一种燃料技术指标分析系统的制作方法

一种燃料技术指标分析系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种燃料技术指标分析系统，包括分析炉，安装在分析炉内的转盘，所述转盘上设置有多个坩埚孔；置于分析炉外且位于分析炉下方的电子天平；一端连接电子天平的称杆，所述称杆穿过分析炉底板进入分析炉且位于分析炉内部的一端具有托盘；用于驱动转盘转动以使不同坩埚孔移动至与所述托盘相匹配的位置的旋转电机；以及用于驱动转盘相对于所述托盘做上下运动以使坩埚孔中的坩埚与所述托盘接触或分离的步进电机。本发明中测试环境与燃料真实的工业环境更加一致，有助于获得更准确的燃料技术指标。另外，本发明还能节省器件成本；自动化程度高；操作简单，使用方便；能远程获得测量的实时信息；稳定性与安全性高。
【专利说明】一种燃料技术指标分析系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化与工业仪表【技术领域】，具体地说，本发明涉及一种燃料技术指 标分析系统，如针对煤炭、石油等可燃物质的水分、灰分、挥发分以及固定碳含量等技术指 标的测试分析系统。

【背景技术】
[0002] 燃料工业分析在火力发电等工业领域中有着极其重要的作用，它包括挥发分、水 分、灰分和固定碳等分析项目。在实际的工业应用中，燃料中的水分在锅炉中不能燃烧，蒸 发时会消耗大量热量，导致炉膛温度下降，煤粉着火困难；灰分含量高，会降低燃料的发热 量，使锅炉燃烧不正常，事故率增加，环境污染严重，给锅炉设备造成很大磨损，缩短设备的 使用寿命；挥发分的高低对燃料的着火燃烧过程有较大的影响，挥发分高的燃料易着火，燃 烧稳定，但火焰温度较低，相反，挥发分低的燃料，不易点燃，燃烧不稳定，严重时还能引起 熄火；固定碳可用来计算燃烧设备的效率。因此，为了使燃料易于燃烧，保证炉膛热强度，提 高锅炉热效率，锅炉对其工业分析技术指标都有控制要求，因此非常有必要准确测定燃料 的工业分析技术指标。
[0003] 目前，煤质工业分析仪器主要采用热重分析技术，利用加热设备和电子天平实现 煤的水分、灰分和挥发分的测试测量。传统燃料工业分析通常是利用烘箱、马弗炉、电子天 平等工具和设备完成工业技术指标分析操作，这种工业分析方案需要由人工测试，操作较 繁琐、分析时间长、灵敏度低，环境湿度干扰大，很难实现快速准确测量。
[0004] 随着电子计算机技术发展，各种工业分析仪器自动控制技术获得不断改进、功能 也越来越强大，自动化程度越来越高。现有技术中，自动化工业分析仪包括分析炉和在分析 炉一侧或两侧设置的天平和用于自动送取样的机械臂等机构部件。在使用时，机械臂将称 样天平上称好的样品通过分析炉的炉门（即进口）送入，在分析炉内完成加热干燥获得分 析数据后，再将样品送回原天平，或者通过另一炉门（即出口）将样品送至另一个天平进行 称样，最后将前后两次称样的数据进行计算处理得出样品测量结果。自动化工业分析仪作 为一种非常实用的分析仪器，能够大幅度降低化验室实验人员的工作量和实验分析成本， 提高工作效率，尤其是大幅度缩短分析周期，对连续化的冶金化工生产极为重要。然而，在 大批量的煤质工业分析过程中，自动送取样机构需要不停地将多个样品平稳地从炉外移送 至炉内，再从炉内移送至炉外，设计要求高，成本高昂，稳定性低，检测速度慢。


【发明内容】

[0005] 因此，本发明的任务是提供一种自动化程度高、工作效率高、准确度高且成本低的 燃料技术指标分析系统。
[0006] 本发明提供了一种燃料技术指标分析系统，包括分析炉，安装在分析炉内的转盘， 所述转盘上设置有多个坩埚孔；置于分析炉外且位于分析炉下方的电子天平；一端连接电 子天平的称杆，所述称杆的穿过分析炉底部进入分析炉内部，且位于分析炉内部的一端具 有托盘；用于驱动转盘转动以使不同坩埚孔移动至与所述托盘相匹配的位置的旋转电机； 以及用于驱动转盘相对于所述托盘做上下运动以使坩埚孔中的坩埚与所述托盘接触或分 离的步进电机。
