高爐溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

栗志偉 王彩霞

【中圖分類(lèi)號(hào)】 S210.43 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2236-1879（2017）05-0214-01

一、概述

針對(duì)我國(guó)高爐安全條件現(xiàn)狀，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)是人身安全，財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)家高爐安全開(kāi)采，人民生活安居樂(lè)業(yè)的重要保障。隨著高爐開(kāi)采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大以及開(kāi)采深度的不斷延伸，安全隱患越來(lái)越多，溫度事故特別是重、特大溫度事故在高爐事故中所占的比例也越來(lái)越高。我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家之一[1]。80年代初期，我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)引進(jìn)的國(guó)外技術(shù)進(jìn)行消化、吸收并結(jié)合我國(guó)高爐生產(chǎn)現(xiàn)狀，研制并開(kāi)發(fā)出了KJ2、KJ4、KJ8等一系列產(chǎn)品，直至90年代，我國(guó)的高爐溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸完善，研制出了MSNM、WEBGIS等高爐安全綜合化和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。但就我國(guó)高爐生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)仍有許多不足，不同廠家推出的不同系統(tǒng)投入使用時(shí)間均較長(zhǎng)、各廠家采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)又不同，各自為政，相互之間兼容性差，質(zhì)量良莠不齊。不同的監(jiān)控系統(tǒng)形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的“信息孤島”，嚴(yán)重阻礙了各高爐安全生產(chǎn)管理水平的進(jìn)一步提高。本文采用AT89S52單片機(jī)作為硬件電路核心，通過(guò)MQ-5氣體傳感器接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體成分識(shí)別和濃度測(cè)量，報(bào)警以及實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)等功能。

二、需求分析

我國(guó)現(xiàn)有的高爐溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要不足包括：傳感器規(guī)格適用范圍不廣泛；傳感器等質(zhì)量不過(guò)關(guān)；現(xiàn)場(chǎng)管理和維護(hù)水平有待于加強(qiáng)；通訊協(xié)議不規(guī)范；市場(chǎng)秩序紊亂[2]。本課題所采用的串口通訊協(xié)議不僅解決了信息傳輸系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題，更解決了由于通訊協(xié)議不規(guī)范所造成的設(shè)備重復(fù)購(gòu)置、系統(tǒng)補(bǔ)套受制于人等一系列問(wèn)題。同時(shí)，利用傳感器和單片機(jī)之間的相互融合發(fā)展成的軟硬件系統(tǒng)，使其覆蓋面更廣，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)更多，且溫度廣泛應(yīng)用于我們生活的場(chǎng)所，而我國(guó)現(xiàn)有的氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能較好些價(jià)格昂貴，普通人戶(hù)不會(huì)為此花費(fèi)較多財(cái)物，價(jià)格低廉的傳感器人們又無(wú)法相信其質(zhì)量，這使我國(guó)在這一方面的發(fā)展止步不前，本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心，其價(jià)格為廣大人民群眾所能承受，且在質(zhì)量上又有相當(dāng)好的保證，進(jìn)一步提高了現(xiàn)場(chǎng)管理和維護(hù)水平，不會(huì)因?yàn)槿狈?zhuān)業(yè)技術(shù)人員而不能正常使用和維護(hù)；以MQ-5氣體傳感器為氣體檢測(cè)模塊，該傳感器對(duì)天然氣、液化氣、煤氣有較好的靈敏度，具有長(zhǎng)期的實(shí)用壽命和可靠的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)化管理，使各個(gè)高爐之間實(shí)現(xiàn)資源共享。

三、總體方案

基于AT89S52單片機(jī)的高爐溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

MQ-5氣體傳感器對(duì)氣體進(jìn)行識(shí)別和濃度測(cè)量后，將輸出的模擬信號(hào)電壓量傳給AT89S52單片機(jī)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換生成數(shù)字信號(hào)，軟件程序?qū)纹瑱C(jī)接收到的數(shù)字信號(hào)處理后與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，然后將比較結(jié)果傳到顯示模塊，若比較結(jié)果低于設(shè)定值，則系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)不報(bào)警，若高于設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)控制機(jī)器停止工作。該系統(tǒng)使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片完成模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)和報(bào)警的功能。

四、硬件與軟件設(shè)計(jì)

1.硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括CPU模塊設(shè)計(jì)和傳感器設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目采用AT89S52單片機(jī)作為CPU模塊的核心系統(tǒng)。傳感器的主要功能是對(duì)氣體成分進(jìn)行識(shí)別、濃度測(cè)量。

在實(shí)驗(yàn)期間，采用CH4氣體傳感器進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。電導(dǎo)率的變化可轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-5氣體傳感器對(duì)丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度高，對(duì)甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，特別是天然氣，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。適用于工業(yè)上對(duì)液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測(cè)裝置，不僅具有優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力，而且使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性可靠。系統(tǒng)硬件工作流程圖如圖2所示。

2.軟件設(shè)計(jì)

溫度爆炸主要條件是溫度濃度，據(jù)調(diào)查，新鮮的空氣中，溫度爆炸的下限為5.3%，上限為16%[4]。本系統(tǒng)軟件功能包括：系統(tǒng)初始狀態(tài)設(shè)置、危險(xiǎn)值比較和輸出報(bào)警信號(hào)。軟件主要工作原理是系統(tǒng)硬件供電后，各系統(tǒng)模塊初始化，系統(tǒng)的初始化設(shè)定包括設(shè)置初始變量（根據(jù)上述數(shù)據(jù)所得，設(shè)置初始數(shù)據(jù)為0.05），分配存儲(chǔ)空間。氣體傳感器對(duì)氣體進(jìn)行成分識(shí)別后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字限號(hào)傳給單片機(jī)，當(dāng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)低于單片機(jī)設(shè)定的危險(xiǎn)值時(shí)，系統(tǒng)只需上傳氣體的成分及其濃度，當(dāng)氣體濃度高于所設(shè)定的危險(xiǎn)值時(shí)，單片機(jī)及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)阻止機(jī)器工作。系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖3所示。

五、結(jié)語(yǔ)

高爐工業(yè)發(fā)展迅速，溫度早已在民居中廣泛應(yīng)用，企業(yè)對(duì)于溫度爆炸帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)影響及對(duì)人身安全的威脅也給予了高度重視，本項(xiàng)目研發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，可維護(hù)性好，智能化的裝置控制，為我國(guó)高爐企業(yè)的安全發(fā)展提供了很大的技術(shù)支持，促進(jìn)了高爐企業(yè)持續(xù)發(fā)展的腳步。

遼寧科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

參考文獻(xiàn)

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[2] 蘭發(fā)林.高爐安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控在應(yīng)用中存在的問(wèn)題及解決策略[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016（15）：78-79.

[3] 董川，雙少敏，李忠平等.高爐溫度監(jiān)測(cè)新技術(shù)[M].化學(xué)工程出版社，2010.7.