專利名稱：電捕焦油器智能溫控儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于電捕焦油器的智能溫度控制儀表，是專用于化工領域內(nèi)的化工 環(huán)保設備電捕焦油器主要部件瓷瓶的溫度控制系統(tǒng)中的專用自動化溫控儀表。
背景技術：
目前，公知的溫控儀表是應用于各行業(yè)溫度控制領域的通用儀表，由溫度傳感器將溫度 信號轉化為電信號送至溫控儀內(nèi)部進行信號處理后輸出控制信號對被控對象的溫度進行控 制。在現(xiàn)有技術中，常使用這種通用溫控儀表作為電捕焦油器主要部件瓷瓶的溫度控制儀表, 由于其不具備超過上、下限設定值自動切斷被控設備電源和瓷瓶預熱2小時后才允許接通電 捕焦油器高壓電源等功能，電捕焦油器實際運行中易造成故障擴大化，不能滿足電捕焦油器 的瓷瓶必須預熱保溫后才能接通電捕焦油器的高壓電源且溫度異常時必須切斷高壓電源的特 殊要求，不利于安全生產(chǎn)和設備的長期穩(wěn)定運行。 發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種電捕焦油器智能溫控儀，該溫控儀不僅 具有顯示、控制被控對象溫度的功能，還具有當被控對象溫度異常時切斷高壓電源并聲光報 警，被控對象預熱設定時間后才能開啟設備電源的功能。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案包括一個單片機，所述單片機與外接的 溫度傳感器之間有進行冷端自動補償?shù)臏y溫電橋電路、進行模數(shù)轉換的A/D轉換電路,單片機 將經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字信號由軟件程序進行BCD編碼后轉為溫度數(shù)據(jù)輸出，對被控對象的溫 度進行精確控制，實現(xiàn)了人工智能，包括被控對象需預熱設定時間后才接通電捕焦油器電源、 上下限溫度報警切斷高壓電源功能；
一個接收單片機發(fā)出的指令控制繼電器的通斷帶動外接接觸器動作從而使電捕焦油器瓷 瓶的溫度控制在設定范圍內(nèi)的繼電器輸出控制電路；
所述單片機連接有用來設置溫控儀的功能參數(shù)，包括所需控制的溫度和上、下限報警值 等的鍵盤輸入電路。
所述測溫電橋電路、A/D轉換電路之間有用于放大濾波的運算放大電路。
本實用新型還包括一個與單片機輸出端連接，將單片機P0 口輸出的控制信號鎖存、且用 于顯示溫度和驅(qū)動繼電器輸出的地址鎖存器。
所述地址鎖存器輸出端連接有進行溫度數(shù)值顯示的LED顯示電路。
所述地址鎖存器輸出端連接有將單片機的I/O 口與繼電器隔離開，實現(xiàn)強弱信號的隔離，防止由外部引入的干擾的光電耦合器，光電耦合器輸出端接繼電器輸出控制電路。
所述單片機連接有對溫控儀進行實時監(jiān)控，具有上電復位、電壓跌落檢測、看門狗定時
器、512字節(jié)的EEPROM功能的多功能監(jiān)控芯片。
所述單片機預留DCS接口連接D/A轉換電路和運算放大電路，向上位機傳送瓷瓶溫度數(shù)
值的標準模擬量信號，控制D/A轉換電路和運算放大電路將溫度數(shù)字信號轉化為0-5V的模擬
信號輸出。
本實用新型還包括一個給各個控制部分提供工作電源的電源電路。 本實用新型系統(tǒng)所需的智能化要求均由單片微型計算機實現(xiàn)，包括瓷瓶需預熱兩小時后
才接通電捕焦油器電源、上下限溫度報警切斷高壓電源功能。
本實用新型的有益效果是在單片微型計算機的測控下滿足了化工領域?qū)﹄姴督褂推鞔?br> 瓶溫度控制的要求，溫度達到設定值并保溫2小時后才能自動接通高壓電源，溫度異常時切
斷高壓電源并聲光報警。并將瓷瓶溫度轉換為標準模擬量信號及儀表工作狀態(tài)實時上傳至用