[0007] 其中，所述分析炉的底板上留有通孔，所述通孔的尺寸使得称杆和底板之间留有 间隙，所述燃料技术指标分析系统还包括设置在所述电子天平与分析炉之间的防风罩。
[0008] 其中，所述的燃料技术指标分析系统还包括位于所述分析炉上方的第二分析炉和 在所述分析炉下方固定的送样杆，所述第二分析炉与所述分析炉之间用可开闭的隔热板隔 开，所述分析炉下方设置送样杆，所述送样杆能够从所述转盘下方将所述转盘的坩埚孔中 的坩埚顶起并进入所述第二分析炉。
[0009] 其中，还包括控制及数据处理模块，所述控制及数据处理模块用于控制所述分析 炉和所述第二分析炉的炉内温度以及获取测试数据。
[0010] 其中，所述控制及数据处理模块包括MCU模块，以及与MCU模块互联的上位机模 块、独立保护模块、温度控制模块、加热模块、天平模块、电机控制模块和温度采集模块。
[0011] 其中，所述温度控制模块用于在温度上升速度超过阈值时，触发PID温度调节直 至温度逐渐趋于稳定。
[0012] 其中，所述MCU模块基于AVR芯片构建。
[0013] 其中，所述上位机模块采用基于ARM9核心芯片组建的可实现触摸式操作的上位 机嵌入式操作显示系统。
[0014] 其中，所述MCU模块与所述天平模块之间通过基于RS485协议的通信链路实现互 联。
[0015] 其中，所述控制及数据处理模块还包括与MCU模块互联的无线传输模块。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：
[0017] 1、本发明坩埚的称量可以直接在分析炉内完成，测试环境与燃料真实的工业环境 更加一致，有助于获得更准确的燃料技术指标。
[0018]2、本发明不需要使用机械臂等复杂机构，有利于节省器件成本。
[0019] 3、本发明能够在同一个密封设备中同时对灰分空气干燥煤样和挥发分空气干燥 煤样进行试验后得到灰分值和挥发份值，适应工业现场快速在线分析的要求。
[0020] 4、本发明自动化程度高。
[0021] 5、本发明操作简单，使用方便。
[0022] 6、本发明不仅能够进行在线分析，而且还能远程获得测量的实时信息。
[0023]7、本发明具有独立保护装置，稳定性与安全性高。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
[0025]图1是本发明一个实施例的燃料技术指标分析系统的机械结构图；
[0026]图2是本发明一个实施例的燃料技术指标分析系统的电学模块示意图；
[0027]图3是本发明另一个实施例的燃料技术指标分析系统的机械结构图；
[0028]图4是本发明另一个实施例的燃料技术指标分析系统中送样杆及其工作原理示 意图；
[0029]图5是本发明一个实施例的燃料技术指标分析系统中的温度控制的动态响应过 程。

【具体实施方式】
[0030] 根据本发明的一个实施例，提供了 一种燃料技术指标分析系统，该分析系统是一 种机电系统，图1、图2分别示出了该机电系统的机械结构示意图，和控制及数据处理模块 示意图。下面结合图1、图2分别介绍本实施例的机械结构和电学结构。
[0031] 如图1所示，本实施例的燃料技术指标分析系统包括：密封外罩1和置于外罩1内 的恒温炉2,恒温炉2中设置具有坩埚孔的转盘3,每个坩埚孔均可容纳一个坩埚31，坩埚孔 通常沿着转盘3的边缘设置，在一个例子中沿着转盘3边缘设置19个坩埚孔。转盘3中心 固定有转轴4,该转轴4连接步进电机5和旋转电机6,旋转电机5驱动转盘3围绕转轴4 旋转，步进电机5可以驱动转轴4进而带动转盘3精确地上下移动。在安装时，步进电机5 可以固定在恒温炉2的底板上，而转轴4也与恒温炉2的底板连接，这样步进电机5就可以 驱动转轴4进而带动转盘3精确地上下移动。步进电机5和旋转电机6均安装在密封外罩 1的底部，恒温炉2位于步进电机5和旋转电机6的上方。