鎢錸熱電偶檢定數據採集系統的製作方法

2023-12-09 20:02:16

本發明涉及數據採集系統，具體的講是基於過程現場總線總線的鎢錸熱電偶檢定數據採集系統。

背景技術：

在如冶金、石油、化工、機械、航空航天等各種工業行業中，對溫度的測量都有著十分重要的意義。目前根據測量方式的不同大概可以將溫度測量分為兩類，一類是接觸式測量，另一類是非接觸式測量。對於接觸式測量，熱電偶是使用較多的溫度測量元件。熱電偶是一種常見的基於溫差電效應原理的溫度計量元件，已經被廣泛的應用於各個行業中，特別是一些高溫測量環境中如冶金、航空航天事業等。但是對於熱電偶本身而言，根據國家的計量規程，在其出廠或者是使用一段時間後，需要定期對其進行相應的檢定。目前，所有的熱電偶的檢定工作都需要按照中華人民共和國國家計量技術規範所規定的內容進行的，按照不同的規範，對定熱電偶的工作溫度分別在300℃～2200℃、20℃～2800℃以及0～1500℃等，但是在針對0～1500℃的規範中僅僅對鎢錸熱電偶工作範圍在0～1500℃時的檢定工作進行了說明，而對於高於1500℃的標定卻沒有相關的規範來說明，曾在1988年由國家計量部門委託遼寧省計量測試技術研究所起草過《JJG576-1988工作用鎢錸熱電偶檢定規程》，該規程對鎢錸熱電偶在0～2300℃的檢定方式進行了相應的說明，但在2007年被規範《JJF 1176-2007》所代替，從那時起對於1500～2300℃的檢定規範便是一片空白；但是鎢錸熱電偶卻經常在這個範圍內使用，那麼怎麼對使用在這個範圍內的鎢錸熱電偶進行標定便是需要解決的，其採用什麼樣的標準來規範其檢定也是需要研究的。

國內一些研究所和企業對於鎢錸熱電偶檢定系統的研究都是基於鎢錸熱電偶的工作環境低於1500℃的，對於1500℃～2300℃這個溫度範圍內的研究和報導基本沒有，特別是在結合先進的計算機，自動化控制等技術的具有高速度、高效率、高自動化程度、抗氧化功能等特性的鎢錸熱電偶自動檢定裝置。

PROFIBUS是Process Field BUS中對應的大寫字母的組合縮寫，稱為過程現場總線。PROFIBUS總線是面向工廠自動化和過程自動的一種國際現場總線標準。其已經被廣泛的應用於現代工業中，如製造業自動化(汽車製造、倉儲系統等)、過程自動化(石油化工、造紙及紡織業等)、電力電子、交通管理以及與我們生活相關的樓宇自動化等行業中。利用PROFIBUS總線標準能夠實現傳遞傳感器、執行器、PLC等設備間的數據傳遞。

技術實現要素：

本發明提供了一種鎢錸熱電偶檢定數據採集系統，以建立熱電偶在1500℃～2300℃的工作環境中的數據採集方式，填補相關的行業空白。

本發明鎢錸熱電偶檢定數據採集系統，包括：通過過程現場總線(PROFIBUS)連接的主站和從站，其中主站包括通過所述過程現場總線與從站交互的一類主站和可對所述過程現場總線設置、並與一類主站通信的二類主站，所述從站包括分別與所述過程現場總線連接的標準紅外溫度採集裝置和被檢熱電偶電勢採集裝置。一類主站實現與對從站的控制、數據交換、參數設定、診斷等功能，二類主站可以與一類主站通訊，並且可以對過程現場總線進行相應的配置，參數初始化等。由熱電偶的溫度測量原理可知，在測量熱電偶溫度時所測量的電勢是熱電偶的測量端和參考端兩點間的電勢之差。該電勢通過所述的被檢熱電偶電勢採集裝置採集，其結構可以採用現有的裝置實現。本系統採用空槍法對熱電偶進行檢定，因此採用標準紅外溫度採集裝置進行熱電偶的數據採集。標準紅外溫度採集裝置的測溫範圍為250℃到3000℃，能夠滿足所需的2300℃範圍內的數據採集。

具體的，所述的一類主站為PC機或PLC設備。一類主站的作用既是中央控制器，一個系統中可以有多個一類主站，控制多個從站。

具體的，所述的二類主站包括通過網絡通訊卡與所述過程現場總線連接的控制單元。二類主站具有設定從站地址、組態、系統監視等功能，可包含如編程器、組態設備和/或PC機等設備。

