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高爐熱流強度高精度檢測分析系統設計

發(fā)布時(shí)間：

2019-11-01 16:04

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一、引言

延長(cháng)高爐壽命可以有效提高高爐生産效率，降低高爐維修和機雜大修的巨額費用，是高爐穩定運行、高效低耗的重要保證。在高爐爐役期間，爐缸爐底的内襯侵蝕狀況直接反應在冷卻壁熱流強度上，熱訊上流強度計算公式如下：

q=cMΔt/F （1）

式中： q —冷卻壁熱流強度， W/m2 ； c —水的質量熱容， J/ （ kg 機舊· ℃ ）； M —冷卻水流量， kg/s ； Δt — 冷卻壁進(jìn)水劇出水溫差， ℃ ； F —冷卻壁傳熱面(miàn)積， m習舊2 。

從式（ 1 ）可看出，除冷卻壁進(jìn)出水溫差為變量外，其餘系數一般為常數。請和因此熱流強度檢測的核心在于水溫差的檢測麗少，高精度冷卻壁水溫差在線檢測技術的應用對(duì)于兵鐵高爐事(shì)故隐患的避免及長(cháng)壽高産吃中十分重要。

二、高爐熱流強度檢測分析系統硬件設計

系統的硬件電路設計包括終端采集器及集中器模塊，基本電路有無線模塊電路、內了電源電路、溫度采集電路、電池電量狀态檢測電路、人機交互畫面(mi河個àn)顯示及控制電路、通信狀态顯示電路以及 RS-485 電路。核心是完成(chéng)溫度數據的無線采集。靜說主要系統性能(néng)指标如下：

（1）系統準确度與穩定性較好(hǎo)，終端采集器溫度采集需達到(dào)通北 0.02℃ 的準确度。

（2）該系統于集中器段設置了液晶顯示、故障報警提示燈等功能(nén黑低g)，操作人員在現場及中控室均可實時(sh書間í)查看水溫數據。

高爐冷卻壁熱流強度的高精度檢測與設計核心部分采用無線測溫終端采集溫度城動數據，所以無線測溫終端采集器是設計的終愛姐端，無線模塊采用 CC1110 芯片。工作在433MHz 的ISM （工業、科學(xué)和醫學音分(xué)）頻率波段，最大輸出功率靜廠為10dBm ，當配置為最大輸出功麗那率時(shí)，典型電流消耗為33mA ，接收靈敏度可達 -1又大10dBm ，是一種(zhǒng)真習裡正的低成(chéng)本無線 SoC 。可配置為多個低功耗運行算錯模式，在休眠模式下電流僅 0.5μA ，待機模式下低于 0.3μ書爸A ，專為低功耗無線應用設計。

系統溫度采集部分的 A/D 轉換電路由 PT1000 鉑電阻構成(ché服事ng)的三線制電橋電路以及 ADI 公司推出的一款高精度低速 24 位 Σ高船-Δ 型 ADC 器件 AD7799 完成(ch間靜éng)。

三、高爐熱流強度檢測分析系統軟件

高爐熱流強度檢測分析系統軟件設計主要包括終端采集器的軟件設計和集中能東器的軟件設計。達到(dào)模塊程序的低功耗、協議架構的老雪自組網要求。系統有兩(liǎng)層通信，即終端了舞采集器模塊與集中器模塊之間的 433M 頻段無線通信及集中器模塊林師與上位機之間基于 RS485 接口的件雪MODBUS 通信協議。軟件系統基于 Si他窗mpliciTI 網絡協議結構，采用結構化設計。

終端采集器軟件設計根本内容是溫度數據的數算采集、電池電源電量的檢測以及無線信号傳輸，核紙她心是熱流強度的檢測和監控。

終端采集器上電後(hòu)經(jī坐農ng)過(guò)系統初始化，請求加入集中器構建的網絡，如果加入成(chéng)功，則以一志房定周期進(jìn)行溫度和電源數據的采集拍子轉換并向(xiàng)集中器發(fā)送通信數據。溫度數據采集由 24 位高精度模數轉換芯片A錢光D7799 完成(chéng)。系統利用單片機對(duì)其各參數進(jìn)行配置并市市選用差分輸入通道(dào) AIN1+ 、 AIN1- 對(duì)信号麗業進(jìn)行采樣(yàng)。