密封外罩1的底部还安装有电子 天平7,该天平7连接一称杆8,该称杆8穿过恒温炉2的底部进入所述恒温炉2内，称杆8 上具有托盘81，用于托起坩埚。其工作原理如下：工作状态下，转盘3中的坩埚孔中放置坩 埚，旋转电机6驱动转盘3旋转到指定位置，使得转盘3中的坩埚与称杆8上的托盘81位 置相匹配，此时步进电机5控制转盘3逐步下降，使得坩埚底部与托盘逐81渐接近直至接 触，之后步进电机5控制转盘3继续下降，使得坩埚与坩埚孔脱离接触，坩埚完全由托盘81 支撑。这样，电子天平7即可通过称杆8称量出坩埚及其中燃料样品的质量。再配合温度 采集模块所采集的恒温炉2温度数据，即可获得样品的水分和灰分测量数据。温度采集模 块包括设置于恒温炉2内的测温元件9。另外，所述外罩1的内壁还设置有气体入口 11，断 路器12、主机电源13和电炉电源14,气体入口 11用于向恒温炉内通入燃料工业技术指标 分析所需的氮气和氧气。断路器12用于加热回路过电流保护，主机电源13用于提供给仪 器内部电路板电源，即用于为步进电机、旋转电机以及燃料技术指标分析系统的数据处理 模块供电，电炉电源14用于为恒温炉2的加热系统供电。本实施例中，坩埚的称量可以在 炉内完成，测试环境与燃料真实的工业环境更加一致，有助于获得更准确的燃料技术指标。 另外，本实施例不需要使用机械臂等复杂机构，有利于节省器件成本。
[0032] 进一步地，恒温炉2的底板上留有通孔，这个通孔的尺寸略大于称杆8的横截面尺 寸，使得称杆8既能够穿过底板，又能确保称杆和底板之间留有间隙，即二者互不接触，这 样可以避免底板与称杆之间的摩擦力或者其它应力对天平的测量数据造成影响。更进一步 地，图1的实施例中还在电子天平7与恒温炉2之间设置了防风罩82,抑制恒温炉的底板通 孔处的气流对电子天平7所测数据造成影响。
[0033]图2示出了图1实施例的燃料技术指标分析系统的控制及数据处理模块示意图。 它包括：作为燃料技术指标分析系统控制中心的MCU模块，以及与MCU模块互联的上位机模 块、独立保护模块、无线传输模块、温度控制模块、加热模块、天平模块、电机控制模块和数 据采集模块。
[0034] 其中，MCU采用AVR单片机实现，在一个例子中，采用ATmegal6单片机。ATmegal6 是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时 钟周期指令执行时间，ATmegal6的数据吞吐率高达lMIPS/MHz，从而可以缓解系统在功耗 和处理速度之间的矛盾。本实施例中，MCU作为燃料技术指标分析系统的下位机的主控芯 片，采用ATmegal6芯片，通过UART指令与电子天平通信得到有关质量数据，经RS485接口 电路实现与PC机的通信操作，并且可以进一步构成更完善的系统或扩展成自动测控网络。 在分析炉中放置热电偶，通过温度检测模块实现温度数据的采集及热电偶冷端补偿，温度 数据可传送到ATmegal6进行处理，用分段式PID算法获得输出控制信号，驱动固态继电器 控制加热装置模块实现工业分析仪加热控制。
[0035] 本实施例中，上位机模块采用基于ARM9芯片的嵌入式操作系统WindowsCE6.0 开发中文触摸屏显示器，利用AIM9触摸屏技术替代传统工业计算机，运用文字、图像、解 说、动画等多种形式，直观、形象地把各种信息介绍给试验人员，给试验人员带来极大的方 便。触摸屏显示器提供良好的操作界面，可以依靠操作菜单向MCU数据处理模块发送操作 命令，同时接收MCU传送过来的数据，存储大量试验数据并分析试验结果，以数据库的形式 提供查询、打印生成报表等。上位机子系统内嵌在工业分析仪外壳的前部，使得工业分析仪 的体积减小，结构更加严谨，拆装运输过程中不易损坏。
