[发明专利]一种大功率中频感应炉数据采集与监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及铸造装备的监控技术，具体涉及一种大功率中频感应炉数据采集与监控装置。

背景技术

数据采集与监控技术是信息科学的重要分支之一，它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题，是以传感信号的测量与处理，以微型计算机为基础形成的一门综合性技术。其任务是对生产现场各种参数进行采集和处理，得到所需的数据，并将数据按要求进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视。数据采集与监控装置一般需要长时间、高速度地进行大量的数据的采集、组织、存储、处理，并对生产进行有效的监控，提高生产效率。实际应用中的数据采集与监控装置主要分为上位机和下位机两个部分，上位机一般是指计算机，下位机一般是指数据采集板卡。嵌入式和计算机技术的普遍性、灵活性，使得数据采集与监控装置的设计要求能够得到充分的满足。

通过生产现场考察发现，国内厂商生产的大功率中频感应炉存在着可靠性差、自动化程度低等不足。比如各种状态参数主要采用模拟仪表进行测量和显示，需要专人进行数据记录和安全监控；水冷系统没有相应的预警和保护功能，安全性得不到保障。要想提高中频感应炉的可靠性和自动化水平，需要为中频感应炉配备一种数据采集与监控装置。然而，通过检索现有专利发现，在中频感应炉的相关发明和实用新型专利中，缺少一种专用的数据采集与监控装置。中频感应炉的相关技术创新主要是针对中频电源、炉体和控制方式等方面的创新，而在设备的检测、监控和管理，以及设备异常的处理和保护措施等方面却少有改进。

发明内容

本发明提供一种大功率中频感应炉数据采集与监控装置，是为提高560KW大功率中频感应炉可靠性和自动化水平而设计的一种数据采集与监控装置，主要完成中频电源和冷却水系统的检测和保护，并为后续扩展电源控制功能预留空间。

本发明的大功率中频感应炉数据采集与监控装置，包括数据采集板及上位机监控系统，主要完成中频电源和冷却水系统的检测和保护、控制。

所述数据采集板包括三相电参数采集模块、微处理器、电能计量芯片、温度和压力采集模块、串口通信模块、脉冲宽度调制扩展模块（以下简称PWM扩展模块）、输入输出模块（以下简称I/O模块）、继电器输出模块。

其中三相电参数采集模块通过模数转换接口与电能计量芯片相连，微处理器通过SPI与电能计量芯片相连，温度和压力采集模块通过模数转换接口与微处理器相连， PWM扩展模块、串口通信模块、I/O模块均与微处理器相连，继电器输出模块与I/O模块相连。

所述上位机监控系统包括数据显示模块、数据存储模块、通信模块和操作模块，用于接收、显示和存储数据采集板采集到的数据，并且发送指令，以实现控制功能。

三相电参数采集模块对中频感应炉的三相电信号进行取样和信号调理，并且将采集到的电信号数据通过电能计量芯片进行运算，再通过SPI实现与微处理器之间的数据交换；温度和压力采集模块将冷却水系统的温度和压力转换为电信号，并将采集到的电信号通过A/D通道输入微处理器，由微处理器计算得出温度和压力值；串口通信模块将微处理器中的三相电参数和温度、压力值上传给上位监控系统； PWM扩展模块与微处理器连接，为以后扩展中频电源控制功能预留资源；微处理器对I/O模块中按键、发光二极管和蜂鸣器的控制，以及通过I/O模块实现对继电器输出模块的控制。

本发明采用运算放大器构成三相电信号取样电路和差分放大电路，以达到隔离模拟和数字信号、保护复位振荡电路（MCU电路）、提高有用信号传输性能的作用。由于电能计量芯片的电压通道输入信号在10mV至1V时，线性误差小于0.5%；电流通道输入在2mV至1V时，线性误差小于0.5%。本发明将电能计量芯片的A/D转换接口差分输入电压有效值控制在0.1V左右。

上述三相电参数采集模块由精密电流互感器和电流型电压互感器以三相三线制接法构成。

其中电流型电压互感器的输入电流、输出电流均限制在0mA～5mA，精密电流互感器的输入电流限制在0A～10A，输出电流为0mA～10mA。

所述温度和压力采集模块包括温度传感器和压力传感器；温度传感器为负温度系数热敏式电阻（NTC热敏电阻），阻值在10K?～100K?，具有灵敏度高、响应快、寿命长、价格低等优点。

所述压力传感器为压阻式压力传感器，压力在0.35MPa～3.5MPa，具有较高的精度以及较好的线性特性。

微处理器为TI C2000系列DSP；所述电能计量芯片为ATT系列芯片，该系列芯片内嵌有DSP核和六路二阶A/D转换模块。