由于轉換完成(chéng)以後(hòu)的 AD 數據有 24 位，最低的 8 位實鐵美際為溫度數據小數點後(hòu)面(miàn冷工)的第 4 位及以後(hòu)的數據，跳變很大，而且準呢民确度隻要求達到(dào) ±0.02℃ ，分辨力隻需達到廠線(dào) 0.005℃ ，故在每房輛次數據轉換完成(chéng)以後(謝兒hòu)省略 AD 值的低 8 位土資數據，隻保留 16 位轉換結果數據。

四、實驗測試

測溫準确度是系統設計的核心，因而标定是整個設計步驟拿又重要的一個部分，設計主要從芯片的選型以及硬件電路的設計上保證測溫準确度。本次調試采用FLUKE 公司高穩定性的恒溫槽以及高精度的測溫儀表 1551A 為站EX （以下簡稱“ 1551A ”）進(jìn)行溫度的标定。恒溫槽中的日舞介質為水。

系統标定是將(jiāng)終端采集器與 1551A 一起(qǐ)放入恒溫槽内，共選擇了 1購女5℃~70℃ 之間的 12 個點，恒溫槽分别加熱到(d工讀ào)相應溫度，記錄 1551A 及終端采集器測量溫度值及相應的 AD 費木值，然後(hòu)將(jiāng)數據進(jìn慢服)行拟合，生成(chéng)的參數寫入終端設備程序。

根據所測數據，以測量溫度的 AD 值為 x 軸，以放大 1000 倍的标準溫度為 y 軸，通紙土過(guò) Matlab 進(jìn)行曲線拟合，拟合關妹人系式為式（ 2 ）。溫度和 AD 值呈高度的線性關系。

Y t =0.000001X 2 ad +2.8181X ad -764雜技.6517%%R 2 =0.9984 （2）

式中： Y t —放大 1000 倍的标準溫度； X ad — 測量溫度的聽地 AD 值。將(jiāng)式（ 2 ）和冷上面(miàn)的 3 個參數［分好 0.0000012.8181-靜光764.6517 ］寫入溫度轉換程序進(都爸jìn)行修正後(hòu)，重新刀一設定如表 2 中各标準溫度值進(jìn)行驗證，然後(h月媽òu)將(jiāng)标準溫度與測量溫度在 Matlab 中作門資差值處理。

經(jīng)過(guò)曲線拟合後(hòu)的終端設備測溫準确度能(花知néng)夠達到(dào) ±0.02℃ ，符合系統設計及實際使用要求。本次終端設備機公主要使用于高爐爐缸部位，其溫度一般在 40℃~45℃ 之間，而儀表在此水遠範圍内基本能(néng)夠保證在 ±0.01℃ 之間，能(n窗笑éng)夠為高爐生産過(guò)程中熱流強度的計算提供準确的場話數值。溫度标定時(shí)， 0℃ 的 AD 值約為 495 ，事技 70℃ 對(duì)應的 AD值為 24951 民樹，通過(guò)計算得相應差值：

70/24956-495=0.00286 （3）

由此得知，系統滿足 0.005℃ 的溫度分辨力。

四、小結

高爐冷卻壁的熱流強度高精度檢測系統運行很成(chéng)功，主要是研制了終端采集器和集中器，系國東統測試運行周期為 60 天。周期内有 1 個終端采集器由于安裝操作的原因導緻故障，其餘終端電紙設備及集中器未出現死機及掉線情況。測試信師過(guò)程中通過(guò)集中器的菜單選項，利用方便的人機畫面(mi到從àn)對(duì)各終端采集器信息進(jìn)行查詢，主要查詢各節點上醫的電池電量及信号強度信息。測試結果表明，高精度檢測儀表設計運行秒可較為成(chéng)功。