[0036] 本实施例中，独立保护模块采用基于AVR芯片设计的专家独立保护装置。在试验 测量过程中，难免会遇到一些意外的发生，如分析仪温度过高、称量过程中坩埚错位、电机 升降过程中失控、氧氮气通口无法开通等，这些意外的产生不仅影响测量过程和测试结果 数据，而且会使工业分析仪受到损伤，使分析仪使用寿命缩短，严重时能导致事故发生。采 用基于AVR芯片设计的专家独立保护装置后，在测量前，可以实现硬件的自动检测、故障自 动判断并生成相应的检测报告单；在测量过程中，会监测硬件的工作状态，一旦发生意外状 态，专家独立保护装置会立刻采取保护措施，防止事故意外的发生，将损失危害降到最小， 延长工业分析仪的使用寿命，提高测量的稳定性与安全性。
[0037] 本实施例中，无线传输模块能够实现测量过程中数据的实时传输。目前的工业分 析仪采用的是在线分析，这样工业分析仪的使用不灵活，可扩展性不强。采用数据的无线传 输模块，试验人员可以在外面将一些数据（如试样质量数据等）通过无线模块传输给MCU 处理模块，也可以通过无线传输模块构建局域网，将测量过程的数据传输到远方的其他测 试设备，这样增加系统的适应性和扩展性，使得分析仪的使用更加灵活多变。
[0038] 本实施例中，数据采集模块采用热电偶，它可以采集炉内温度数据。在燃料工业分 析中，通常需要两种温度环境，即高温环境和低温环境。高温环境和低温环境的温度将分别 达到1000°C和200°C。本实施例中，采用K型热电偶来采集炉内温度。K型热电偶的材料为 镍铬-镍硅合金，其中正极镍89%，铬10%，负极镍94%，硅6%;测温范围为0°C?1300°C; 平均灵敏度为4uV/°C;具有线性度好，价格低廉的优点，也可在氧化及中性气氛中使用。 [0039] 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温 度梯度时，回路中就会有电流通过，这就是塞贝克效应（Seebeckeffect)。两种不同成份的 均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于 某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端 温度在〇°C时的条件下得到的。在实际使用中要求冷端保持0°C是不方便的，如果在室温下 测定则需要另加冷端补偿。本仪器采用MAXIM公司的K型热电偶变换器集成电路MAX6675 作为炉内的冷端补偿电路。该器件带有冷端补偿、信号放大，并将模拟电压经模/数转换器 (ADC)转换成12位数字信号输出，这将使温度测量仪表或温度测量、控制系统变得十分简 单。
[0040] 热电偶系统的测量精度可通过以下预防措施来提高：①尽量采用不能从测量区域 散热的大截面导线；②如必须用小截面导线，则只能应用在测量区域，并且在无温度变化率 区域用扩展导线；③避免受能拉紧导线的机械挤压和振动；④当热电偶距离较远时，应采 用双绞线作热电偶连线；⑤在温度额定值范围内使用热电偶导线；⑥避免急剧温度变化； ⑦在恶劣环境中，使用合适的保护套以保护热电偶导线；⑧仅在低温和小变化率区域使用 扩展导线；⑨保持热电偶电阻的事件记录和连续记录。
[0041] 本实施例中，温度控制模块采用了基于PID的控温算法，以便精确地控制温度。在 本实施例中，设计了高精度AD数据采集电路，能够保证在关键时刻点上采集到稳定可靠的 温度数据，利用PID控温算法实现控温性能的稳定型和可靠性。由于温度控制子系统是一 个惯性较大的子系统，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升； 当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际 的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这些因素都给温度控制带来了困难。因此，如 果在温度检测值（PV)到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设 定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值未到设定值时即关断输出，则可能 因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与 系统稳定性之间地矛盾，本实施例把温度控制分为两个阶段，如图5所示。
