張 瑩，陶 燚，呂鳳玉

(1．蘭州理工大學技術(shù)工程學院，甘肅蘭州 730050;2．甘肅省機械科學研究院，甘肅蘭州 730030)

0 引言

卡爾多爐(Kaldo)也稱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。其特點是冶煉周期短、生產(chǎn)率高、冶煉品種多，但其功能復雜、性能指標高、價格昂貴。同時，在生產(chǎn)過程中不允許計劃外停機，如果冶煉過程中一旦發(fā)生停機故障，其直接、間接損失將十分巨大，同時可能造成安全問題。

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，使得材料強度及塑性降低，甚至發(fā)生脆性斷裂;同時，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;軸承潤滑脂過早被烘干，導致軸承咬死，長時間磨損而報廢，使的維修工作加大，設(shè)備零部件消耗劇增，影響整個冶煉周期。因此，研究特定工況下卡爾多爐的運行溫度是很有意義的。

1 監(jiān)控系統(tǒng)分析與監(jiān)控點的選擇

1．1 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求

卡爾多爐工作過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)建與卡爾多爐運行狀態(tài)之間的聯(lián)系，是卡爾多爐正常運行的基礎(chǔ)。了解設(shè)備的運行狀態(tài)，在故障發(fā)生之前做出判斷，通過報警提示，工作人員做出相應的處理，以防重大事故的發(fā)生。

1．2 開發(fā)工具

Keil C51是美國Keil Software公司(ARM公司之一)開發(fā)的51系列兼容單片機C語言開發(fā)系統(tǒng)。支持8051微控制器的專業(yè)開發(fā)工具。支持所有的8051系列的芯片，具有擴展存儲器和指令集的新設(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)控點選擇

考慮到卡爾多爐工作過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)有針對性的選擇卡爾多爐的四個支撐輪、摩擦圈和爐體作為被監(jiān)控對象，達到對爐體運行狀況的監(jiān)控。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2．1 硬件環(huán)境構(gòu)建

鑒于卡爾多爐運行環(huán)境復雜，測點與監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)傳輸利用無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，爐體和支撐輪熱敏點溫度選用紅外溫度傳感器進行測量，同時加入四氟隔熱墊于傳感器探頭和變送器之間等措施，用以提高信號傳輸?shù)木取鬟f的采集信號接入到信號調(diào)理電路，以過濾干擾信號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無線通信模塊，是西門子公司為了實現(xiàn)無線通信所設(shè)計的一個GSM模塊。此模塊同時支持GSM900 MHz和GSM1 800 MHz頻段，同時能進行語音盒的數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖

TC35與單片機AT89S52相互通信利用標準接口RS－232來實現(xiàn)。實現(xiàn)接收來自測控中心的短信息，就信息內(nèi)容進行解讀，同時通過單片機控制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)。顯示屏采用LCDl602，以實時顯示所測得的數(shù)據(jù)。身份認證利用AT24C02對身份驗證信息進行存儲，而驗證信息則通過鍵盤輸入。通過輸出控制模塊來達到對現(xiàn)場的控制。遠程測控電路的設(shè)計原理圖如圖2所示。

圖2 遠程測控電路原理圖

2．2 信號采集電路設(shè)計

系統(tǒng)利用單片機來實現(xiàn)對卡爾多爐溫度的監(jiān)控。利用采集卡達到對各監(jiān)控點狀態(tài)信號的采集，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)信號分析、處理以及特征信號的提取，于此同時判斷設(shè)備運行是否正常。如果發(fā)生異常，則報警指示燈閃爍并給監(jiān)控中心即上位機發(fā)出信號。

同時采用矩陣鍵盤、LCDl602、EEPROM存儲器AT24C02和溫度傳感器DSl8820來完成對本系統(tǒng)的構(gòu)建。具體電路如圖3所示。

圖3 單片機與外圍電路連接圖

3 結(jié)語

設(shè)計了以單片機和無線通信為中心，利用GSM網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控中心(上位機)和遠程終端(下位機)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，實現(xiàn)了對卡爾多爐溫度的遠程監(jiān)控。同時該系統(tǒng)可在電力、冶金、石油和化工等領(lǐng)域廣泛應用。

［1］ 張波，楊國華．基于公用GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與應用［J］．無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2005，5(3):1 －2，4．

［2］ 柯振東，呂鳳玉，賀成柱．卡爾多爐在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計［J］．制造業(yè)自動化，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［J］．重慶文理學院學報(自然科學版)，2008，27(6):38 －40．

［5］ 姜 平，陳虹吉．基于GSM手機的遠程無線測控系統(tǒng)設(shè)計［J］．信息技術(shù)，2008(10):62－64．

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