可選的，所述控制單元還連接有列印裝置，以對相應的數據進行列印存檔。

在此基礎上，所述從站中還包括與過程現場總線連接的檢定爐爐溫控制裝置，檢定爐恆溫後溫度變化率應當<＝2℃/min，檢定爐爐溫控制裝置用於控制檢定爐的爐溫，使檢定溫度與檢定爐的設定溫度偏差為±5℃。

進一步的，在所述檢定爐爐溫控制裝置中設有報警系統，當溫度控制出現異常時進行報警提示。報警系統可採用現有常規的結構方式，如聲音報警或聲光報警等。

本發明的鎢錸熱電偶檢定數據採集系統，能夠良好的適用於高溫鎢錸熱電偶自動檢定系統，具有高速度、高效率、高自動化程度等特性，並能在800℃～2300℃範圍內進行數據採集和標定，填補了目前行業內對1500℃～2300℃溫度範圍內的空白。

以下結合實施例的具體實施方式，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的範圍內。

附圖說明

圖1為本發明鎢錸熱電偶檢定數據採集系統的框圖。

具體實施方式

如圖1所示本發明的鎢錸熱電偶檢定數據採集系統，通過過程現場總線連接有主站和從站。其中主站包括一類主站和二類主站，所述的一類主站為PLC設備，通過過程現場總線與從站交互。一類主站的作用既是中央控制器，一個系統中可以有多個一類主站，控制多個從站。二類主站包括通過網絡通訊卡與所述過程現場總線連接的控制單元，以及與控制單元連接的列印裝置。二類主站具有設定從站地址、組態、系統監視等功能，可包含如編程器、組態設備和/或PC機等設備。二類主站可對所述過程現場總線設置、並與一類主站通信。

所述從站包括有分別與所述過程現場總線連接的標準紅外溫度採集裝置和被檢熱電偶電勢採集裝置，以及與過程現場總線連接的檢定爐爐溫控制裝置，在檢定爐爐溫控制裝置中設有報警系統，當溫度控制出現異常時進行報警提示。報警系統可採用現有常規的結構方式，如聲音報警或聲光報警等。

在設備選擇時，一類主站選用西門子S7-300系列PLC設備。其CPU型號為319-3DP型，具備MPI(信息傳遞應用程式接口)、RS485等接口，可以構建基於過程現場總線(PROFIBUS)的數據採集系統，最大傳輸速度為12M/s。

二類主站的控制單元採用研華嵌入式箱式ARK-5260工控機，ARK-5260工控機結構非常緊湊，採用無風扇運行的密封結構，支持1.66GHz的英特爾CPU，具有5個USB2.0埠，支持4個具有自動流量控制的RS-232/422/485接口，內置1個PCI－e和2個PCI擴展插槽，PC擴展板採用橡膠抗震。通過在應工業機上安裝相應的軟體，如WINCC、FIX、力控等組態軟體，以及編程接口軟體STEP7等來實現過程現場總線總線的硬體組態與控制等。

網絡通訊卡選用西門子公司的CP5613型網卡，CP5613型網具有基於PCI總線的過程現場總線網絡接口卡，其主要用於將工控機連接到過程現場總線。通過將CP5613型網卡安裝到ARK-5260工控機的PCI擴展插槽中，可以實現將工控機接入過程現場總線中作為主站使用。

從站中的標準紅外溫度採集裝置選用美國Raytek(雷泰)公司生產的雷泰馬拉松FA系列紅外測溫儀，該紅外測溫儀具備RS485串口通訊接口，可連接到過程現場總線。

在被檢熱電偶電勢採集裝置中通過吉時利的2010型七位半數字多用表實現熱電偶熱電勢的測量。但因數字多用表只有RS232和GBIP通訊接口，不能直接與過程現場總線進行通訊。因此須通過相應的通訊接口實現數字多用表與過程現場總線的對接。即使用單片機+協議控制晶片來實現對數字萬用表的測量結果的讀取並傳送到過程現場總線。其中單片機選用AT89S52型號，在單晶片上具有8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89S52單片機能夠為多種嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

檢定爐爐溫控制裝置控制檢定爐恆溫後溫度變化率<＝2℃/min，並且使檢定溫度與檢定爐的設定溫度偏差為±5℃。

本發明的系統實現了RS232接口到過程現場總線，以及RS485接口到過程現場總線相應的協議轉換，使得不具備過程現場總線接口的設備能夠方便接入過程現場總線，對熱電偶在800℃～2300℃範圍內進行數據採集和標定，填補了目前行業內對1500℃～2300℃溫度範圍內的空白。