[0042] (l)PID调节前阶段
[0043] 在这个阶段，因为温区的温度距离设定值还很远，为了加快加热速度，SSR与发热 管处于满负荷输出状态，只有当温度上升速度超过控制参数"加速速率"，SSR才关闭输出。 "加速速率"描述的是温度在单位时间的跨度，反映的是温度升降的快慢，如上图所示。用 "加速速率"限制温升过快，是为了降低温度进入PID调节区的惯性，避免首次到达温度设定 值（SV)时超调过大。
[0044] 在这个阶段中若占空比K= 0,贝USSR关闭；若占空比K= 100 %，SSR全速输出， PID调节器不起作用，仅由"加速速率"控制温升快慢。
[0045] (2)PID调节阶段
[0046] 在这个阶段，PID调节器调节输出，根据偏差值计算占空比（0-100% )，保证偏 差（EV)趋近于零，即使系统受到外部干扰时，也能使系统回到平衡状态。
[0047] 在常规控制系统中，PID控制是迄今为止算法比较简单、功能比较完善、效果比较 好的一种控制算法，其一般形式为
[0048] u(n) =Kpe(n)+KX2e(n)+KDAe(n) (1)
[0049] 其中，n为米样序号；u(n)为第n次米样时刻的控制器输出，e(n)为第n次米样 时刻输入的偏差；Ae(n)为第n次米样时刻输入的偏差与第n-1次米样时刻输入的偏差之 差；KP为第比例增益而积分系数％ =KJ/%)而微分系数（KD=KPTD/T) ;T-采样周期； TD分别为积分时间常数和微分时间常数。
[0050] 本设计利用位置式PID算法，将温度传感器采样输入作为当前输入，然后与设定 值进行相减得偏差e(n)，然后再对之进行PID运算产生输出结果fwt，然后让f；ut控制定时 器的时间进而控制加热器。为了方便PID运算，建立一个PID的结构体数据类型，该数据类 型用于保存PID运算所需要的P、I、D系数，以及设定值，历史误差的累加和等信息。
[0051] 由于控制对象程序升温时，其特性变化较大，若采用一组固定的PID参数，则各温 区的控制效果不能兼顾，控制效果较差。因此，关键问题在于设计出一个PID参数随温区的 不同而自动调整到最佳值上的控制器，可以将整个测温范围分为平衡阶段和升温阶段2个 温区，在升温阶段，PID控制电阻丝功率增大，使温度迅速上升；在平衡阶段，电阻丝功率降 低，使温度逐渐趋于稳定，达到预定值。
[0052] 本实施例中，电机控制模块用于实现燃料技术指标分析系统的自动动作控制，它 能够实现除了将坩埚放置在转盘上和添加试样等初始动作之外的一切动作过程，这将大大 减少人工操作及其操作所带来的不便。本实施例中，步进电机能够自动将坩埚置于称杆上， 以便电子天平用来称量试样和坩埚的质量，旋转电机能够带动转盘转动，实现19个试样的 依次操作。另外，仪器背面还有通过电磁阀控制的氧氮瓶气路接口。
[0053] 本实施例中，天平模块是内置于外罩内的精密电子天平，与电子天平的通信协议 是按照电子天平的固定格式进行的。试验人员利用发明的全自动工业分析仪做煤质技术 指标工业分析实验时，每次都用标准试样做试验，验证全自动工业分析仪分析结果的可靠 性。
[0054] 图3示出了本发明的另一个实施例的机械结构示意图，如图3所示，本实施例在图 1实施例的基础上，在外罩之内增加了高温炉（高温炉也可称为第二分析炉，前文所述的恒 温炉也可称为第一分析炉或分析炉）而及相应的送样机构。下面结合图3对本实施例相对 于图1实施例的改进部分进行描述，本实施例中与图1实施例一致的部分，此处不再赘述。 如前文所述，本实施例中，在图1实施例的基础上，在外罩1之内增加了高温炉10及相应的 送样机构。恒温炉2和高温炉10之间通过隔热板104隔开，且隔热板104可以通过拖动装 置103开闭。在俯视角度上，高温炉的位置与天平的位置错开。