富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，該裝置包括處理器模塊、脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊、燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥、燃?xì)饬髁坑?jì)和氧氣流量計(jì)，處理器模塊的輸入端與燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)和RS485通信接口相連，處理器模塊的輸出端與燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊相連，燃?xì)怆姶砰y和氧氣電磁閥分別通過(guò)燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈方又寥紵b置，脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)電纜接至燃燒裝置，燃燒裝置伸入富氧燃燒陶瓷輥道窯的內(nèi)部，燃?xì)饬髁坑?jì)和氧氣流量計(jì)分別設(shè)置在燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈飞稀１緦?shí)用新型成本低，集成度高，處理速度快，控制器能適用于工業(yè)窯爐，工作可靠性高。
【專利說(shuō)明】富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)窯爐燃燒控制領(lǐng)域，特別涉及需要燃?xì)夂脱鯕饣旌先紵墓I(yè)窯爐。本實(shí)用新型能夠智能跟隨燃燒曲線，實(shí)現(xiàn)燃?xì)馀c氧氣的按比例混合燃燒，使它們?nèi)紵映浞帧?br> 【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是陶瓷生產(chǎn)和出口大國(guó)，特別是近年來(lái)，我國(guó)衛(wèi)生建筑陶瓷生產(chǎn)量已經(jīng)占到全球總生產(chǎn)量的50%以上，出口額占全球總額的20%，日用、藝術(shù)陶瓷更是占到全球市場(chǎng)的40%。但是同時(shí)，我國(guó)的陶瓷生產(chǎn)行業(yè)存在著產(chǎn)品檔次低、能耗高、生產(chǎn)效率低和智能化不高等問(wèn)題。
[0003]在現(xiàn)代陶瓷工業(yè)的生產(chǎn)中，窯爐內(nèi)的溫度、壓力和氣氛對(duì)陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大，而決定窯內(nèi)參數(shù)的關(guān)鍵就是燃燒方式的差別。目前國(guó)內(nèi)的陶瓷窯爐一般都采用連續(xù)燃燒控制的形式，即通過(guò)控制燃料、助燃空氣流量的大小來(lái)使?fàn)t內(nèi)的溫度、燃燒氣氛達(dá)到工藝要求。由于這種連續(xù)燃燒控制的方式往往受到燃料流量的調(diào)節(jié)和測(cè)量等環(huán)節(jié)的制約，目前大多數(shù)窯爐的控制效果不佳。而高檔陶瓷制品對(duì)窯內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻性和燃燒氣氛的穩(wěn)定可靠性要求較高，使用傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制將無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)需求。脈沖燃燒技術(shù)是一種新型的工業(yè)窯爐燃燒控制技術(shù)，它對(duì)不同燃料介質(zhì)有良好的適用性，不受燃料量的測(cè)量和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的制約，在溫度上升與下降的滯后性十分嚴(yán)重的大型窯爐均能達(dá)到理想的溫度控制曲線，更加優(yōu)于傳統(tǒng)的連續(xù)燃燒控制。
[0004]本發(fā)明人在專利“富氧及全氧燃燒輥道窯的燃燒控制方法”(200810048783.5)提出了脈沖燃燒的控制方法。同時(shí)，國(guó)內(nèi)也有一些公司提出了適用于脈沖燒嘴的控制器，比如遼寧華遠(yuǎn)能源工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)的“熱處理爐脈沖燒嘴的集成式燃燒控制器”(CN201120011254.5)。這種控制器在一定程度上提高了熱處理爐的燃燒效率，但是在對(duì)于本發(fā)明人的富氧燃燒陶瓷窯爐時(shí)很難發(fā)揮作用。一方面富氧燃燒陶瓷輥道窯需要燃?xì)夂脱鯕獍幢壤旌先紵硪环矫嬉残枰c脈沖燃燒器相配合。
