CN102759279B - 工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，智能烧嘴控制器包括单片机主控模块以及和所述单片机主控模块相连的火焰监测模块、工况环境监测模块、两级电源切换模块、阀门制动模块、点火过程指示器、燃烧指示器、故障指示器、存储模块和通信诊断模块。本发明能提高编程的灵活性、更好的适应实际工况并降低成本，能提高防瞬间高电压冲击能力，能实时采集工况参数并能和工业现场的PLC进行通信，能够实现原料管道的复用、降低管道铺设和原料设计的成本。

Description

工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器

技术领域

本发明涉及工业炉窑热处理领域，特别是涉及一种工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器。

背景技术

以天然气等可燃性气体为燃料的工业炉窑在热处理领域运用越来越广，但是天然气本身易燃易爆，使用的安全可靠性特别重要，所以针对工业炉窑的现场环境和加热对象，研发智能烧嘴控制器具有安全灵活的作用。工业炉窑热处理的工艺过程复杂，流程长，所以多个烧嘴控制器分布式测量能有效提高温度控制精度、降低故障率，保证工业炉窑的工况连续稳定，达到节能环保的目的。目前在工业炉窑热处理领域，烧嘴控制器已经广泛运用，但在灵活性和通用性方面的不足主要体现在：(1)现有烧嘴控制器在工程设计安装时，已经确定选型，不能根据实际工况的改变而调整参数；(2)现有烧嘴控制器只接收可编程控制器(PLC)的命令，没有将现场工况收集并返回给控制室；(3)现有烧嘴控制器与烧嘴、管道是一一对应的，没有充分利用工业炉窑点火与熄火之间的时间差来进行管道复用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，能提高编程的灵活性、更好的适应实际工况并降低成本，能提高防瞬间高电压冲击能力，能实时采集工况参数并能和工业现场的PLC进行通信，能够实现原料管道的复用、降低管道铺设和原料设计的成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，智能烧嘴控制器包括单片机(MCU)主控模块、火焰监测模块、工况环境监测模块、两级电源切换模块、阀门制动模块、点火过程指示器、燃烧指示器、故障指示器、存储模块和通信诊断模块；所述单片机主控模块分别与所述火焰监测模块、所述工况环境监测模块、所述两级电源切换模块、所述阀门制动模块、所述点火过程指示器、所述燃烧指示器、所述故障指示器、所述存储模块和所述通信诊断模块相连。

进一步的改进是，所述两级电源切换模块连接有瞬间高压抑制器。

进一步的改进是，所述智能烧嘴控制器形成于两块PCB板上并在所述两块PCB板之间垫有一层防灰尘的塑料薄板，在所述两块PCB板上分别形成有所述智能烧嘴控制器的控制信号部分和执行器部分；所述控制信号部分的PCB板由一个铁盒密封，所述控制信号部分的PCB板在所述铁盒外部和所述执行器部分的PCB板相连。所述控制信号部分包括所述单片机主控模块、所述工况环境监测模块、所述阀门制动模块、所述存储模块和所述通信诊断模块；所述执行器部分包括所述火焰监测模块、所述两级电源切换模块、所述点火过程指示器、所述燃烧指示器、所述故障指示器。

进一步的改进是，所述单片机主控模块的Flash中固化有控制逻辑软件，所述单片机主控模块的JTAG口为所述智能烧嘴控制器的运行参数调节端口。

进一步的改进是，至少一个所述智能烧嘴控制器作为DP智能从站，工业炉窑的可编程控制器通过Profibus-DP通信接口和所述智能烧嘴控制器进行通信连接。

进一步的改进是，所述工业炉窑的一路燃气分为多条支路，各所述支路上分别设置有燃气阀门，各所述支路的燃气阀门的开关控制信号分别一个所述智能烧嘴控制器相连。

本发明的有益效果为：

1、高速MCU作为智能烧嘴控制器的主控模块，控制逻辑通过软件固化在Flash中，可以通过预留的JTAG口来调整智能烧嘴控制器运行参数，更好的适应实际的工况，增加了智能烧嘴控制器的灵活性。

