卡爾多爐溫度在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

張 瑩，陶 燚，呂鳳玉

(1．蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050;2．甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730030)

0 引言

卡爾多爐(Kaldo)也稱(chēng)傾斜式氧氣頂吹旋轉(zhuǎn)爐，采用富氧頂吹法即TBRC法冶煉鉛、銅、陽(yáng)極泥及貴重金屬，最早是由瑞典波立登公司研發(fā)的一種大型設(shè)備。其特點(diǎn)是冶煉周期短、生產(chǎn)率高、冶煉品種多，但其功能復(fù)雜、性能指標(biāo)高、價(jià)格昂貴。同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中不允許計(jì)劃外停機(jī)，如果冶煉過(guò)程中一旦發(fā)生停機(jī)故障，其直接、間接損失將十分巨大，同時(shí)可能造成安全問(wèn)題。

卡爾多爐工作環(huán)境極其惡劣，爐體內(nèi)冶煉溫度通常在1 000℃以上，外部溫度在300℃左右。而在高溫情況下材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得材料強(qiáng)度及塑性降低，甚至發(fā)生脆性斷裂;同時(shí)，各接觸件間的摩擦系數(shù)將增大，造成設(shè)備磨損、破壞、增加系統(tǒng)能耗;軸承潤(rùn)滑脂過(guò)早被烘干，導(dǎo)致軸承咬死，長(zhǎng)時(shí)間磨損而報(bào)廢，使的維修工作加大，設(shè)備零部件消耗劇增，影響整個(gè)冶煉周期。因此，研究特定工況下卡爾多爐的運(yùn)行溫度是很有意義的。

1 監(jiān)控系統(tǒng)分析與監(jiān)控點(diǎn)的選擇

1．1 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求

卡爾多爐工作過(guò)程中溫度信息的采集與分析非常有必要。分析、處理好所采集的信息，構(gòu)建與卡爾多爐運(yùn)行狀態(tài)之間的聯(lián)系，是卡爾多爐正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在故障發(fā)生之前做出判斷，通過(guò)報(bào)警提示，工作人員做出相應(yīng)的處理，以防重大事故的發(fā)生。

1．2 開(kāi)發(fā)工具

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司(ARM公司之一)開(kāi)發(fā)的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。支持8051微控制器的專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)工具。支持所有的8051系列的芯片，具有擴(kuò)展存儲(chǔ)器和指令集的新設(shè)備、經(jīng)典設(shè)備以及具有IP核的設(shè)備。

1．3 卡爾多爐監(jiān)控點(diǎn)選擇

考慮到卡爾多爐工作過(guò)程中重要部件受溫度影響以致?lián)p壞，從而發(fā)生重大事故。因此，本系統(tǒng)有針對(duì)性的選擇卡爾多爐的四個(gè)支撐輪、摩擦圈和爐體作為被監(jiān)控對(duì)象，達(dá)到對(duì)爐體運(yùn)行狀況的監(jiān)控。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 硬件環(huán)境構(gòu)建

鑒于卡爾多爐運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)傳輸利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，爐體和支撐輪熱敏點(diǎn)溫度選用紅外溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)加入四氟隔熱墊于傳感器探頭和變送器之間等措施，用以提高信號(hào)傳輸?shù)木?。將傳遞的采集信號(hào)接入到信號(hào)調(diào)理電路，以過(guò)濾干擾信號(hào)和模擬電路造成的誤差。系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示。

TC35即GSM無(wú)線通信模塊，是西門(mén)子公司為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信所設(shè)計(jì)的一個(gè)GSM模塊。此模塊同時(shí)支持GSM900 MHz和GSM1 800 MHz頻段，同時(shí)能進(jìn)行語(yǔ)音盒的數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

TC35與單片機(jī)AT89S52相互通信利用標(biāo)準(zhǔn)接口RS－232來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)接收來(lái)自測(cè)控中心的短信息，就信息內(nèi)容進(jìn)行解讀，同時(shí)通過(guò)單片機(jī)控制TC35，將監(jiān)控中心傳遞的命令執(zhí)行結(jié)果以及所獲得的溫度信息傳遞給監(jiān)控中心(上位機(jī))。顯示屏采用LCDl602，以實(shí)時(shí)顯示所測(cè)得的數(shù)據(jù)。身份認(rèn)證利用AT24C02對(duì)身份驗(yàn)證信息進(jìn)行存儲(chǔ)，而驗(yàn)證信息則通過(guò)鍵盤(pán)輸入。通過(guò)輸出控制模塊來(lái)達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。遠(yuǎn)程測(cè)控電路的設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程測(cè)控電路原理圖

2．2 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)卡爾多爐溫度的監(jiān)控。利用采集卡達(dá)到對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)分析、處理以及特征信號(hào)的提取，于此同時(shí)判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常。如果發(fā)生異常，則報(bào)警指示燈閃爍并給監(jiān)控中心即上位機(jī)發(fā)出信號(hào)。

同時(shí)采用矩陣鍵盤(pán)、LCDl602、EEPROM存儲(chǔ)器AT24C02和溫度傳感器DSl8820來(lái)完成對(duì)本系統(tǒng)的構(gòu)建。具體電路如圖3所示。

圖3 單片機(jī)與外圍電路連接圖

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了以單片機(jī)和無(wú)線通信為中心，利用GSM網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控中心(上位機(jī))和遠(yuǎn)程終端(下位機(jī))之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)卡爾多爐溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時(shí)該系統(tǒng)可在電力、冶金、石油和化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

［1］ 張波，楊國(guó)華．基于公用GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，5(3):1 －2，4．

［2］ 柯振東，呂鳳玉，賀成柱．卡爾多爐在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2014，36(3):35 －37．

［4］ 王月浩．基于GPS和GSM的監(jiān)控與采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27(6):38 －40．

［5］ 姜 平，陳虹吉．基于GSM手機(jī)的遠(yuǎn)程無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．信息技術(shù)，2008(10):62－64．

［6］ 韓志軍，沈晉源，王振波．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．