[0005]因此，有必要開(kāi)發(fā)一種新型的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置來(lái)控制富氧燃燒陶瓷輥道窯的燃燒。本實(shí)用新型使得窯內(nèi)燃燒氣氛中的氧氣與燃?xì)獬浞只旌先紵岣吡溯伒栏G的熱效應(yīng)。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置包括處理器模塊、脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊、燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥、燃?xì)饬髁坑?jì)和氧氣流量計(jì)，處理器模塊的輸入端與燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)和RS485通信接口相連，處理器模塊的輸出端與燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊相連，燃?xì)怆姶砰y和氧氣電磁閥分別通過(guò)燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈方又寥紵b置，脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)電纜接至燃燒裝置，燃燒裝置伸入富氧燃燒陶瓷輥道窯的內(nèi)部，燃?xì)饬髁坑?jì)和氧氣流量計(jì)分別設(shè)置在燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈飞稀?br> [0008]所述的裝置，處理器模塊包括相連的第一 CPU和第二 CPU，第一 CPU與燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)相連，第二 CPU與燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊相連。
[0009]所述的裝置，第一 CPU與燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)之間接有模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。
[0010]所述的裝置，第二 CPU與燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥之間分別接有燃?xì)怆妷?電流轉(zhuǎn)換模塊和氧氣電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊。
[0011]所述的裝置，燃燒裝置包括脈沖燃燒器和設(shè)置在其上的脈沖燒嘴。
[0012]所述的裝置，處理器模塊還通過(guò)RS485通信接口接至上位機(jī)。
[0013]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要的優(yōu)點(diǎn):
[0014]1.本控制裝置對(duì)于燃?xì)夂脱鯕饬髁烤捎瞄]環(huán)負(fù)反饋控制，能大幅提高控制精度，并且能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)燃?xì)夂脱鯕獾谋壤?br> [0015]2.本控制裝置采用雙CPU協(xié)同工作方式，分離計(jì)算和控制部分，大幅提高控制精度和增強(qiáng)控制的實(shí)時(shí)性。并且控制器的輸入和輸出均采用光耦隔離，使得整個(gè)控制器在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定。
[0016]3.本控制裝置采用大板結(jié)構(gòu)，電路集成度高、處理速度快、便于維護(hù)。并能通過(guò)總線與上位機(jī)通信，便于大范圍工業(yè)應(yīng)用。
[0017]4.本控制裝置對(duì)于燃?xì)夂脱鯕饬髁繋в凶枣i和互鎖機(jī)制，在不同的脈沖占空比和比例流量下智能控制燃?xì)夂脱鯕饬髁浚乐构艿缐毫Τ蕖?br> [0018]5.本控制裝置帶有多路A/D和PWM模塊，能同時(shí)工作于多個(gè)燒嘴。
[0019]總之，本實(shí)用新型成本低，集成度高，處理速度快，控制器能適用于工業(yè)窯爐，工作可靠性高。本實(shí)用新型使得窯內(nèi)燃燒氣氛中的氧氣濃度保持在21%以上并與燃?xì)饣旌先紵?，同時(shí)能自動(dòng)調(diào)節(jié)混合燃燒比例為最佳，提高了輥道窯的熱效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和提高燒成品的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1.富氧燃燒陶瓷輥道窯；2.脈沖燒嘴；3.脈沖燃燒器；4.RS485通信接口 ；
5.A/D轉(zhuǎn)換模塊；6.第一 CPU ；7.PWM驅(qū)動(dòng)模塊；8.12C總線；9.第二 CPU ；10.燃?xì)釼/I轉(zhuǎn)換模塊；11.氧氣V/ι轉(zhuǎn)換模塊；12.燃?xì)怆姶砰y；13.燃?xì)饬髁坑?jì)；14.氧氣電磁閥；15.氧氣流量計(jì)；16.氧氣管；17.燃?xì)夤堋?br> 【具體實(shí)施方式】
[0022]該控制裝置主要有兩個(gè)CPU和多個(gè)外圍模塊組成。其采用雙CPU作為主控制器，CPUl通過(guò)RS485通信接口接收RS485總線中上位機(jī)發(fā)出的設(shè)定值等控制信息；然后通過(guò)燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊得到實(shí)際流量信息；CPU1根據(jù)得到的控制信息和實(shí)際流量信息計(jì)算出燃?xì)夂脱鯕饬髁靠刂菩盘?hào)以及脈沖信號(hào)占空比，并使用I2C總線傳送給CPU2 ；CPU2 一方面根據(jù)得到的控制信號(hào)同時(shí)并行的通過(guò)V/I變換、燃?xì)怆姶砰y控制燃?xì)饬髁?；另一方面通過(guò)V/I變換、氧氣電磁閥控制氧氣流量，最后通過(guò)PWM方式控制脈沖燃燒器作用于富氧陶瓷輥道窯。
