专利名称：搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种窑炉控制装置，尤其涉及一种用于消除各种窑炉在运行过程中所产生烟尘的搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘的智能系统装置。
本实用新型的目的是这样实现的
1.一种搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘的智能系统装置，包括按键输入与显示启动单元、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元、补氧电机与补氧调节阀驱动单元，其特点是还包括一单片机单元，该单片机单元的外接端口分别与按键输入与显示启动单元、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接；一三次风调节阀控制信号隔离驱动单元，该三次风调节阀控制信号隔离驱动单元的外接端口分别与单片机单元、按键输入与显示启动单元、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接；一热电偶毫伏信号调理转换单元，该热电偶毫伏信号调理转换单元接受来自按键输入与显示启动单元和三次风调节阀控制信号隔离驱动单元的信号；所述的按键输入与显示启动单元与热电偶毫伏信号调理转换单元连接；所述的补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接；所述的电源与看门狗电路单元与上述各单元以及三次风调节阀驱动单元电连接，以提供工作电源及复位信号。
在上述的工业窑炉消烟除尘智能系统装置，其中，所述的单片机单元包括，单片机D1，与单片机D1连接的存储器D2，分别与单片机D1和存储器D2连接的触发器D3，分别与单片机D1、存储器D2、触发器D3连接的光电耦合器TLP1，分别与单片机D1、存储器D2、触发器D、光电耦合器TLP1连接的集成排阻RI1，与光电耦合器TLP1连接的集成排阻RI2，芯接插件J4-1和J4-2，与光电耦合器TLP1和芯接插件J4-1和J4-2连接的滤波电路C18、C19、C20、C21。
在上述的工业窑炉消烟除尘智能系统装置，其中，所述的热电偶毫伏信号调理转换与加煤控制单元包括，一用于产生偏置输入电压的精密电压基准电路D7，该精密电压基准电路D7的输出端通过芯接插件J9-1和J9-2与热电偶S连接，一通过芯接插件J8-1和J8-2与精密电压基准电路D7连接的用于热电偶冷端温度补偿的集成温度传感器AD590，与精密电压基准电路D7连接的运算放大器LM324，其中，运算放大器LM3243与LM3244的输入端与精密电压基准电路D7连接，运算放大器LM3241的输出端与转换器A3连接，与转换器A3连接的是高速光电隔离器D8。
本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术即采用补氧催化燃烧技术的消烟除尘通用型设备相比，具有以下的优点和积极效果第一，本实用新型由于针对人工加煤时其燃烧过程周期性变化特点和黑烟生成机理，改进人工加煤的操作程序，并在二次补风的基础上，增补了预热过的三次补风，使一次空气能满足燃烧过程的需要，从而能将黑烟较为彻底地除尽；第二，本实用新型由于根据窑炉的运行工况，将搪瓷/玻璃窑炉运行控制划分为加煤方式和捅炉方式，并且分别采用相应控制策略，从而能实现消烟除尘的目的；第三，本实用新型由于将现有技术中控制补氧催化燃烧过程的补氧调节阀由二段曲线控制方式该为三段曲线控制方式，即在调节阀的开启过程与关闭过程中增设了保持过程，使补氧曲线通过在线寻优(加煤)或工程整定(捅炉)能灵活地拟合不同窑炉实际消烟除尘所需的理论补氧量；第四，本实用新型由于在消烟除尘控制流程中增设了测温仪表，因此实现了对搪瓷/玻璃窑炉生产过程中温度的监控；第五，本实用新型由于在上述第三和第四的基础上，系统控制方式由人工设定的开环运行控制改为在线优化运行控制方式，在窑炉运行中，对于补氧量在增加和减小两个调节段仍按人工设定的优化整定曲线控制，而在保持最大设定阀位开度的控制段，保持时间长短是在线寻优得出的，即由智能控制器根据先前设备工况测控数据及当前设备工况(主要是温度)寻优结果，使炉膛内气氛符合最佳燃烧工况要求，收到补氧适量效果。
图5是图3层次电原理图中按键输入与显示启动单元的电原理图；图6是图3层次电原理图中补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元的电路原理图；图7是图3层次电原理图中电源与看门狗电路单元的电路原理图；图8是图3层次电原理图中补氧风机与补氧调节阀驱动单元的电路原理图；图9是图3层次电原理图中三次风调节阀控制信号隔离驱动单元的电路原理图；
