一种烧结炉冷却水流量监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及烧结炉冷却水监测技术领域，更具体的说是涉及一种烧结炉冷却水流量监测装置。


背景技术：

2.目前，在硬质合金制造行业中，为除去产品中的成型剂并增加产品的致密性，需要利用到烧结炉。烧结炉在运行过程中，炉内温度最高可以达到1500℃以上，只有良好的冷却水随时冷却烧结炉的各个部位，才能保证烧结炉的运行安全，避免事故发生。烧结炉的冷却水由冷却水进水管道分配给烧结炉各冷却部位，需要冷却的部位包括加热电极、炉体夹套以及炉门等。加热电极冷却水流不足时，会造成冷却不良，导致加热电极过热损坏；炉体夹套、炉门冷却水流不足时，会造成炉体夹套内水流汽化，炉体冷却不良，影响烧结炉的整体安全。因此，在烧结炉运行时，冷却水必须持续稳定供应，冷却水流量的大小和温度高低，是影响烧结炉冷却效果的关键因素。
3.现有的监测烧结炉冷却水流量的仪器主要有靶式流量计和电磁流量计，靶式流量计存在零位漂移、测量精度低、杠杆机构可靠性差等缺陷。而电磁流量计只能测量导电介质的液体流量；在冷却水有污垢时，沉淀物附着在被测量管道内壁或电极上，使输出信号变化，带来测量误差，电极上积垢达到一定厚度，可能导致电磁流量计无法正确测量；冷却水管道结垢或磨损改变内径尺寸，将影响原定的流量值，造成测量误差，如100mm内径管道，内径变化1mm会带来约2％的附加误差；电磁流量计的测量信号输出很小，抗干扰能力差。同时，靶式流量计和电磁流量计测量均存在电极探头需要伸入被测量管道，破坏冷却水管道结构以及不能同步测量被测冷却水温度等缺陷。
4.因此，如何提供一种准确可靠、安装方便、功能更完善的烧结炉冷却水流量监测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种烧结炉冷却水流量监测装置，该装置通过结构的合理改进解决了现有的冷却水流量监测设备测量误差大、安装不便且监测数据单一等问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种烧结炉冷却水流量监测装置，该装置包括：超声波流量计、工业以太网通信从站、交换机、核心控制器以及上位机；
8.所述超声波流量计固定安装于烧结炉冷却水回水管道的外壁上，至少一个所述超声波流量计与所述工业以太网通信从站连接，所述工业以太网通信从站与所述交换机连接，所述交换机分别与所述核心控制器和所述上位机连接。
9.本实用新型的有益效果是：该装置中超声波流量计可以直接安装在冷却水回水管道外壁上，不用破坏烧结炉及冷却水管道结构，安装更加方便；工业以太网从站的设置，节
约了信号线缆，提高了整个装置的抗干扰能力，监测数据过程准确可靠；超声波流量计可以同步测量被测管道内冷却水的流量和温度，并将流量和温度数据通过信号线传送到核心处理器，数据获取更加全面，功能更加完善。
10.进一步地，所述核心处理器选用plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)，plc主要用于运行处理每个超声波流量计上传的现场数据。
11.更进一步地，plc的型号为西门子s7
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1200。西门子s7
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1200是一款紧凑型、模块化的plc，可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、hmi和网络通信等任务。该plc可扩展性强、灵活度高，可实现最高标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成技术功能。
12.进一步地，所述工业以太网通信从站包括通信模块、供电电源以及模拟量输入模块，所述模拟量输入模块的输入端与所述超声波流量计连接，所述模拟量输入模块的输出端与所述通信模块连接，所述供电电源分别与所述模拟量输入模块和所述通信模块连接。
13.由于超声波流量计上传的是4
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20ma的电流信号，超过一定距离会有信号衰减，为解决此问题，本实用新型在相距较近的烧结炉之间安装一个工业以太网通信从站，通过模拟量输入模块利用信号线接收中转超声波流量计的信号，再通过该从站的通信模块把信号经交换机传送到plc和上位机。且本实用新型中工业以太网通信从站具有扩展功能，可以很方便的中转接收多个超声波流量计的信号，从而具备监视多台烧结炉冷却水流量的功能，功能更加完善。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型提供的一种烧结炉冷却水流量监测装置的结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例中工业以太网通信从站的结构架构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.参见附图1，本实用新型实施例公开了一种烧结炉冷却水流量监测装置，该装置包括：超声波流量计5、工业以太网通信从站10、交换机3、核心控制器9以及上位机2；
19.超声波流量计5固定安装于烧结炉1的冷却水回水管道7的外壁上，至少一个超声波流量计5通过超声波流量计信号线8与工业以太网通信从站10连接，工业以太网通信从站10通过工业以太网线4与交换机3连接，交换机3分别通过工业以太网线4与核心控制器9和上位机2连接。
20.此外，本实施例中工业以太网通信从站10还通过超声波流量计信号线8连接其他烧结炉，交换机3还通过工业以太网线4连接其他设备。
21.本实施例中超声波流量计5是一种非接触式测量仪器，用于测量不易接触、不易观察的流体和大管径流量，它不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且便于安装。下面对超声波流量计5的功能做详细说明：
