分布式超多通道加热管监测系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种分布式超多通道加热管监测系统及其控制方法。所述装置包括上位机，所述上位机能够实现显示、报警、应急操作；多个监测箱，所述监测箱安装于应用现场，所述监测箱能够实现信号采集、选址切换、故障诊断；所述多个监测箱与上位机通过交换机连接到同一个网络中，以UDP协议实现数据通信；所述监测箱内包括分布式控制器，所述分布式控制器将故障信息通过UDP协议发送至上位机；监测箱内部设计为板卡接插式，其中每个监测箱中包含背板和多块采集子板；子板上实现电流/电压转换、信号调理放大、模拟信号选址切换等功能；其中，每个监测箱具有多通道模拟信号输入端口；所述每个监测箱采用模拟开关芯片AD7506实现模拟信号的有序切换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超塑成形
，具体涉及一种基于分布式架构的超多通道加热管工作状态监测系统，用于国内大型超塑成形装备的精确温度控制。
技术介绍
高马赫数飞行器是目前世界各国航空领域的重点发展方向，其复杂外形结构使材料必须满足耐高温、轻质两个性能，一般选用钛合金材料Ti2AlNb。此种材料的复杂构件需要在超塑成形设备中通过超塑成形工艺(SPF)来实现。超塑成形装备加热平台的温度均匀性对钛合金等超塑成形产品的性能有着重要的影响。通过对国内外超塑成形装备主要故障形式的调研，发现超高温成形装备在温控过程中由于加热管失效而导致加热系统故障的现象时有发生。该问题主要是加热功率过大或加热管本身性能品质不稳定造成的。产生加热管失效对加工过程的危害是巨大的。加热平台上某一加热管失效会导致局部温度分布不均，甚至导致加热系统不可控，从而增加次品率，对设备也有一定损伤。精确的温度控制是保证超塑成形产品质量的前提，因此上述问题亟待解决。对加热管的工作状态进行实时监测，及时返回故障信号到上位机以确保设备控制系统做出应急控制操作，是提高温度控制精度的有效方法。但对整套超塑成形设备中的所有加热管进行监测是有较大难度的。这主要是因为超塑成形设备通常体积庞大，重量达到千吨或以上，其中用于温度控制的加热管数量达到千余根。以国内某型号超塑成形设备为例，其分为三工位加热平台，每个平台分为8个加热区，每个加热区包含35根加热管，可知整套设备的加热管数量达到840根。加热管的工作原理简单描述来说，是由电压控制设备——调功器——输出带有控制信息的交流电到加热管，产生具有特殊波形的电流信号，使加热管加热到目标温度。监测加热管工作状态的通用方法，是通过电流传感器监测加热管中的电流，电流信号采集到控制器中，产生故障信号发送到上位机，由上位机显示、报警及发送应急指令。电流信号采集通常使用AD采集板卡或PLC等工业控制器的模拟量模块来实现，但市场上这一类采集板卡或模块一般最多只有16个AD通道，且价格不低，例如研华的AD采集板卡PCI-1716市场价格为5000元左右，完成整套设备的加热管监测需要使用50余块这样的板卡，带来了巨大的经济成本。可见，目前市场上缺乏针对超塑成形设备加热管健康状态监测的成熟方案，体积小、成本低的加热管监测系统有待开发。
技术实现思路
本专利技术针对超塑成形设备对加热管健康状态监测方案的需求，基于选址切换的采集方法，采用分布式架构，完成了软、硬件设计和联合调试，搭建起完整的超多通道加热管健康监测系统。本专利技术通过以下的技术方案实现以上专利技术目的。一种分布式超多通道加热管监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：上位机，所述上位机能够实现显示、报警、应急操作；多个监测箱，所述监测箱安装于应用现场，所述监测箱能够实现信号采集、选址切换、故障诊断；所述多个监测箱与上位机通过交换机连接到同一个网络中，以UDP协议实现数据通信；所述监测箱内包括分布式控制器，所述分布式控制器将故障信息通过UDP协议发送至上位机；监测箱内部设计为板卡接插式，其中每个监测箱中包含背板和多块采集子板；子板上实现电流/电压转换、信号调理放大、模拟信号选址切换等功能；其中，每个监测箱具有多通道模拟信号输入端口；所述每个监测箱采用模拟开关芯片AD7506实现模拟信号的有序切换。根据所述的监测系统，其特征在于，背板上包含主控芯片DSP，所述主控芯片为AD7506提供选址信号。一种用于根据前述技术方案中的任一项所述的分布式超多通道加热管监测系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对配置进行初始化；步骤2：通过变量对IO口赋值；步骤3：定时器计时；步骤4：判断定时器计时是否结束；步骤5：如果计时结束，进行信号采集与运算；步骤6：判断是否完成采集；步骤7：如果完成采集，停止监测。根据所述的控制方法，其特征在于，对于步骤4的判断定时器计时是否结束，如果判断结果是计时没有结束，那么定时器继续计时。根据所述的控制方法，其特征在于，对于步骤6的判断是否完成采集，如果判断结果是没有完成采集，那么继续采集。