图10是图3层次电原理图中热电偶毫伏信号调理转换的电路原理图；
图11是本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统控制装置的面板布置图；
图12是本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统控制装置后箱板布置图。
如图2所示，这是
图1的智能系统装置中硬件模块(功能单元电路)组成层次原理图。智能控制器部分以AT89C51单片机为核心，通过扩展外围接口控制电路而构成单片机单元系统。所述的智能控制器各硬件模块是在专用软件模块的运行控制下，实现整个智能系统装置的各种控制功能，其中主要是采集反映搪瓷/玻璃窑炉生产运行工况的热电势信号，控制补氧风机、补氧阀、送风机等部件的协调工作以及智能控制器所需的人机介面功能，最终达到本实用新型的设计目的。
主要软件模及实现的功能简述如下1.过程参数采集模块。它通过计数方式采集由调理电路输出的反映生产过程温度的脉冲信号，采样周期可在1～30s范围内设置。
2.补氧控制模块。所述的补氧量按照先补氧量和温度变化规律寻优，得出最佳补氧曲线，应用于本次加煤过程的补氧控制；3.补氧机和调节阀及送风机驱动模块。在加煤运行方式下，补氧机和调节阀按补氧控制模块得出的最佳补氧曲线控制；在捅炉运行方式下，补氧机和调节阀按整定得出的最佳补氧曲线控制。
4.五位七段LED数码管显示驱动与报警驱动模块。在参数设置状态下显示设置参数值；在正常运行状态下巡显工况参数；在系统诊断出故障或异常时显示代码。
5.控制键状态采入模块，实现智能系统装置按照操作人员的指令工作。
6.系统诊断模块。所诊断出的系统故障与异常有系统故障，代码为ERR01；过程参数越限报警，代码为ERR02；采样通道异常，代码为ERR03；调节阀工作异常，代码为ERR04；参数设置错误，代码为ERR05。
在本实用新型中主要介绍智能控制器的各功能单元与各设备协调工作的情况。
请参见图3所示，这是本实用新型实现搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置的层次电原理图。图3中，显示了组成智能控制器的各功能单元电路及其相互间的信号联系，本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置包括一单片机单元1，按键输入与显示启动单元2、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元3、电源与看门狗电路单元4、补氧电机与补氧调节阀驱动单元5，三次风调节阀控制信号隔离驱动单元6、一热电偶毫伏信号调理转换单元7，三次风调节阀驱动单元8。
在本实施例中，智能系统装置中智能控制器的各功能单元电路之间的信号联系是(1)单片机单元1主要有AT89C51单片机、AT24C01 EEPROM及加煤与捅炉按扭信号隔离采入电路组成。在单片机单元1中，AT89C51单片机除了通过端口连接完成AT24C01 EEPROM读写控制和加煤与捅炉按扭信号去抖动采集外，还通过端口连接①按键输入与显示启动单元2，实现系统运行参数设定、显示和对反映温度的频率信号采集；②补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元3，实现对补氧调节阀及补氧机的隔离驱动控制；③三次风调节阀控制信号隔离驱动单元6，实现对三次风调节阀的隔离驱动控制；④电源与看门狗电路单元4，实现系统安全可靠运行。
(2)补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元3的输出端连接至补氧风机和补氧调节阀驱动单元5的输入端。
(3)三次风调节阀控制信号隔离驱动单元6的输出端连接至三次风调节阀驱动单元7的输入端(未图示)。
(4)热电偶毫伏信号调理转换单元7接受热电偶的毫伏输出信号(未图示)，先在本单元中转换为对应的频率信号后，传送至按键输入与显示启动单元2，再由单片机单元81C55中的计数器完成频率/温度数值即接受单片机的控制信号。
根据上述智能控制器的构成，本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置工作过程是以单片机电路为主的控制单元1通过执行过程参数采集模块、补氧控制模块、补氧机和补氧调节阀及送风机驱动模块、控制键状态采入模块、五位七段LED数码管显示驱动与报警驱动模块等程序模块，使其他各电路单元协调工作，实现本实用新型的控制功能，即能够根据消烟除尘需要，按照反映生产过程的温度采集信号或功能按钮指令信号，通过输出驱动电路实现对补氧调节阀、补氧机、三次风调节阀和送风机的控制。