戶上位機系統(tǒng)，便于用戶實時監(jiān)控。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖l是本實用新型的電路方框圖。圖2是本實用新型微機控制板電路原理圖。圖3是溫 度顯示板電路原理圖。圖4是電源板電路原理圖。圖5為本實用新型操作顯示部分示意圖。
圖l中1.電源電路2.單片機3.地址鎖存器4.外接溫度傳感器5.測溫電橋電路 6.運算放大電路7.A/D轉換電路8.LED顯示電路9.光電耦合器IO.繼電器輸出控制 電路ll.鍵盤輸入電路12.多功能監(jiān)控芯片13.D/A轉換電路14.運算放大電路 15. 0-5V標準模擬量輸出。
具體實施方式



圖1中，將瓷瓶的溫度信號轉化為電信號的外接溫度傳感器4，經(jīng)測溫電橋電路5、用于 放大濾波的運算放大電路6和進行模數(shù)轉換的A/D轉換電路7與單片機2相連接，單片機2 將經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字信號由軟件程序進行BCD編碼后轉為溫度數(shù)值輸出至地址鎖存器3進 行鎖存并用于顯示溫度和控制繼電器輸出。地址鎖存器3的一個輸出端連接有進行溫度數(shù)值 顯示的LED顯示電路8。地址鎖存器3另一輸出端連接有將單片機的I/O 口與繼電器隔離開、 實現(xiàn)強弱信號的隔離、防止由外部引入的干擾的光電耦合器9,光電耦合器9輸出端接繼電 器輸出控制電路IO。單片機2連接有鍵盤輸入電路11,用來設置溫控儀的功能參數(shù)，包括所 需控制的溫度和上、下限報警值等。單片機2連接有對溫控儀進行實時監(jiān)控，具有上電復位、 電壓跌落檢測、看門狗定時器、512字節(jié)的EEPROM功能的多功能監(jiān)控芯片12。單片機2通過SPI串行接口控制D/A轉換電路13和運算放大電路14,將溫度數(shù)字信號轉化為0-5V標準 模擬量輸出15，向上位機傳送瓷瓶溫度數(shù)值的0-5V標準模擬量信號，還包括一個給各個控 制部分提供工作電源的電源電路1。
本實用新型的技術實現(xiàn)原理本實用新型是以單片機2為核心構成的微機測控系統(tǒng)，它 采用了美國ATMEL公司推出的在國內(nèi)應用最為廣泛的AT89S52單片機作為控制核心，具有可 在線系統(tǒng)編程ISP功能，采用SPI總線方式與外圍器件通信，實現(xiàn)了硬件最優(yōu)化。由外接的 溫度傳感器4將瓷瓶的溫度信號轉化為電信號送至溫控儀內(nèi)部，經(jīng)集成運算放大電路6放大 濾波后送至A/D轉換電路7，在單片機2的控制下實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉換，并由軟 件程序?qū)?shù)字信號進行BCD編碼后轉為溫度數(shù)值由單片機PO 口輸出至地址鎖存器3鎖存后， 送至LED顯示電路8中的4位數(shù)碼管(LED)顯示瓷瓶溫度數(shù)值，同時單片機2根據(jù)瓷瓶溫度 發(fā)出控制指令經(jīng)地址鎖存器3鎖存后控制繼電器輸出電路中的小繼電器(SRD"12VDC-SL"C) 的通斷帶動外接接觸器動作，接觸器的吸合又給電加熱管提供工作電源使其加熱，電加熱管 裝配在瓷瓶四周，以實現(xiàn)對瓷瓶溫度的精確控制，溫度控制在設定值2TC范圍內(nèi)，出廠時設 定的初始值為ioox:，即瓷瓶溫度控制在98TC-IOOTC之間。其中系統(tǒng)所需的智能化要求均由 軟件編程實現(xiàn)，包括瓷瓶需預熱兩小時后才接通電捕焦油器電源、上下限溫度報警切斷高壓 電源等功能。監(jiān)控系統(tǒng)采用了多功能監(jiān)控芯片12 (X5045),確保系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。它 具有上電復位、電壓跌落檢測、看門狗定時器、512字節(jié)的EEPR(M。該芯片采用三線制SPI接 口方式與單片機2相連，本實用新型還預留DCS接口，向上位機傳送瓷瓶溫度數(shù)值的標準模 擬量信號，D/A轉換電路13在單片機2的控制下將溫度數(shù)字信號轉化為0-5V的模擬信號輸 出，供用戶使用。在上位機上實時顯示溫度和智能溫控儀工作狀態(tài)。溫控儀的工作電源是直 接引入交流220V,由內(nèi)部電源電路轉換為系統(tǒng)所需的各種工作電壓。