高温炉下方设置有送样杆 102,图3中，送样杆102的数目为2。本实施例中，送样杆102采用耐高温的镍铬丝制成， 不易变形，两根送样杆102分别穿过恒温炉2底部，固定在两根送样金属延长杆上（两根送 样杆必须处于同一水平面），两根送样杆金属延长杆上的紧固螺钉均拧紧。两根送样杆102 的位置与转盘3上的两个坩埚孔位置匹配。在进行挥发分测定时，送样杆102通过升降电 机（即步进电机）的拖动上升，将坩埚顶起，送入高温炉10中，送样杆102将坩埚顶到升降 电机最高升降位置时停止，关闭隔热板104。图4示出了送样杆的工作原理示意图，其中左 边为俯视角度下的隔热板104,右边为主视角度下的隔热板104及送样杆102的示意图。送 样机构105 (例如升降电机）能够驱动送样杆102升降，从而实现送样杆102将转盘3 (图 4中未示出）坩埚孔中的坩埚31顶起，送入高温炉10中。隔热板104采用开合式结构，在 送样杆102的位置留有大小适宜的孔洞（如图4的左边部分所示），这样在送样杆102稳定 地顶住坩埚的同时，能够关闭隔热板104,保证隔热效果，隔热板104关闭之后便可以开始 挥发分测定。
[0055] 另外，图3中还示出了用于恒温炉加热的加热装置21，用于将天平7固定在外罩1 的底部并支撑天平7的支架71，安装于外罩1的底部的用于调整仪器整体水平的螺栓15， 位于高温炉内用于测温的热电偶91，位于恒温炉内用于测温的热电偶101，设置在外罩1上 的风扇16,它用于将试验过程中产生的烟粒排到室外。
[0056]图3的实施例中，燃料技术指标分析系统同样包括控制及数据处理模块，该控制 及数据处理模块与图2的实施例基本一致，只是其中电机控制模块还用于控制电机带动送 样杆将样品送到程序指定位置，例如从分析炉中取走样品（也就是取走带有试样的坩埚） 到炉外冷却盘中自然冷却，然后从冷却盘中取样品放置到转盘指定位置，通过转盘降动作 使坩埚顶在天平顶杆上面由天平实施称量动作，然后通过转盘自动上升、旋转动作转动到 其它位置，重复取样、称量和旋转转盘动作。
[0057] 图3的实施例中，转盘旋转采用交流电机，输入电压为AC220V，转速为每分钟5转。 交流电机采用带过零触发的固体继电器SSR(Solidstatereleys)来控制，SSR实现弱电 DC5V控制强电AC220V。电磁阀采用ULN2003控制，SSR和ULN2003的控制由CPLD完成。
[0058] 另外，由于送样杆实际运动过程不易返回检查信号，因此采用步进电机来实现运 动控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的 情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影 响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电 机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机在速度、位置等领域的控制非常 简单。
[0059] 选用步进电机的主要技术指标有步距角、静转矩和电流。本系统根据样品传送的 动作要求选用了两种二相四线步进电机，步距角为〇. 9/1. 8度，小功率旋转电机用于旋转 控制，大功率步进电机用于上升控制。
[0060] 步进电机的力矩与功率换算如下：
[0061]P=QXM(2)
[0062]Q= 231Xn/60 (3)
[0063] 将式⑵代入式⑶得
[0064]P= 231nM/60 (4)
[0065]其中P为功率，单位为瓦；Q为角速度，单位为弧度；n为转速，M为力矩，单位为牛 顿?米。
[0066] 步进电机驱动器采用串行脉冲控制，即每给一个步进脉冲，步进电机就变化一个 步距角。当需要步进电机连续运行时，控制系统就需不断地向驱动器输出控制脉冲，从而占 用了系统较多的运行时间，若系统的实时性要求较强时，编程人员必须严格考虑控制算法 程序和驱动程序的配合，使得二者不产生冲突，这就使得编程人员必须在编程方面花费很 多时间和精力。为了解决这些问题，可用CPLD器件控制驱动器，使控制方式和控制电路简 单，电机的控制驱动器电路不与ATmegal6单片机直接相连，起到了抗干扰的作用。