请结合图3参见图4所示，图4是图3层次电原理图中单片机单元的电路原理图。单片机单元1中包括，单片机D1，它采用的是型号为AT89C51的单片机集成电路芯片，用于采集信息，进行信息处理，并控制与之相连接的各单元的工作；与单片机D1连接的是型号为AT24C01的EEPROM存储器D2，用于存储系统的参数；分别与单片机D1和存储器D2连接的触发器D3，用于组成4分频器；分别与单片机D1、存储器D2、触发器D3连接的光电耦合器TLP1及其输入/输出端扩展外接的集成排阻RI1和RI2、芯接插件J4-1和J4-2、滤波电容C18、C19、C20、C21，组成了外接捅炉按键和加煤按键的隔离输入电路。
请结合图3参见图5所示，图5是图3层次电原理图中按键输入与显示启动单元的电原理图。该单元的电路组成及工作原理基本上与现有技术(中国专利号ZL00217570.3)中的图4基本相同，只是增加了实现频率信号(反映温度)采集功能，在此不作详细叙述。
请结合图3参见图6所示，图6是图3层次电原理图中补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元的电路原理图，该补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元与现有技术(中国专利号ZL00217570.3)中的图6完全相同。
另外，所述的三次风调节阀控制信号隔离驱动单元与图6所示的补氧调节阀控制信号隔离驱动电路的组成原理完全相同，为此，不再作详细的叙述。
请结合图3参见图7所示，图7是图3层次电原理图中电源与看门狗电路单元的电路原理图，该电源与看门狗电路单元与现有技术(中国专利号ZL00217570.3)中的图7基本相同，所改进之处是，由于在本实用新型的图4中已采用了AT24C01 EEPROM作为掉电数据保护存储器，因此本单元除去了原专利图7电路中的3.6V可充电镍铬电池及其浮充电部分，使之电路更为简化，数据保护更为安全、长久。
请结合图3参见图8所示，图8是图3层次电原理图中补氧风机与补氧调节阀驱动单元的电路原理图，该补氧风机与补氧调节阀驱动单元与现有技术(中国专利号ZL00217570.3)中的图5基本相同，在此不作详细叙述。
请结合图3参见图9所示，图9是图3层次电原理图中三次风调节阀驱动单元的电路原理图，该三次风调节阀驱动单元与图8中对应于补氧调节阀驱动部分的电路原理是相同的，为此不作详细叙述。
请结合图3参见
图10所示，
图10是图3层次电原理图中热电偶毫伏信号调理转换的电路原理图。该热电偶毫伏信号调理转换单元的电路构成包括，一用于产生偏置输入电压的精密电压基准集成电路芯片D7，型号为MC1403，所产生的偏置输入电压通过芯接插件J9-1和J9-2与热电偶S连接，一通过芯接插件J8-1和J8-2接入的用于热电偶冷端温度补偿的集成温度传感器AD590，用于作为热电偶冷端温度补偿；上述偏置输入电压、热电偶毫伏信号和热电偶冷端温度补偿信号合成后传输至由四运算放大器LM324构成的高性能数据采集放大器(实际应用了其中三个)，其中，运算放大器LM3243与LM3244的输入端与精密电压基准电路D7连接，运算放大器LM3241的输出端作为数据采集放大器的输出端与V/F转换器A3连接，转换器所输出信号的频率值正比于热电偶的测量温度；与转换器A3连接的是型号为6N135的高速光电隔离器D8，用于实现频率信号的隔离传输，高速光电隔离器D8的输出fout送入图5所示的按键输入与显示驱动单元，即D4芯片M81C55的片内计数器输入端。
如
图11和11所示，它们是本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置的面板和后箱板的布置图，其中1——设定参数和运行参数LED显示器，2——设备名称，3——生产单位名称，4——参数设置键，5——参数巡显键，6——参数增加键，7——参数减小键，8——参数存储键，9——报警确认键，10——加煤键，11——捅炉键，12——自动/手动加煤开关，13——补氧调节阀熔断器，14——风机运行单元熔断器，15——整个系统熔断器，16——电源开关，17——控制风机动作插座，18——补氧调节阀插座。
本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置，与现有技术工业窑炉消烟除尘智能控制器相比，进行了多项改进，主要包括1.利用搪瓷/玻璃窑炉自身的预热系统，增加了三次热风供风系统；2.增加了检测生产过程温度的测量仪表；3.重新优化设计了消烟除尘智能控制器的硬件和软件，具体主要有下面九项(1)增加了三次风调节阀的隔离驱动电路及其控制模块；(2)将搪瓷/玻璃窑炉运行科学地划分为加煤和捅炉两种运行控制方式分别加以控制；(3)增加了补氧曲线的最大设定开度保持时间控制段；(4)按照在线寻优修正实现最佳补氧曲线控制；(5)控制系统内核选用高性能的AT89C51单片微机；(6)重要设定数据采用EEPROM存储技术；(7)增设了热电偶毫伏信号调理与采集电路；(8)LED数码显示增加了工况参数的巡显功能；(9)新增了系统故障及异常的诊断与报警功能。