本實用新型由外殼體、前面板、端子板及電路板構成。外殼體是80x160x166 mm的通用 儀表機殼，機殼內(nèi)裝①溫度顯示板、②微機控制板、③電源板。1、溫度顯示板用于顯示測量 的4路瓷瓶溫度信號及工作狀態(tài)，由LED顯示電路8、 8選1譯碼器電路構成。2、微機控制 板由單片機2電路、測溫電橋電路5、運算放大電路6 (14) 、 A/D轉換電路7、 D/A轉換電 路13、地址鎖存電路3及繼電器輸出控制電路10構成。3、電源板由AC/DC模塊加外圍EMI 電路構成。
圖2中，單片機2為IC10 (AT89S52),美國ATMEL公司推出的8位單片機，它是本實 用新型的控制核心。A/D轉換電路7中采用IC2 (TLV1504)為A/D轉換器，美國德州儀器(TI) 公司推出的帶SPI接口的CMOS型IO位模數(shù)轉換器，芯片有4路模擬信號輸入通道，正好與 4路瓷瓶溫度信號相匹配。D/A轉換電路13中采用IC8、 IC9 (TLV5617)為D/A轉換器，是美國德州儀器(TI)公司推出的帶SPI接口的可編程雙路10位數(shù)模轉換器，兩片TLV5617加 起來可提供4路模擬量輸出，將4路瓷瓶溫度信號提供給用戶上位機。多功能監(jiān)控芯片12為 IC1 (X5045)，它具有上電復位、電壓跌落檢測、看門狗定時器、512字節(jié)的EEPROM。功能 比較完善，系統(tǒng)設定的缺省值全部存放在該芯片內(nèi)，對智能溫控儀的穩(wěn)定運行至關重要。地 址鎖存器3為ICll、 IC12、 IC13 (74HC373),將AT89S52單片機P0 口輸出的控制信號鎖存。 用與顯示溫度和驅(qū)動繼電器輸出。光電耦合器9為IC14-IC23 (TIL113)，將單片機2的I/O 口與繼電器隔離開，實現(xiàn)強弱信號的隔離，防止由外部引入的干擾。繼電器輸出控制電路io 采用KOI-KO10 (SRD-12VDC-SL-C)繼電器，由單片機發(fā)出指令控制其通斷，帶動外部接觸器 的吸合斷開，以達到控制瓷瓶溫度的目的。
運算放大電路6和運算放大電路14采用U1-U8 (OP07)精密運算放大器，Ul-U4將測溫 電橋送入微弱電信號進行放大，然后送入A/D轉換電路7進行模數(shù)轉換。U5-U6將D/A轉換 電路13送出的溫度模擬信號隔離放大后轉換為0-5V標準模擬量輸出15送給上位機供實時顯 示數(shù)據(jù)。溫度傳感器4為1J2 (IO芯端子)(接入Ptl00熱電阻)，作為智能溫控儀的輸入 信號。
由外部4只溫度傳感器(Pt100熱電阻)4送來的電信號在4通道測溫電橋5內(nèi)進行冷端 自動補償后送入運算放大電路6進行放大濾波后送給4路A/D轉換電路7進行模數(shù)轉換，轉 換完成后由軟件程序進行BCD編碼后由單片機2 P0 口送至地址鎖存器3 (74HC373)進行信 號鎖存，然后送到智能溫控儀的4位LED數(shù)碼管進行顯示。單片機PO口是分時復用，同時也 作為控制輸出及工作狀態(tài)指示的輸出口，單片機根據(jù)實際溫度與設定溫度的差值，輸出控制 信號由IC12、 IC13鎖存后經(jīng)光電耦合器隔離后控制繼電器(SRD~12VDC-SL-C)的通斷。繼電 器可以直接控制外部接觸器的吸合或斷開，也就控制了電加熱管的加熱的啟動或停止，從而 使電捕焦油器瓷瓶的溫度控制在設定范圍內(nèi)。全部控制過程由單片機按設定軟件程序自動完 成，包括預熱2小時才能接通電捕焦油器高壓電源和溫度異常時自動切斷高壓電源并聲光報 警等功能。