[0067] 进一步地，上述实施例中，除了具有正常的燃料技术指标工业分析功能外，还具有 以下功能：
[0068] (1)分析炉温度实时曲线显示区域可以实现与模拟转盘旋转动画根据实验步骤自 动切换，比如称量时显示为转盘转动的动画并显示当前的坩埚编号和天平数据，升温过程 中显示为分析炉温度实时数据曲线。
[0069] (2)试验过程中实时显示实验数据参数（如编号、坩埚空重、总重、样重、残重、结 果值等信息），实时状态显示（气体的通断、加热或者恒温、托盘的高低位置）。
[0070] (3)数据修正算法，通过添加相应的实验数据自回归修正算法实现试验结果值的 自动修正。
[0071] (4)数据管理方面：可以实现实验数据手工复算，实验数据微型打印和标准打印 功能，打印格式可以根据客户需求自定义，最终数据可以实现数据共享与上传，可根据工业 分析的结果值再通过相应的经验公式推算出样品的热值等相关数据。
[0072] (5)检测功能：系统开机后可以实现硬件的自动检测、故障自动判断并生成相应 的检测报告单。
[0073] 下面结合图3的实施例介绍使用本发明的燃料技术指标分析系统的方法。
[0074] 试验时首先对分析仪送样杆和转盘位置进行调整，观察送样杆是否在加热炉送样 杆插孔的中心（即是否碰到了炉壁），上位机运行机内的测试程序，打开功能下的硬件调 试，点击转盘复位，转盘复位后（即〇号，19号位置孔分别正对2根送样杆，如不对须调整转 盘位置）在转盘的〇号，19号位置孔放上坩埚，再点击送样杆上升，观察坩埚是否能被顶起 正常送到炉中（即坩埚外壁不碰转盘和炉壁）及坩埚不抖动且坩埚中下部和炉中热电偶冷 端处于同一水平面，以保证测试结果的平行性，使测量更加精确，否则请调整送样杆的高度 与中心位置。送样杆高度可通过调整送样杆插入送样金属延长杆的深度或送样金属延长杆 插入底座的深度来调整。遇到有送样杆不垂直情况时，也可通过旋转送样杆来调整送样杆 的中心位置。点击送样杆下降，观察坩埚是否能被正常送到炉中。依次送陶瓷转盘上的其 它坩埚到炉中，观察观察送样杆是否在炉送样杆插孔的中心，根据具体情况适当进行调整。 [0075] (1)挥发分测定流程
[0076] 运行系统的测试程序，进入工作测试菜单，输入相关的试样信息后仪器自动称量 空坩埚重量（注意：坩埚应该带盖。），空坩埚称量完毕，系统提示放置试样，然后系统称量 试样质量并开始加热高温炉。开始实验前按照提示打开炉盖，炉子散热风扇自动开启，隔热 板关闭，待高温炉温度到达900°C时，温度继续控制在（900± 10) °C。温度稳定2分钟后，打 开隔热板送〇号坩埚和19号坩埚至炉中后关闭隔热板灼烧7分钟，7分钟到后打开隔热板 将〇号坩埚和19号坩埚送回恒温炉中，然后送第1，2号坩埚到炉中关闭隔热板并灼烧7分 钟，7分钟后打开隔热板将1，2号坩埚送回，同时打开氮气阀（系统会打开氮气阀，向炉内 通氮气，气体流量控制在4?5L/min)，通氮2分钟后关闭氮气阀，以后每隔7分钟送2个 分析样品到炉中（隔热板自动开关），并将灼烧7分钟后的分析样品送回恒温炉中通氮2 分钟。待所有分析样品灼烧完毕后，隔热板关闭，散热风扇关闭，恒温炉开始加热并控制在 (120± 10) °C，按照提示盖上炉盖，所有分析样品在恒温炉中干燥冷却30分种后，以减少质 量占样品的百分数减去该煤样空气干燥水分含量作为煤样的挥发分。系统报出挥发分测定 结果，并打印结果或报表（如果在系统设置中设置了打印）。
[0077] (2)水分和灰分测定流程