因此，本实用新型搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘智能系统装置具有如下主要特点1.针对人工加煤时其燃烧过程周期性变化特点和黑烟生成机理，解决了燃烧过程的周期性使之一次空气不能满足燃烧过程的需要这一难题；2.针对玻璃窑炉/搪瓷炉的特点，在原来补氧的基础上，增加了预热过的三次补风，更为彻底的把黑烟除尽；3.因为利用了玻璃窑炉/搪瓷炉自身的预热系统，所以极大地节省了一次性投资；4.控制参数设置范围宽，系统运行稳定可靠，大大降低了操作工人的劳动强度。
权利要求1.一种搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘的智能系统装置，包括按键输入与显示启动单元(2)、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元(3)、电源与看门狗电路单元(4)、补氧电机与补氧调节阀驱动单元(5)，其特征在于还包括一单片机单元(1)，该单片机单元(1)的外接端口分别与按键输入与显示启动单元(2)、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元(3)、电源与看门狗电路单元(4)连接；一三次风调节阀控制信号隔离驱动单元(6)，该三次风调节阀控制信号隔离驱动单元(6)的外接端口分别与单片机单元(1)、按键输入与显示启动单元(2)、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元(3)、电源与看门狗电路单元(4)连接；一热电偶毫伏信号调理转换单元(7)，该热电偶毫伏信号调理转换单元(7)接受来自按键输入与显示启动单元(2)和三次风调节阀控制信号隔离驱动单元(6)的信号；所述的按键输入与显示启动单元(2)与热电偶毫伏信号调理转换单元(7)连接；所述的补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元(3)、电源与看门狗电路单元(4)连接；所述的电源与看门狗电路单元(4)与上述各单元(1、2、3、5、6、)以及三次风调节阀驱动单元(8)电连接，以提供工作电源及复位信号。
2.如权利要求1所述的工业窑炉消烟除尘智能系统装置，其特征在于所述的单片机单元(1)包括，单片机D1，与单片机D1连接的存储器D2，分别与单片机D1和存储器D2连接的触发器D3，分别与单片机D1、存储器D2、触发器D3连接的光电耦合器TLP1，分别与单片机D1、存储器D2、触发器D、光电耦合器TLP1连接的集成排阻RI1，与光电耦合器TLP1连接的集成排阻RI2，芯接插件J4-1和J4-2，与光电耦合器TLP1和芯接插件J4-1和J4-2连接的滤波电路C18、C19、C20、C21。
3.如权利要求1所述的工业窑炉消烟除尘智能系统装置，其特征在于所述的热电偶毫伏信号调理转换与加煤控制单元(6)包括，一用于产生偏置输入电压的精密电压基准电路D7，该精密电压基准电路D7的输出端通过芯接插件J9-1和J9-2与热电偶S连接，一通过芯接插件J8-1和J8-2与精密电压基准电路D7连接的用于热电偶冷端温度补偿的集成温度传感器AD590，与精密电压基准电路D7连接的运算放大器LM324，其中，运算放大器LM3243与LM3244的输入端与精密电压基准电路D7连接，运算放大器LM3241的输出端与转换器A3连接，与转换器A3连接的是高速光电隔离器D8。
专利摘要本实用新型涉及一种搪瓷/玻璃窑炉消烟除尘的智能系统装置,其特点是还包括:单片机单元,它与按键输入与显示启动单元、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接;三次风调节阀控制信号隔离驱动单元,它与单片机单元、按键输入与显示启动单元、补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接;热电偶毫伏信号调理转换单元,它与按键输入与显示启动单元和三次风调节阀控制信号隔离驱动单元的信号;按键输入与显示启动单元与热电偶毫伏信号调理转换单元连接;补氧调节阀控制信号隔离与送风机驱动单元、电源与看门狗电路单元连接;电源与看门狗电路单元与上述各单元及三次风调节阀驱动单元电连接。
文档编号F27D19/00GK2497264SQ0125303
公开日2002年6月26日 申请日期2001年8月13日 优先权日2001年8月13日
发明者李根长 申请人:李根长