IC24 (MC1403):基準電壓轉換芯片，將DC+5V電壓轉換為精密的DC+2. 5V提供給A/D 及D/A芯片作為其所需的外部基準電壓。
圖3是溫度顯示板電路原理圖，主要用來顯示被測設備(瓷瓶)的溫度值及工作狀態(tài)， 包括4路瓷瓶加熱狀態(tài)，某路加熱時指示燈亮，反之熄滅，還有瓷瓶的預熱指示燈。
主要元器件如下LED顯示電路8包括①IC1 (74HC138) : 8選1譯碼器，由單片機的 I/O 口輸出選通信號來控制IC1的輸出。@Q1~Q5 (S8550):三極管，給數(shù)碼管提供位選通 信號。③2Jl (26芯端子)此端子和微機控制板電氣連接，傳遞信號。④L4-L12 (發(fā)光二極管)用作溫控儀工作狀態(tài)指示燈，便于用戶觀察設備狀態(tài)。⑤U2 (數(shù)碼管)4位數(shù)碼 管，用于顯示瓷瓶溫度數(shù)值，0"200TC之間。⑥U3 (數(shù)碼管)l位數(shù)碼管，用于循環(huán)顯示所 測4路瓷瓶的標號，l-4之間循環(huán)顯示。鍵盤輸入電路11為S1-S4:采用輕觸按鍵，用戶通 過此4個按鍵即可完成對智能溫控儀的功能及參數(shù)設定。
圖4所示是本實用新型的電源電路1, AC220V輸入后經(jīng)過EMI抗干擾電路后經(jīng)AC/DC模 塊變?yōu)镈C12V電壓，然后再經(jīng)二次隔離將DC12V變?yōu)镈C土5V供系統(tǒng)使用。
其主要元器件如下電源電路l包括CD IC1 (YAS25-12-N) : AC/DC電源模塊，將溫控 儀表輸入的AC220V變?yōu)镈C12V電源供內(nèi)部繼電器和光電耦合器工作。②IC2(NR12D05): DC/DC 電源模塊，將DC12V再次隔離變?yōu)閱纹瑱C及系統(tǒng)所需的土5V直流電源。③L1 (UF9.8-3): 20mH共模電感，濾除電網(wǎng)中的共模干擾。④R1 (681KD14):采用壓敏電阻，防雷電過電壓 及操作瞬時過電壓，吸收浪涌電流，保護溫控儀表。⑤C1"C3: X、 Y電容，抑制電網(wǎng)串、共 模干擾。
圖5中為操作顯示部分。將智能溫控儀裝入電控柜前面板內(nèi)，合上柜內(nèi)空氣開關，按下 起動按鈕，溫控儀即開始工作，其操作顯示部分如圖所示，各按鍵及顯示說明如下 A為功能參數(shù)設置鍵(SET)，按下此鍵選擇需要設置的功能參數(shù)。 B為增量鍵(▲)，按下此鍵則選擇的功能參數(shù)數(shù)值向上增加。 C為減量鍵(▼)，按下此鍵則選擇的功能參數(shù)數(shù)值向下減少。
D為確認鍵(ENT)，調(diào)整好的參數(shù)數(shù)值按下此鍵方可保存，否則放棄不于保存。避免 用戶誤操作。
E為加熱狀態(tài)LED指示燈，共4只分別指示4個瓷瓶是否處于加熱狀態(tài)，點亮表示該瓷 瓶正在加熱，反之處于停止加熱狀態(tài)。
F為主控電源LED指示燈，該燈點亮表示主控電源已經(jīng)開啟，已接通高壓電源，反之主 控電源處于關閉，斷開高壓電源。
G為上、下限報警LED指示燈，當瓷瓶溫度超過設定的上、下限報警值時閃爍報警提醒 用戶檢査加熱系統(tǒng)。
H為瓷瓶預熱及溫度正常LED指示燈，當瓷瓶處于2小時預熱狀態(tài)時，該燈點亮，反之 熄滅。瓷瓶溫度正常時點亮，有上、下限報蒈時熄滅。
J為l位高紅數(shù)碼管，循環(huán)顯示被測的瓷瓶號，共4個瓷瓶。 K為4位高紅數(shù)碼管，循環(huán)顯示被測的瓷瓶溫度示值。
