选择测温范 围为 0～ 1300℃、分度号为 K (EU 22) 的镍铬2镍硅热电 偶。
(上接第 170 页)
参考文献
1 陈小虎, 王汉功. 大型复杂设备分布式状态检测系统的研 究与实现. 电子技术应用, 2001, (6) : 28～ 29.
2 刘雪良, 薛枫. 隧道窑焙烧过程温度监测方案设计. 砖瓦, 2002, (3) : 32～ 33.
图1
因此可以得出第七缸的燃烧系统着火晚, 燃烧不 充分, 燃烧期延长, 爆发压力降低, 因而动力输出不足 的结论。 造成系统动力差的原因可能是进排气系统的 气 密 性 不 好, 或 者 是 燃 油 系 统 的 故 障。 因 此 应 用 H ilbert 时频谱分析能够诊断出系统存在故障。
经过对第七缸的燃油系统进行检查分析, 发现第 七缸的喷油泵的高压油管与喷油器连接处漏油。 由于 燃油系统漏油, 造成喷油滞后, 直接影响到可燃混合气 的形成, 从而着火晚, 喷油压力降低和喷油期延长造成 燃烧结束延迟, 爆发压力降低, 使系统的动力性能降 低。 因此应用局域波时频分析方法对其振动信号进行 分析, 并进行燃油系统的故障诊断是有效的。
的分布式数据采集、转换模块, 每个模块有 8 个热电偶 输入端子 (6 个差动输入, 两个共模输入) , 具有 485 通 讯端口, 直接挂在 485 通讯总线上, 可在线设置冷端补 偿、进行放大倍数和偏移的校准。
交2直流变换器 (直流开关电源) : 为热电偶变换模 块提供所需的 24V 直流电源。
图2
4 结束语
本系统是结合当前故障诊断和在线监测发展的前 沿科技, 与舰船主机的实际情况相结合, 应用目前十分 先进的局域波分析技术来监测和诊断主机系统的故 障, 实践证明是行之有效的。它能够及时准确地发现故 障, 从而避免造成更大的损失。 参考文献 1 盖强, 马孝江, 张海勇, 等. T he p artial w ave m ethod fo r
The D es ign of Tem pera ture M on itor ing System of Tunnel K iln
Yu Chunm ei L i L eim in
(S chool of Inf orm a tion and C on trol E ng ineering , S ou thw est U n iv ersity of S cience and T echnology , M iany ang 621010, C h ina)
实用性。
(下转第 172 页)
172
仪 器 仪 表 学 报 第 2 5 卷
警。 用局域波时频分析方法[1] 得出两缸内燃烧爆发阶
段的 H ilbert 时频谱如图 1、2 所示。图中颜色深浅表示 信号能量的大小。 从时频分析图中可以看出第六缸的 爆发阶段的能量分布主要集中在 5kH z 的中低频段 内, 而第七缸的能量分布主要集中在 8kH z 的高频范 围内。 第七缸的时频分析图中的频域特征分布不符合 柴油机爆发阶段的频率范围应主要集中在中低频域内 这个理论。 因此可以判断第七缸存在故障。
空气开关: 交流电源的通、断路及保护。 系统 共 有 3 个 通 讯 转 换 器 ( Iso lated R S2232 to R S2485 Converter typ e: A dam 24520)。 412 管理工控机 管理工控机选择 IPC2610, 由组态软件设计人机 操作界面并完成温度显示、存储等功能。工控机 COM 1 口接一个 R S232 R S485 通讯转换器和 6 个 ADAM 2 4018 模块以采集数据, COM 2 接一个通讯转换器与办 公室监控机通讯。 主要实现以下功能: ( 1) 数据采集: 通过 485 通讯总线采集 36 个测温 点 (6 个热电偶转换模块) 的数据, 并存入数据库。 (2) 数据显示: 将当前数据在计算机屏幕上显示和 显示温度分布曲线。 (3) 数据查询: 保存数据, 提供半年的历史数据查 询。 (4) 超限报警: 当超过警戒温度时, 报警。 (5) 为上级远程监控机提供数据。 413 系统通讯 远程监控机与管理工控机通讯, 提供远程数据查 询、打印功能。 414 监控软件 软件设计一般基于以下几个原则: 设备无关性、多 种工艺流程适应性、采用标准工业数据库、具有与管理 系统的接口连接问题。 为缩短开发周期和提高软件质 量, 选用世纪星组态软件作为开发工具, 根据系统要求 进行画面的设计、数据库定义、动画连接、设备安装及 命令语言的编写等, 整个过程非常简单且软件可靠性 得到极大提高。
