[實(shí)用新型]電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120130175.6
• 申請(qǐng)日: 2011-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN202126613U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛廣英;劉洪朋;肖新帥;龐國(guó)瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聊城大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 李浩成

技術(shù)領(lǐng)域

????本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA（可編程門陣列邏輯器件）與無(wú)線傳感ZigBee技術(shù)相結(jié)合的電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制裝置。

背景技術(shù)

????在冶金行業(yè)里，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)電解槽的溫度并對(duì)電解槽溫度進(jìn)行反饋控制是一個(gè)非常重要的內(nèi)容。整個(gè)控制過(guò)程是一個(gè)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)控制和安全可靠的過(guò)程。

????對(duì)于電解槽溫度的測(cè)量，國(guó)內(nèi)目前只是對(duì)電解槽加熱源—蒸汽作為溫度采集對(duì)象。這種方式采集的溫度與電解槽內(nèi)的溫度有一定的誤差，測(cè)量數(shù)據(jù)不能真實(shí)可靠的反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)溫度，將會(huì)影響電解金屬的效率及電解金屬的品質(zhì)，最終會(huì)導(dǎo)致電解成品達(dá)不到所要求的目標(biāo)，造成不必要的浪費(fèi)。

????國(guó)內(nèi)工廠普遍采用有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行溫度采集，人工操作的方式進(jìn)行控制。這種方式存在如下問(wèn)題：（1）成本高，大量的線纜不僅花費(fèi)高，而且會(huì)造成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布線的混亂，面對(duì)對(duì)環(huán)境有限制的工廠設(shè)備需要附加其它額外的設(shè)施（如鋪設(shè)管道），這樣即延長(zhǎng)了施工的時(shí)間，又加大了施工難度。（2）可維護(hù)性、可擴(kuò)展性差。當(dāng)工廠進(jìn)行擴(kuò)建時(shí)，有線網(wǎng)絡(luò)的弊端就更為明顯，而且采用手工操作，消耗更多的人力資源。

發(fā)明內(nèi)容

????為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種電解槽溫度智能控制裝置，其目的是實(shí)現(xiàn)電解槽溫度的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集及智能控制，能顯著提高電解質(zhì)量，達(dá)到節(jié)約資源、提高效率的目的。

???本實(shí)用新型的方案是，電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制系統(tǒng)，主要包括溫度采集模塊、無(wú)線傳感ZigBee模塊和智能控制FPGA模塊，所述溫度采集模塊連接無(wú)線傳感ZigBee模塊的輸入端，無(wú)線傳感ZigBee模塊的輸出連接智能控制FPGA模塊。

所述的電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制系統(tǒng)，優(yōu)選的方案是，智能控制FPGA模塊與Internet接口、按鍵、LCD顯示屏、SDRAM存儲(chǔ)器連接。

所述的電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制系統(tǒng)，優(yōu)選的方案是，無(wú)線傳感ZigBee模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸及反饋控制，智能控制FPGA模塊實(shí)現(xiàn)智能模糊控制算法、數(shù)據(jù)顯示及網(wǎng)絡(luò)連接。

本實(shí)用新型電解槽無(wú)線溫度采集與智能控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊、ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊、智能控制模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊及控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、按鍵及顯示模塊。由多塊CC2530芯片組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，完成溫度采集、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸及溫度的反饋控制。智能控制模塊由FPGA構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)智能控制算法。LCD顯示模塊輸出供工作人員參考的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)模塊可以供internet用戶遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)了解電解工作進(jìn)程及溫度控制過(guò)程。

????本實(shí)用新型采用電子設(shè)計(jì)前沿技術(shù)——無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件FPGA技術(shù)相結(jié)合的方式。ZigBee技術(shù)使用CC2530芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度采集與傳輸。FPGA利用SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制算法。FPGA的計(jì)算是并行處理，速度快，能夠達(dá)到對(duì)電解槽溫度的實(shí)時(shí)高精度控制，SOPC技術(shù)可以裁剪，構(gòu)成最小滿足需求的系統(tǒng)，具有低功耗的特點(diǎn)。

????本實(shí)用新型采用的是一維輸入、二維輸出模糊控制算法。理論上，模糊控制系統(tǒng)所選用的模糊控制維數(shù)越高，系統(tǒng)的控制精度也就越高，但是維數(shù)選擇越高，模糊控制規(guī)則就越復(fù)雜，基于模糊合成推理的控制算法實(shí)現(xiàn)也就困難。本實(shí)用新型采用溫度偏差作為模糊控制器的輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向作為模糊控制器的輸出。

本實(shí)用新型根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所積累的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)控制方案，該方案采用的是一維輸入、二維輸出的模糊控制器來(lái)操控蒸汽閾門的開關(guān)速度及方向，從而達(dá)到溫度的精確實(shí)時(shí)控制。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采集到現(xiàn)場(chǎng)的溫度與預(yù)設(shè)溫度所產(chǎn)生的溫度偏差作為模糊控制的輸入，占空比不同的PWM波(影響電機(jī)轉(zhuǎn)速)和電機(jī)轉(zhuǎn)向作為輸出。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)是：本系統(tǒng)采用了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)，增加了溫度采集的靈活性、可擴(kuò)展性，降低了功耗；智能控制算法采用保密性強(qiáng)的FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用了SOPC技術(shù)，具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)作用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性高，算法升級(jí)只是更改程序不必更改硬件電路，F(xiàn)PGA內(nèi)部元件接口可以裁剪，可維護(hù)性高。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：

??1、直接采集電解槽的溫度，減少采集蒸汽溫度與采集電解槽溫度之間所帶來(lái)的溫度采?????集誤差。

?2、能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度實(shí)現(xiàn)精確采集與控制。

?3、采用無(wú)線傳感ZigBee網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，系統(tǒng)擴(kuò)展非常靈活，成本低，更加適應(yīng)工業(yè)復(fù)雜多變的環(huán)境。

?4、基于FPGA的模糊控制算法更加快速、靈活，保密性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明