22.(1)可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量；
23.(2)测量范围大，管道内径范围可以从20mm到5m；
24.(3)超声波流量计测量的体积流量不受被测液体的温度、压力、粘度等热物性参数的影响，可以做成固定式和便携式两种形式；
25.(4)采用超声波流量计5以后，可以直观的读取每个冷却回路的水流量，通过调试，可以确定最佳的冷却水流量，既保证烧结炉1的冷却效果，又达到节能目的；
26.(5)超声波流量计5具有数据上传功能，通过plc和上位机2将超声波流量计5上传的数据进行分析处理，可以把多台烧结炉1的冷却水流量数据集中存储、显示。
27.(6)安装方便，烧结炉1上设有冷却水进水管道6和冷却水回水管道7，在安装时，直接将超声波流量计5安装在冷却水回水管道7上即可，不需要破坏被测量管道，安装更加方便。
28.(7)可以同步测量、显示被测冷却水的温度，也就是说，超声波流量计5可以同时采集烧结炉1内冷却水的流量和温度信号，同时，还可以测量过程中出现的最高温度、最大流量等数据，实现多功能数据同步采集。
29.(8)可以同时设置流量和温度报警点，直接输出报警信号。
30.本实施例中核心处理器9为plc，plc具体采用的是西门子s7
‑
1200系列，该plc可扩展性强、灵活度高，可实现最高标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成功能。
31.上位机2内安装wincc7.3软件，具有统计、存储、分析、显示数据功能，开发的画面能实时显示当前超声波流量计的状态，存储的数据可供管理人员随时调用。上位机2与s7
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1200plc采用工业以太网连接，通信稳定，通过工业以太网络中的交换机3，可实现数据远传。
32.本实施例公开的装置，需要在烧结炉1的各冷却部位的冷却水回水管道7上安装固定式超声波流量计5，在车间适当位置安装一个控制柜，在控制柜内安装核心控制器9(即plc)和上位机2，核心控制器9运行处理每个超声波流量计5上传的数据，上位机2存储、显示核心控制器9处理后的数据，当超声波流量计5有报警信号产生时，上位机2的显示器会显示报警信号。
33.具体地，参见附图2，工业以太网通信从站10包括通信模块101、供电电源102以及模拟量输入模块103，模拟量输入模块103的输入端与超声波流量计5连接，模拟量输入模块103的输出端与通信模块101连接，供电电源102分别与模拟量输入模块103和通信模块101连接；
34.模拟量输入模块103用于接收超声波流量计5采集的冷却水流量信号，通信模块101用于将冷却水流量信号转发至交换机3，供电电源102用于为模拟量输入模块103和通信模块101供电。
35.本实施例中通信模块101采用工业以太网通信模块，模拟量输入模块103采用德国赫姆赫兹品牌的分布式模块，该模拟量输入模块性能稳定，响应快，识别度高，依附工业以太网通信模块，无接口障碍。该分布式模拟量输入模块的型号为600
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250
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7bh21，直接接收
超声波流量计传送来的4
‑
20ma流量信号和4
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20ma温度信号，模拟量输入模块把这些信号处理后转换为s7
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1200plc可以识别的信息。
36.不难发现，本实施例中整个网络架构基于工业以太网，理论上可以实现数据无限远传，可以很方便的把烧结炉冷却水流量数据整合到全厂控制系统中，实现烧结炉冷却水监视数字化、持续化和智能化。
37.下面通过一个具体的实例详细说明上述装置的工作过程：
38.某公司有一台真空烧结炉，厂家出厂时配置了监测冷却水流量的装置，采用的是电磁式水流量计监测方式。由于电磁式水流量计的电极探头直接接触冷却水，电极探头极易结垢，如果清洁不及时，会影响监测的准确性，使用过程中经常发生管道内有冷却水的情况下流量计误报警，影响了真空烧结炉的正常工作。另外，各分支冷却水回路没有冷却水温度测量装置，只在总的冷却水回水管道上安装了温度测量仪表，不能实时显示每个冷却水支路管道中的温度。
39.为此，本实施例首先在设备安装车间内布设工业以太网通信网络，在真空烧结炉处设置一个工业以太网通信从站，该通信从站包括通信模块、供电电源以及模拟量输入模块等。在冷却水回水管道外壁上安装超声波流量计，同步采集冷却水实时流量信号和温度信号，超声波流量计测量信号传送到工业以太网通信从站的模拟量输入模块，最后通过通信模块利用工业以太网络传输到控制中心的s7
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1200plc进行数据处理，上位机显示、记录并保存监测数据，实现烧结炉冷却水数据的准确监测。
40.综上所述，本实用新型实施例公开的烧结炉冷却水流量监测装置，与现有技术相比，具有如下优点：
41.(1)冷却水管道免开孔，方便安装；
42.(2)一个超声波流量计能同时测量多个数据，如瞬时流量、累计流量、冷却水温度等，监测数据更全面；
43.(3)超声波流量计测量信号上传到plc，可实现数据分析统计，通过上位机可以将数据保存，功能更完善；
44.(4)从超声波流量计到plc再到上位机，连接均基于工业以太网，避免了距离限制，工业以太网通信从站的设置，提高了抗干扰能力，监测数据更准确。
45.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。