2、把智能烧嘴控制器做Profibus-DP智能从站化设计，利用工业现场的PLC组态优势，可以直接通过Profibus-DP通信接口控制智能烧嘴控制器的运行和收集现场温湿度等环境参数，并进入后台数据库进行记录。

3、根据工业炉窑点火与熄火之间的时间差对原料供应管道进行复用设置，简化了现场的管道铺设也降低了原料设计的成本。

4、两级电源切换模块采用两级电源电池切换模式，在主电源失效的模式下，还有电池方案可以保证智能烧嘴控制器的正常运行，提高了智能烧嘴控制器运行的稳定性。瞬间高压抑制器的设计使本发明的防瞬间高电压冲击能力更强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例智能烧嘴控制器结构示意框图；

图2是本发明实施例工业炉窑温度控制过程示意图；

图3是本发明实施例智能烧嘴控制器与管道连接图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器包括MCU主控模块1、火焰监测模块2、工况环境监测模块3、两级电源切换模块4、瞬间高压抑制器5、阀门制动模块6、点火过程指示器7、燃烧指示器8、故障指示器9、存储模块10和通信诊断模块11；所述MCU主控模块1分别与所述火焰监测模块2、所述工况环境监测模块3、所述两级电源切换模块4、所述阀门制动模块6、所述点火过程指示器7、所述燃烧指示器8、所述故障指示器9、所述存储模块10和所述通信诊断模块11相连；所述瞬间高压抑制器5与所述两级电源切换模块4连接。

其中，所述火焰监测模块2与所述主控模块1的A/D口连接；所述两级电源切换模块4与所述主控模块1的电源、地引脚连接；所述阀门制动模块6、所述点火过程指示器7、所述燃烧指示器8和所述故障指示器9分别于所述主控模块1的IO口相连；所述存储模块10与所述主控模块1的I2C总线相连；所述通信诊断模块11与所述主控模块1数据总线相连。

具体的来说，所述主控模块1采用Freescale公司生产的MC9S12DG128芯片。所述火焰监测模块2采用MAXIM公司的OP27放大器芯片，把燃气如天然气高温燃烧引起电离棒电子定向流动产生的微安级电流放大到AD变换器能感知的精度。所述工况环境监测模块3采用昆明西化仪公司的温湿度传感器XST-TD，主要采集工况的温湿度信息。所述两级电源切换模块4采用Intersil公司支持自动后备电池切换的ICL7673芯片，可方便的切换电源供电和电池供电模式，有效的保护了控制器的稳定性。所述瞬间高压抑制器5采用TVS，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。所述阀门制动模块6采用TYCO公司的V23061-A1005-A302继电器，控制燃气阀和空气阀的开闭，机械寿命可达10⁶次。所述点火过程指示器7采用八段数码管显示数字，根据数据字典对应点火过程中各个阶段的状态。所述烧指示器8采用黄色LED灯显示燃烧状态。故障指示器9采用红色LED灯显示故障状态。存储模块10采用TI公司的24L08芯片，记录在使用工程中发生的故障信息。所述通信诊断模块11采用DP接口，具体可以是VIPA公司的VPC3+C芯片。利用VPC3芯片集成的DP协议自动识别诊断帧模式，把诊断帧的内容通过解析以中文状态显示到黑白液晶屏上，方便诊断相关信息。

本发明实施例工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器功能模块化，既可以作为一个完整的个体控制单个烧嘴，也可以和PLC或者DCS控制***结合起来实现对整个工艺流程的控制。采用可编程模式MCU作为主控制器，控制逻辑通过软件固化在Flash中，可以通过预留的JTAG口来调整所述智能烧嘴控制器运行参数。所述两级电源切换模块4采用两级电源电池切换模式，在主电源失效的模式下，还有电池方案可以保证烧嘴控制器的正常运行。此外，烧嘴控制器做Profibus-DP智能从站化设计，利用工业现场的PLC组态优势，可以直接通过Profibus-DP通信接口控制所述智能烧嘴控制器的运行和收集现场温湿度等环境参数，并记录在所述存储模块10中方便维修时有据可查。控制信号部分与执行器部分分两块PCB板设计，减少电磁干扰。在继电器与PCB间再垫一层塑料薄板，让现场灰尘只积在PCB和薄板之间保护了元件。把控制信号部分设计好用一个铁盒密封后再和执行器板连接，防尘防电磁干扰。所述控制信号部分包括所述MCU主控模块1、所述工况环境监测模块3、所述阀门制动模块6、所述存储模块10和所述通信诊断模块11；所述执行器部分包括所述火焰监测模块2、所述两级电源切换模块4、所述点火过程指示器7、所述燃烧指示器8、所述故障指示器9。