本专利技术的优点在于：1)本专利技术采用选址切换的方法复用AD采集通道，极大地降低了AD采集板卡的数量，极大地节约了经济成本。设计选址切换电路，控制地址线信号以固定的规律变化，分时段依次将多路电流信号连接到同一AD采集通道。这种动态切换方法极大地节约了硬件成本，也极大地减小了监测设备的体积。2)本专利技术采用分布式架构，放弃了传统工业控制现场控制和采集设备集中放置的方案，将监测箱分布式安装于应用现场，在监测箱内部完成信号采集、选址切换、故障诊断。监测箱内的分布式控制器与上位机以网线连接，将故障信息通过UDP协议发送至上位机，上位机来完成显示、报警、应急操作等。这种分布式架构大大减少了长电缆数目，避免了远距离传输造成的信号衰减，降低了工控现场的布线难度。3)本专利技术具有很强的扩展性。每个监测箱具有280通道模拟信号输入端口，多个监测箱与上位机通过交换机连接到同一个网络中，以UDP协议实现数据通信。根据超塑成形设备的具体需求，可任意增加监测箱数量，甚至增加交换机数量。监测箱内部设计为板卡接插式，检修方便。附图说明图1为模具加热板示意图；图2为分布式超多通道加热管监测系统架构图；图3为电流互感器原理示意图；图4为选址切换方法原理示意；图5是分布式超多通道加热管监测系统的控制流程图。本申请中附图仅作为示意型说明，以使本领域技术人员更容易理解本专利技术；采用这些附图并非用于对本专利技术产生任何限制。具体实施方式下面将对本专利技术作进一步的详细说明。图1为模具加热板示意图，其中包括附图标记为1的加热模具，附图标记为2的加热板，附图标记为3的加热管，附图标记为4的热电偶。加热管和热电偶镶嵌于加热板内部，分别用来加热升温和监测加热板温度(最高可加热到1200摄氏度)。模具安装于加热板之上，用于被塑金属的塑形。分布式超多通道加热管监测系统架构如图2所示。监测系统中包括电流互感器，它是一种电流采集元件，穿在加热管控制线缆上，采集加热管的控制电流，并以一定的电流变比转化成弱电流。图3为电流互感器原理示意图，电流互感器是基于电磁感应原理的交变电流采集传感器，由铁芯和绕组组成。位于图3左边电流互感器的一次侧绕组匝数很少，位于图3右边的二次侧绕组匝数较多，因而具有较大的电流变比，可将一次侧的大电流按比例转化成小电流输出。本系统中选用DL-CT08CL7型号电流互感器，电流变比2000:1，将加热管线路中的大电流(最大20A)转化为电流互感器中的弱电流(最大10mA)，并将转化后的弱电流输出至监测箱。自主研制的加热管监测箱是该系统的核心设备。监测箱采用板卡接插式架构，每个监测箱中包含8块采集子板和1块背板。子板上实现电流/电压转换、信号调理放大、模拟信号选址切换等功能。也可以根据实际需要对单个监测箱中采集子板和背板数量进行调整。子板接收来自电流互感器的电流信号。每个监测箱中包括多块子板，每块子板包括多条用来监测模拟信号的线路。对于前面描述的三工位加热平台，由于每个平台分为8个加热区，每个加热区包含35根加热管的，所以每个平台共280根加热管，因而可以选取单个监测箱中280条监测模拟信号的线路。对于如此多条线路，在监测箱中采用模拟开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式超多通道加热管监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：上位机，所述上位机能够实现显示、报警、应急操作；多个监测箱，所述监测箱安装于应用现场，所述监测箱能够实现信号采集、选址切换、故障诊断；所述多个监测箱与上位机通过交换机连接到同一个网络中，以UDP协议实现数据通信；所述监测箱内包括分布式控制器，所述分布式控制器将故障信息通过UDP协议发送至上位机；监测箱内部设计为板卡接插式，其中每个监测箱中包含背板和多块采集子板；子板上实现电流/电压转换、信号调理放大、模拟信号选址切换等功能；其中，每个监测箱具有多通道模拟信号输入端口；所述每个监测箱采用模拟开关芯片AD7506实现模拟信号的有序切换。

【技术特征摘要】
1.一种分布式超多通道加热管监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：上位机，所述上位机能够实现显示、报警、应急操作；多个监测箱，所述监测箱安装于应用现场，所述监测箱能够实现信号采集、选址切换、故障诊断；所述多个监测箱与上位机通过交换机连接到同一个网络中，以UDP协议实现数据通信；所述监测箱内包括分布式控制器，所述分布式控制器将故障信息通过UDP协议发送至上位机；监测箱内部设计为板卡接插式，其中每个监测箱中包含背板和多块采集子板；子板上实现电流/电压转换、信号调理放大、模拟信号选址切换等功能；其中，每个监测箱具有多通道模拟信号输入端口；所述每个监测箱采用模拟开关芯片AD7506实现模拟信号的有序切换。2.根据权利要求1所述的监测系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帅，田若男，李冰，焦宗夏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11