權利要求1、一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于包括一個單片機(2)，所述單片機(2)與外接的溫度傳感器之間有進行冷端自動補償?shù)臏y溫電橋電路(5)、進行模數(shù)轉換的A/D轉換電路(7)，單片機(2)將經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字信號由軟件程序進行BCD編碼后轉為溫度數(shù)據(jù)輸出；一個接收單片機(2)發(fā)出的指令控制繼電器的通斷帶動外接接觸器動作從而使電捕焦油器瓷瓶的溫度控制在設定范圍內(nèi)的繼電器輸出控制電路(10)；所述單片機(2)連接有用來設置溫控儀的功能參數(shù)，包括所需控制的溫度和上、下限報警值等的鍵盤輸入電路(11)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于測溫電橋電路(5)、A/D轉換電路(7)之間有用于放大濾波的運算放大電路(6)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于 一個與單片機(2) 輸出口連接，將單片機(2) P0 口輸出的控制信號鎖存、且用于顯示溫度和驅(qū)動繼電器輸出 的地址鎖存器(3)。
4、 根據(jù)權利要求3所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于所述地址鎖存器(3) 輸出端連接有進行溫度數(shù)值顯示的LED顯示電路(8)。
5、 根據(jù)權利要求3所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于所述地址鎖存器(3) 輸出端連接有將單片機的I/O 口與繼電器隔離開，實現(xiàn)強弱信號的隔離，防止由外部引入的 干擾的光電耦合器(9)，光電耦合器(9)輸出端接繼電器輸出控制電路(10)。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于所述單片機(2) 連接有對溫控儀進行實時監(jiān)控，具有上電復位、電壓跌落檢測、看門狗定時器、512字節(jié)的 EEPROM功能的多功能監(jiān)控芯片(12)。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于單片機(2)預留 DCS接口連接D/A轉換電路(13)和運算放大電路(14)，向上位機傳送瓷瓶溫度數(shù)值的標 準模擬量信號，控制D/A轉換電路(13)和運算放大電路(14)將溫度數(shù)字信號轉化為0-5V 的模擬信號輸出。
8、 根據(jù)權利要求1所述的一種電捕焦油器智能溫控儀，其特征在于還包括一個給各個 控制部分提供工作電源的電源電路(1)。
專利摘要一種電捕焦油器智能溫控儀，其單片機與外接的溫度傳感器之間有進行冷端自動補償?shù)臏y溫電橋電路、進行模數(shù)轉換的A/D轉換電路，單片機將經(jīng)A/D轉換后的數(shù)字信號進行BCD編碼后轉化為溫度數(shù)值顯示輸出，同時對被控對象的溫度進行精確控制；單片機發(fā)出指令控制繼電器的通斷從而使電捕焦油器瓷瓶的溫度控制在設定范圍內(nèi)；由鍵盤輸入電路設置溫控儀的功能參數(shù)并保存在EEPROM中。本實用新型滿足對電捕焦油器瓷瓶溫度精確控制的要求，溫度達到設定值并保溫2小時后才能自動開啟高壓電源，溫度異常時自動切斷高壓電源并發(fā)出聲光報警，并將瓷瓶溫度轉換為標準模擬量信號實時上傳至用戶上位機系統(tǒng)，便于用戶實時監(jiān)控。
文檔編號G05D23/20GK201259640SQ20082019023
公開日2009年6月17日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權日2008年8月12日
發(fā)明者何志強, 吳北蘇 申請人:襄樊九鼎昊天環(huán)保設備有限公司