[0078] 运行仪器的测试程序，进入工作测试菜单，输入相关的试样信息后仪器自动称量 空坩埚，空坩埚称量完毕，系统提示放置试样，然后系统称量试样质量并开始加热炉子（系 统会打开氮气阀，向炉内通氮气，气体流量控制在4?5L/min)先将炉子加热到107°C恒温 45分钟（指按国标方法，温度与恒温时间可自定义设置）后开始称量坩埚，当坩埚质量变化 不超过系统设定值（推荐为0. 0008克）时水分分析结束，系统报出水分测定结果，同时关 闭氮气阀，打开氧气阀，炉子继续加热至500°C恒温30分钟（快速法在此不恒温）后再加热 至815°C恒温，之后系统开始称量坩埚，当坩埚质量变化不超过系统设定值（推荐为0. 0008 克）时灰分分析结束，系统报出灰分测定结果，并打印结果或报表。
[0079] 试验人员采用标准煤质（编号为GBW11107j)对仪器进行检验，数据见表1。从表 1中可以看出，仪器测试值在标准值的范围内，说明试验仪器分析结果准确、可靠。
[0080]表1

【权利要求】
1. 一种燃料技术指标分析系统，包括分析炉，安装在分析炉内的转盘，所述转盘上设置 有多个坩埚孔；置于分析炉外且位于分析炉下方的电子天平；一端连接电子天平的称杆， 所述称杆穿过分析炉底板进入分析炉且位于分析炉内部的一端具有托盘；用于驱动转盘转 动以使不同坩埚孔移动至与所述托盘相匹配的位置的旋转电机；以及用于驱动转盘相对于 所述托盘做上下运动以使坩埚孔中的坩埚与所述托盘接触或分离的步进电机。
2. 根据权利要求1所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述分析炉的底板上 留有通孔，所述通孔的尺寸使得称杆和底板之间留有间隙，所述燃料技术指标分析系统还 包括设置在所述电子天平与分析炉之间的防风罩。
3. 根据权利要求2所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述的燃料技术指标 分析系统还包括位于所述分析炉上方的第二分析炉和在所述分析炉下方固定的送样杆，所 述第二分析炉与所述分析炉之间用可开闭的隔热板隔开，所述分析炉下方设置送样杆，所 述送样杆能够从所述转盘下方将所述转盘的坩埚孔中的坩埚顶起并进入所述第二分析炉。
4. 根据权利要求3所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，还包括控制及数据处 理模块，所述控制及数据处理模块用于控制所述分析炉和所述第二分析炉的炉内温度以及 获取测试数据。
5. 根据权利要求4所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述控制及数据处理 模块包括MCU模块，以及与MCU模块互联的上位机模块、独立保护模块、温度控制模块、加热 模块、天平模块、电机控制模块和温度采集模块。
6. 根据权利要求5所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述温度控制模块用 于在温度上升速度超过阈值时，触发PID温度调节直至温度逐渐趋于稳定。
7. 根据权利要求5所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述MCU模块基于AVR 芯片构建。
8. 根据权利要求7所述的燃料技术指标分析仪系统，其特征在于，所述上位机模块采 用基于ARM9核心芯片组建的可实现触摸式操作的上位机嵌入式操作显示系统。
9. 根据权利要求7所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述MCU模块与所述天 平模块之间通过基于RS485协议的通信链路实现互联。
10. 根据权利要求7所述的燃料技术指标分析系统，其特征在于，所述控制及数据处理 模块还包括与MCU模块互联的无线传输模块。
【文档编号】G01N5/04GK104330325SQ201410552493
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】丁国强, 熊明, 张志艳, 方洁, 郭凌云 申请人:郑州轻工业学院