高爐溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究

栗志偉 王彩霞

【中圖分類號】 S210.43 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2236-1879（2017）05-0214-01

一、概述

針對我國高爐安全條件現(xiàn)狀，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測是人身安全，財產(chǎn)安全，國家高爐安全開采，人民生活安居樂業(yè)的重要保障。隨著高爐開采技術(shù)手段的不斷改進(jìn)和開采規(guī)模的擴(kuò)大以及開采深度的不斷延伸，安全隱患越來越多，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越高。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，也是世界上少數(shù)幾個以煤為主要能源的國家之一[1]。80年代初期，我國開始應(yīng)用監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，對引進(jìn)的國外技術(shù)進(jìn)行消化、吸收并結(jié)合我國高爐生產(chǎn)現(xiàn)狀，研制并開發(fā)出了KJ2、KJ4、KJ8等一系列產(chǎn)品，直至90年代，我國的高爐溫度監(jiān)測系統(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)測管理系統(tǒng)。但就我國高爐生產(chǎn)發(fā)展趨勢，現(xiàn)有的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)仍有許多不足，不同廠家推出的不同系統(tǒng)投入使用時間均較長、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)形成一個個獨立的“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MQ-5氣體傳感器接收信號，實現(xiàn)對氣體成分識別和濃度測量，報警以及實時上傳數(shù)據(jù)等功能。

二、需求分析

我國現(xiàn)有的高爐溫度監(jiān)測系統(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)量不過關(guān)；現(xiàn)場管理和維護(hù)水平有待于加強；通訊協(xié)議不規(guī)范；市場秩序紊亂[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)購置、系統(tǒng)補套受制于人等一系列問題。同時，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)測系統(tǒng)參數(shù)更多，且溫度廣泛應(yīng)用于我們生活的場所，而我國現(xiàn)有的氣體監(jiān)測系統(tǒng)性能較好些價格昂貴，普通人戶不會為此花費較多財物，價格低廉的傳感器人們又無法相信其質(zhì)量，這使我國在這一方面的發(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)場管理和維護(hù)水平，不會因為缺乏專業(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模塊，該傳感器對天然氣、液化氣、煤氣有較好的靈敏度，具有長期的實用壽命和可靠的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)化管理，使各個高爐之間實現(xiàn)資源共享。

三、總體方案

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

MQ-5氣體傳感器對氣體進(jìn)行識別和濃度測量后，將輸出的模擬信號電壓量傳給AT89S52單片機(jī)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換生成數(shù)字信號，軟件程序?qū)纹瑱C(jī)接收到的數(shù)字信號處理后與預(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)不報警，若高于設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報警，同時控制機(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向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，采用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，實現(xiàn)智能監(jiān)測和報警的功能。

四、硬件與軟件設(shè)計

1.硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括CPU模塊設(shè)計和傳感器設(shè)計，本項目采用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氣體成分進(jìn)行識別、濃度測量。

在實驗期間，采用CH4氣體傳感器進(jìn)行參數(shù)測量。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，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應(yīng)的輸出信號。MQ-5氣體傳感器對丁烷、丙烷、甲烷的靈敏度高，對甲烷和丙烷可較好的兼顧。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，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)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置，不僅具有優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力，而且使用壽命長，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

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、危險值比較和輸出報警信號。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），分配存儲空間。氣體傳感器對氣體進(jìn)行成分識別后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字限號傳給單片機(jī)，當(dāng)所測得的數(shù)據(jù)低于單片機(jī)設(shè)定的危險值時，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)定的危險值時，單片機(jī)及時進(jìn)行聲光報警，同時阻止機(jī)器工作。系統(tǒng)軟件工作流程圖如圖3所示。

五、結(jié)語

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)對于溫度爆炸帶來的經(jīng)濟(jì)影響及對人身安全的威脅也給予了高度重視，本項目研發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，價格低廉，可維護(hù)性好，智能化的裝置控制，為我國高爐企業(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)練計劃項目

參考文獻(xiàn)

[1] 劉源駿，袁梅，馬科偉.高爐安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)探討[J].礦業(yè)工程，2010（2）： 49-51.

[2] 蘭發(fā)林.高爐安全監(jiān)測監(jiān)控在應(yīng)用中存在的問題及解決策略[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)測新技術(shù)[M].化學(xué)工程出版社，2010.7.