[0023]下面結(jié)合實(shí)例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示:該控制器包括第一 CPU6、第二 CPU9、RS485通信接口 4、PWM驅(qū)動(dòng)模塊7、燃?xì)釼/I轉(zhuǎn)換模塊10、氧氣V/I轉(zhuǎn)換模塊11、燃?xì)怆姶砰y12、氧氣電磁閥14、燃?xì)饬髁坑?jì)13、氧氣流量計(jì)15以及A/D轉(zhuǎn)換模塊5。
[0025]第一 CPU6通過(guò)RS485通信接口 4接收RS485總線中上位機(jī)發(fā)出的設(shè)定值等控制信息；然后通過(guò)燃?xì)饬髁坑?jì)13、氧氣流量計(jì)15經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊5得到的實(shí)際流量信息；第
一CPU6根據(jù)得到的控制信息和實(shí)際流量信息計(jì)算出燃?xì)夂脱鯕饬髁靠刂菩盘?hào)以及脈沖信號(hào)占空比，并使用I2C總線8傳送給第二 CPU9 ;第二 CPU9 —方面根據(jù)得到的控制信號(hào)同時(shí)并行的通過(guò)燃?xì)釼/I變換模塊10、燃?xì)怆姶砰y12控制燃?xì)饬髁?；另一方面通過(guò)氧氣V/I轉(zhuǎn)換模塊11、氧氣電磁閥14控制氧氣流量，同時(shí)輸出PWM信號(hào)經(jīng)PWM驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)后通過(guò)控制脈沖燃燒器3和脈沖燒嘴2作用于富氧燃燒陶瓷輥道窯I。
[0026]所述的雙CPU對(duì)于燃?xì)?、氧氣的流量和比例控制均采用閉環(huán)反饋控制，同時(shí)雙CPU的輸入輸出口均米用光電隔離技術(shù)。
[0027]所述的第二 CPU9輸出PWM即使用脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)節(jié)燃?xì)馀c氧氣的混合氣的燃燒時(shí)間或大火所占時(shí)間的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖燃燒控制方式。
[0028]所述的控制器可通過(guò)RS485總線掛靠在上位機(jī)的總線上。
[0029]所述的第一 CPU7和第二 CPU9之間可采用并行通信方式。
[0030]RS485總線上的上位機(jī)可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者嵌入式人機(jī)接口等，用以檢測(cè)窯爐內(nèi)環(huán)境變量并根據(jù)燒成曲線傳遞控制指令。此總線上使用的通信協(xié)議是Modbus-RTU。
[0031]第一 CPU采用內(nèi)部時(shí)鐘頻率高、計(jì)算能力強(qiáng)的處理器，它需要根據(jù)上位機(jī)的控制信息和得到的實(shí)時(shí)流量信息計(jì)算出燃?xì)夂脱鯕饬髁康男拚?。并且針?duì)不同的燒嘴提供PWM信號(hào)的占空比信息，同時(shí)還要自鎖和互鎖流量信息，防止管道壓力超限。推薦使用TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812，此處理器自帶多路12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，可以涵蓋圖1中的A/D轉(zhuǎn)換模塊5，運(yùn)算速度快，有多種通信接口。
[0032]第一 CPU和第二 CPU之間采用I2C總線8連接。
[0033]第二 CPU采用抗干擾能力強(qiáng)、自帶DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換)以及帶多路I2C和PWM模塊的處理器，在接收到第一 CPU的實(shí)時(shí)流量修正信號(hào)和PWM占空比信號(hào)后及時(shí)通過(guò)DAC模塊和PWM模塊作用于V/I轉(zhuǎn)換和脈沖燃燒器上。第二 CPU推薦使用NXP公司的LPC1768FBD100。
[0034]燃?xì)庹{(diào)節(jié)采用在燃?xì)釼/I轉(zhuǎn)換模塊10接收到O?3V的修正信號(hào)后把它轉(zhuǎn)化為4?20mA的電流信號(hào)作用于燃?xì)怆姶砰y12上。同理,氧氣流量調(diào)節(jié)米用在氧氣V/I轉(zhuǎn)換模塊11接收到O?3V的修正信號(hào)后把它轉(zhuǎn)化為4?20mA的電流信號(hào)作用于氧氣電磁閥14上。燃?xì)釼/I轉(zhuǎn)換模塊和氧氣V/I轉(zhuǎn)換模塊可以使用VI轉(zhuǎn)換電路或者集成的轉(zhuǎn)換芯片。燃?xì)怆姶砰y和氧氣電磁閥采用BEUMO線性調(diào)節(jié)閥。
[0035]燃?xì)饬髁坑?jì)13和氧氣流量計(jì)15分別用于檢測(cè)燃?xì)夤?7中的燃?xì)夂脱鯕夤?6中的氧氣的當(dāng)前流量，并把它們轉(zhuǎn)換成4?20mA電流信息傳遞給A/D轉(zhuǎn)換模塊。推薦使用VFlO熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，一方面它防爆性能好，另一方面在接口電路上與本控制器相適配。