如图2所示，为本发明实施例工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器适用的工业炉窑温度控制过程示意图。在钢铁厂的L2层上位机上设定某段工艺的温度，然后下发到PLC上，由PLC通过时序逻辑控制一段工艺流程上若干个所述智能烧嘴控制器，所述智能烧嘴控制器通过开闭燃气阀空气阀控制烧嘴火焰的大小，炉窑的温度随之变化，通过温度传感器把炉温及时传递到上位机，方便其做决策。

如图3所示，是本发明实施例智能烧嘴控制器与管道连接图。以三组所述智能烧嘴控制器为例，所述智能烧嘴控制器的输出信号控制燃气阀的开闭，所述智能烧嘴控制器的输入是火焰燃烧电离产生的微安电流信号。一路燃气过来可以通过三个支路分别装上燃气阀门，管道部分启动时空气先行，关闭时燃气先行的控制方式，这样可以提高燃气的燃烧效率。各所述智能烧嘴控制器都作为DP智能从站与PLC进行通信，获得PLC的实时控制。若布置的距离过长，考虑到总线路径长度产生的信号衰减，在路径中间设置总线转发器进行中继。在一段工艺中，PLC通过时序逻辑控制其上若干个所述智能烧嘴控制器的运行于关断，在任一时刻都有烧嘴控制器在消耗燃气，进而实现了的燃气空气管道的复用。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，其特征在于，智能烧嘴控制器包括单片机主控模块、火焰监测模块、工况环境监测模块、两级电源切换模块、阀门制动模块、点火过程指示器、燃烧指示器、故障指示器、存储模块和通信诊断模块；所述单片机主控模块分别与所述火焰监测模块、所述工况环境监测模块、所述两级电源切换模块、所述阀门制动模块、所述点火过程指示器、所述燃烧指示器、所述故障指示器、所述存储模块和所述通信诊断模块相连；

所述单片机主控模块的Flash中固化有控制逻辑软件，所述单片机主控模块的JTAG口为所述智能烧嘴控制器的运行参数调节端口，通过所述JTAG口来调整所述智能烧嘴控制器的运行参数；

至少一个所述智能烧嘴控制器作为DP智能从站，工业炉窑的可编程控制器通过Profibus-DP通信接口和所述智能烧嘴控制器进行通信连接，所述可编程控制器通过Profibus-DP通信接口控制所述智能烧嘴控制器的运行和收集现场温湿度环境参数并记录在所述存储模块中。

2.如权利要求1所述工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，其特征在于：所述两级电源切换模块连接有瞬间高压抑制器。

3.如权利要求1所述工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，其特征在于：所述智能烧嘴控制器形成于两块PCB板上并在所述两块PCB板之间垫有一层防灰尘的塑料薄板，在所述两块PCB板上分别形成有所述智能烧嘴控制器的控制信号部分和执行器部分；所述控制信号部分的PCB板由一个铁盒密封，所述控制信号部分的PCB板在所述铁盒外部和所述执行器部分的PCB板相连；所述控制信号部分包括所述单片机主控模块、所述工况环境监测模块、所述阀门制动模块、所述存储模块和所述通信诊断模块；所述执行器部分包括所述火焰监测模块、所述两级电源切换模块、所述点火过程指示器、所述燃烧指示器、所述故障指示器。

4.如权利要求1所述工业炉窑热处理分布式火焰温度智能烧嘴控制器，其特征在于：工业炉窑的一路燃气分为多条支路，各所述支路上分别设置有燃气阀门，各所述支路的燃气阀门的开关控制信号分别和一个所述智能烧嘴控制器相连。