一、研究背景
   冶煉廠的高爐煉鐵主要從鐵礦石中提取，其中大部分是氧化物。整個(gè)冶煉過(guò)程需要大量的熱量來(lái)完成還原反應(yīng)，主要由熱風(fēng)爐的熱風(fēng)提供。熱風(fēng)溫度一般在1000度以上，熱風(fēng)閥適用于高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱風(fēng)管，也適用于其他工業(yè)窯爐、加熱爐的熱風(fēng)管，可切斷高溫空氣、氣體、煙氣，特別是在高爐煉鐵過(guò)程中。
   熱風(fēng)閥可通過(guò)手動(dòng)鏈傳動(dòng)、液壓鏈傳動(dòng)或電動(dòng)鏈傳動(dòng)。公稱壓力為0.25MPa（0.4MPa），適用溫度≤1200℃≤（1350℃），DN電動(dòng)閥電機(jī)功率31250閥KW，工作溫度1350℃，這也就表明了熱風(fēng)閥內(nèi)部長(zhǎng)期處于一個(gè)高溫狀態(tài)，雖然它可以短時(shí)間地承受高溫，但是長(zhǎng)時(shí)間地承受高溫，對(duì)熱風(fēng)閥的壽命是會(huì)有很嚴(yán)重的影響的。因此在生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中，必須對(duì)熱風(fēng)閥進(jìn)行冷卻，而一般情況下采用水冷卻，冷卻水壓力0.3MPa，耗水量0.056×DNT/h。冷卻系統(tǒng)對(duì)熱風(fēng)閥的正常工作和使用壽命至關(guān)重要。
   本文提供了一套智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)冷卻水的溫度和壓力，并與實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，以提醒工程師進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。
   2.整體設(shè)計(jì)方案
   設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體示意圖如圖1所示.1.顯示。整個(gè)系統(tǒng)有四個(gè)工作階段：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)上傳和上位機(jī)數(shù)據(jù)分析。因此，系統(tǒng)可分為四個(gè)部分：傳感器、監(jiān)控器、無(wú)線通信和分析儀。

圖1.1 系統(tǒng)總體示意圖

   1)數(shù)據(jù)采集
   由于我們通過(guò)監(jiān)測(cè)冷卻水來(lái)獲得熱風(fēng)閥的工作狀態(tài)，我們需要研究冷卻水的溫度和壓力參數(shù)，這需要將溫度和壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。
   數(shù)據(jù)采樣過(guò)程是調(diào)節(jié)、采樣和轉(zhuǎn)換傳感器傳輸?shù)男盘?hào)。根據(jù)工程的具體需要和傳感器的信息，調(diào)節(jié)電路主要是I/V轉(zhuǎn)換和濾波器由兩部分組成。由于我們的壓力傳感器選擇了模擬傳感器，最終通過(guò)處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口進(jìn)入處理器進(jìn)行信號(hào)處理。而溫度傳感器，因?yàn)槲覀冞x擇了數(shù)字傳感器，所以我們可以直接輸入到處理器的一般輸入輸出端口。
   監(jiān)控器主要實(shí)現(xiàn)功能：調(diào)節(jié)、采樣、報(bào)警、無(wú)線上傳數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)，液晶顯示當(dāng)前溫度和壓力值，本地U每次采樣采樣的數(shù)據(jù)。
   報(bào)警功能包括以下三個(gè)方面：
   傳感器故障報(bào)警：傳感器輸出信號(hào)4~20mA當(dāng)傳感器輸出低于或高于此值時(shí)，表示傳感器工作異?；騻鞲衅髋c監(jiān)測(cè)器之間的線路故障。此時(shí)，應(yīng)報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行相關(guān)檢查、聲光報(bào)警并上傳至分析儀。
   單點(diǎn)越限報(bào)警：當(dāng)一條路的采樣值超過(guò)初始化時(shí)設(shè)定的溫度或壓力范圍時(shí)，聲光報(bào)警并上傳至分析儀。
   變化率過(guò)快預(yù)警：當(dāng)傳感器信號(hào)變化率過(guò)快但單點(diǎn)不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，表明系統(tǒng)可能即將出現(xiàn)故障，上傳分析儀提醒監(jiān)控人員注意，縮短采樣間隔。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)部分，由于溫度和壓力變化率標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有調(diào)查和研究，該功能沒(méi)有實(shí)際實(shí)現(xiàn)，但該功能已被考慮在監(jiān)控程序設(shè)計(jì)部分，因?yàn)閁盤子采用扇區(qū)讀寫的方式，所以監(jiān)控器RAM過(guò)去5分鐘的采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在每個(gè)傳感器中，足以實(shí)現(xiàn)短期數(shù)據(jù)分析。兩次采樣⊿P（或⊿T）除以⊿t近似表示變化率，并根據(jù)其趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警。
   2)數(shù)據(jù)處理
   熱風(fēng)閥監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要收集數(shù)據(jù)、采樣信號(hào)，還需要處理數(shù)據(jù)。只有這樣，數(shù)據(jù)才能被識(shí)別并上傳到上位機(jī)。由于熱風(fēng)閥監(jiān)控需要實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理模塊提出了較高的要求。與單片機(jī)相比，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）這方面的性能特別突出，斷口多，實(shí)時(shí)性好。因此，采用數(shù)據(jù)處理DSP實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能。
   3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
   這里提到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要是指下位機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以通過(guò)U磁盤很容易將存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)復(fù)制到上位機(jī)上，并定期總結(jié)熱風(fēng)閥的工作狀態(tài)，為后續(xù)監(jiān)控提供參考比較。
   4)上傳數(shù)據(jù)
   熱風(fēng)閥到DSP相對(duì)較近，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高DSP處理器的輸入輸出端口也很多，所以我們使用并行數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)镈SP我們使用無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，并完成數(shù)據(jù)上傳，以便上位機(jī)的數(shù)據(jù)分析。
   5)上位機(jī)數(shù)據(jù)分析
   數(shù)據(jù)采集、處理和上傳后，需要上位機(jī)實(shí)現(xiàn)許多預(yù)定的監(jiān)控功能，主要是在上位機(jī)界面下實(shí)時(shí)監(jiān)控下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)，監(jiān)控?zé)犸L(fēng)閥是否正常工作。
   綜上所述，我們可以制定監(jiān)控器設(shè)計(jì)的主要部分DSP數(shù)據(jù)采集、處理、上傳和分析功能是核心嵌入式系統(tǒng)。
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