[0036]第二 CPU通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)模塊7作用于脈沖燃燒器3上，然后控制脈沖燒嘴2可以實(shí)現(xiàn)脈沖燃燒。燒嘴采用Ar-50K-H-PL高速脈沖燒嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0038]在窯爐工作過(guò)程中，上位機(jī)根據(jù)窯爐內(nèi)的溫度、壓力和氣氛等變量，結(jié)合燒成曲線給出燃料的控制量。燃?xì)饬髁坑?jì)和氧氣流量計(jì)把流量信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)A/D變換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入第一 CPU。第一 CPU根據(jù)從總線上得到的控制量和燃?xì)夂脱鯕獾膶?shí)時(shí)流量信息，并按照設(shè)定的燃?xì)馀c氧氣的比例，分別得到燃?xì)?、氧氣的流量控制量和脈沖燃燒器的PWM占空比。第一 CPU把得到的這些控制信息通過(guò)并行總線I2C傳遞給第二 CPU。第
二CPU根據(jù)得到的燃?xì)夂脱鯕獾目刂菩畔?，通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換模塊11、燃?xì)怆姶砰y12和氧氣電磁閥14，分別控制燃?xì)夂脱鯕獾膶?shí)時(shí)流量。在上位機(jī)未更新控制量時(shí)，第一 CPU、第二 CPU、V/I變換模塊11、燃?xì)怆姶砰y、氧氣電磁閥、燃?xì)饬髁坑?jì)、氧氣流量計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換模塊分別構(gòu)成燃?xì)夂脱鯕饬髁康拈]環(huán)控制回路。并且在第一 CPU的統(tǒng)籌下構(gòu)成定比例控制，精確的控制燃?xì)夂脱鯕獾谋壤蛯?shí)時(shí)流量不發(fā)生變化。
[0039]另外第二 CPU根據(jù)收到的占空比信息，通過(guò)自身的PWM模塊產(chǎn)生不同占空比的PWM控制信號(hào)。不同占空比的PWM信號(hào)通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)模塊后作用于脈沖燃燒器上，然后控制不同的脈沖燒嘴產(chǎn)生不同強(qiáng)度的火焰，從而調(diào)節(jié)窯爐內(nèi)的環(huán)境變量。
【權(quán)利要求】
1.富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:該裝置包括處理器模塊、脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊(7)、燃?xì)怆姶砰y(12)、氧氣電磁閥(14)、燃?xì)饬髁坑?jì)(13)和氧氣流量計(jì)(15)，處理器模塊的輸入端與燃?xì)饬髁坑?jì)(13)、氧氣流量計(jì)(15)和RS485通信接口(4)相連，處理器模塊的輸出端與燃?xì)怆姶砰y(12)、氧氣電磁閥(14)和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊(7)相連，燃?xì)怆姶砰y(12)和氧氣電磁閥(14)分別通過(guò)燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈方又寥紵b置，脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊(7)通過(guò)電纜接至燃燒裝置，燃燒裝置伸入富氧燃燒陶瓷輥道窯(O的內(nèi)部，燃?xì)饬髁坑?jì)(13)和氧氣流量計(jì)(15)分別設(shè)置在燃?xì)夤苈泛脱鯕夤苈飞稀?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:處理器模塊包括相連的第一 CPU (6)和第二 CPU (9)，第一 CPU (6)與燃?xì)饬髁坑?jì)(13)、氧氣流量計(jì)(15 )相連，第二 CPU (9 )與燃?xì)怆姶砰y(12 )、氧氣電磁閥(14)和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)模塊(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:第一CPU (6)與燃?xì)饬髁坑?jì)(13)、氧氣流量計(jì)(15)之間接有模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:第二CPU (9)與燃?xì)怆姶砰y(12)、氧氣電磁閥(14)之間分別接有燃?xì)怆妷?電流轉(zhuǎn)換模塊(10)和氧氣電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:燃燒裝置包括脈沖燃燒器(3)和設(shè)置在其上的脈沖燒嘴(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的富氧燃燒陶瓷輥道窯脈沖燃燒控制裝置，其特征在于:處理器模塊還通過(guò)RS485通信接口(4)接至上位機(jī)。
【文檔編號(hào)】F27B9/40GK203443336SQ201320219751
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】陳靜, 毛保平, 袁佑新, 肖純, 陳卓 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)