热风阀监测系统整体设计

        一、研究背景
        冶炼厂的高炉炼铁主要是用还原的方法从铁矿石中提取铁元素，其中铁的元素大多以氧化物形式存在。而整个冶炼过程需要大量的热量以完成还原反应，这些热量主要是由热风炉所通热风来提供的。热风温度一般在1000度以上，而热风阀适用于高炉热风炉系统的热风管道，同时也适用于其它工业窑炉、加热炉的热风管道，可对高温空气、煤气、烟气起切断作用，尤其是在高炉炼铁的过程中起到开启或关断热风通道的作用。
        热风阀可用手摇式链条传动，液压链条传动或电动链条传动。公称压力是0.25MPa（0.4MPa），适用温度≤1200℃≤（1350℃），DN1250阀门为电动阀电机功率3KW，工作温度1350℃，这也就表明了热风阀内部长期处于一个高温状态，虽然它可以短时间地承受高温，但是长时间地承受高温，对热风阀的寿命是会有很严重的影响的。因此在生产实际过程中，必须对热风阀进行冷却，而一般情况下采用水冷却，冷却水压力0.3MPa，耗水量0.056×DNT/h。而冷却系统对热风阀的正常工作及寿命至关重要。
        本文提供了一套给出了一套智能监测系统来监测冷却水的温度、压力，与实际工程经验的数据进行比较和分析的整体系统，从而报警以提示工程人员进行相应的故障处理。
        二、系统整体设计方案
        通过分析现场资料，设计系统总体示意图如图1.1所示。整个系统四个工作阶段，数据采集、数据处理、数据上传以及上位机数据分析这四个部分，因此可以将系统分为四个部分，数据采集部分即传感器部分，监测仪部分，无线通信部分还有分析仪部分。

图1.1 系统总体示意图

        1）数据采集
        由于我们通过监测冷却水来获得热风阀的工作状态，为此我们需要研究冷却水的温度和压力参数，而这就需要利用传感器来将温度和压力信号转换为电压信号或者数字信号。
        数据采样的过程，就是对传感器输送过来的信号进行调理、采样以及模数转换。根据工程的具体需要以及传感器的信息，调理电路主要是I/V转换和滤波器两部分组成。由于我们的压力传感器选择的是模拟传感器，所以最后要通过处理器的模数转换口，经过模数转换这个过程，进入处理器内部，以便信号进行处理。而温度传感器，由于我们选取的是数字式传感器，所以我们就可以直接输入到处理器的通用输入输出端口了。
        监测仪主要是实现功能：对传感器输送过来的信号进行调理、采样、报警并无线上传数据及报警信号、液晶屏显示当前温度和压力值、本地U盘存储每次采样的数据。
        其中报警功能包括如下3个方面：
        传感器故障报警：传感器输出信号为4~20mA当传感器输出低于或高于这个值时表明传感器工作不正常或传感器与监测仪之间的线路故障，此时需报警以提示工作人员进行相关检查，声光报警并上传至分析仪。
        单点越限报警：当某一路的某次采样值超出初始化时所设定的温度或压力范围时，声光报警并上传至分析仪。
        变化率过快预警：当某一路传感器信号变化率过快但并未单点超标时，此时表明系统可能即将产生故障，要上传分析仪提醒监测人员注意，并缩短采样间隔。在此次毕设实际实现部分，由于并未对温度和压力变化率标准进行调查和研究，所以未实际实现此功能，但是在监测仪程序设计部分已经考虑了该功能，由于对U盘采用扇区读写方式，所以监测仪的RAM中存储了每一路传感器最近5分钟的采样数据，足以实现短期的数据分析。以两次采样的⊿P（或⊿T）除以⊿t近似表示变化率，根据其趋势进行预警。
        2）数据处理
        热风阀监测系统不仅要采集数据，采样信号，还要对数据进行处理，只有这样数据才能够以一个被识别，才能上传到上位机上。由于热风阀监测要实时和准确地处理大量数据，这就对数据处理模块提出了较高要求。而较之单片机，数字信号处理器（DSP）在这方面的性能是尤为突出的，断口比较多，实时性也比较好，因此数据处理时采用DSP来实现监测系统的数据处理功能。
        3）数据存储
        这里所说的数据存储主要是指下位机的数据存储，这样就可以通过U盘将存储的大量的数据很便捷地拷贝到上位机上，对热风阀的工作状况作出规律性的总结，以便于为后续的监控提供参考性的对比。
        4）数据的上传
        由于热风阀到DSP比较近并且监测系统对实时性的要求比较高而且DSP处理器的输入输出端口也比较多，因此我们采用并行来进行它们之间数据传输，而由于DSP到计算机间的距离较远、老厂不易布线，我们采用无线传输模块来实现它们之间的数据传输，已完成数据的上传，以便上位机的数据分析。
        5）上位机数据分析
        在进行数据采集、处理、上传之后，就需要上位机来实现其预定的许多监测功能，主要是在上位机界面下能够实时地监测下位机上传的数据，并进行监测热风阀工作正常与否。    
        综合上述，我们可以拟定出主要部分监控仪的设计，采用以DSP为核心的嵌入式系统，完成监测系统的数据采集，处理，上传，以及分析功能。
        参考文献
        [1]孙传友，孙晓斌，汉泽西，张欣.测控系统原理与设计.北京航空航天大学.2002
        [2]李江全，张丽，岑红蕾.VisualBasic串口通信与测控应用技术实战详解[M].北京：人民邮电出版社，2007.