論文關(guān)鍵字：高爐 冷卻水 溫差 流量 數(shù)字化 溫度傳感器 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)控制
論文摘要：利用數(shù)字化溫度傳感器、電磁流量計(jì)對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行溫度和流量參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及歷史記錄和人工設(shè)定參數(shù)等進(jìn)行分析和比較，確認(rèn)高爐冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)不佳狀態(tài)進(jìn)行必要的調(diào)整。
引言
在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，由于爐內(nèi)反映產(chǎn)生大量的熱量，任何爐襯材料都難以承受這樣的高溫作用，必須對(duì)其爐體進(jìn)行合理的冷卻，同時(shí)對(duì)冷卻介質(zhì)進(jìn)行有效的控制，以便達(dá)到有效的冷卻，使之既不危及耐火材料的壽命，又不會(huì)因?yàn)槔鋮s元件的泄露而影響高爐的操作。因此對(duì)高爐冷卻介質(zhì)進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)和控制尤為重要。本文主要闡述對(duì)高爐水冷卻部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的一套系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。
高爐冷卻水系統(tǒng)比較重要的幾個(gè)參數(shù)：
高爐冷卻的作用：
1． 降低爐襯溫度，使?fàn)t襯保持一定的強(qiáng)度，維護(hù)合理的操作爐型，延長(zhǎng)高爐壽命和安全生產(chǎn)。
2．形成保護(hù)性渣皮，鐵殼和石墨層，保護(hù)爐襯并代替爐襯工作。
3． 保護(hù)爐殼、支柱等金屬結(jié)構(gòu)，免受高溫的影響，有些設(shè)備如風(fēng)口、渣口、熱風(fēng)閥等用水冷卻以延長(zhǎng)其壽命。
4．有些冷卻設(shè)備可起支撐部分磚襯的作用。
就其作用而言，相對(duì)重要的是降低溫度，帶走熱量以形成保護(hù)性渣皮，維護(hù)合理爐型。因此冷卻系統(tǒng)在不同位置帶走熱量的多少很重要，有冷卻器的熱平衡分析可知，冷卻水帶走的熱量與水量、進(jìn)出水溫差、水的比熱容成正比關(guān)系，而水的比熱容是一個(gè)常量，所以對(duì)冷卻水我們需要監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)是水流量和進(jìn)出水溫差。
我們通過(guò)在冷卻器進(jìn)水或出水支管上安裝流量計(jì)來(lái)獲取流量值，通過(guò)在進(jìn)水和出水分別安裝溫度傳感器來(lái)獲取進(jìn)出水溫度，通過(guò)計(jì)算得到溫差。
對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)的控制與調(diào)節(jié)中主要是對(duì)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)冷卻水流量的主要手段是調(diào)節(jié)控水閥門(mén)的開(kāi)度和啟動(dòng)加壓泵加大進(jìn)水壓力兩種方式。
因此我們要做的就是監(jiān)測(cè)高爐冷卻水的進(jìn)出水溫差和流量，通過(guò)計(jì)算得出熱流強(qiáng)度，再根據(jù)熱流強(qiáng)度對(duì)高爐當(dāng)前部位爐墻厚度等狀況進(jìn)行判斷，并對(duì)局部水量或整體水量做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
系統(tǒng)介紹系統(tǒng)從功能上分為溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、控制執(zhí)行子系統(tǒng)、運(yùn)算分析控制存儲(chǔ)子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng)五個(gè)部分（圖1）。
圖1 高爐冷卻系統(tǒng)控制原理圖
溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng) 溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)構(gòu)成溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)備主要包括：數(shù)字化溫度傳感器、總線連接器、溫度采集器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等。系統(tǒng)構(gòu)造如下圖（圖2）：
圖2：溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)原理示意圖
溫度傳感器測(cè)溫傳感器采用的是美國(guó)進(jìn)口的數(shù)字式溫度傳感元件，其精度高，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)使得在低溫測(cè)量系統(tǒng)中用量非常大。其外殼采用不銹鋼制成，防水、耐腐蝕，可以在環(huán)境惡劣的測(cè)溫環(huán)境下使用。該探頭安裝簡(jiǎn)單，拆換方便，可維護(hù)性好。
數(shù)字化溫度傳感器內(nèi)部有獨(dú)立的地址編號(hào)，系統(tǒng)可以根據(jù)次技術(shù)參數(shù)
工作電壓：DC5V±10%
測(cè)量精度：±0.1℃
測(cè)溫范圍：-55℃～+125℃
通訊 線：RVVP 3x0.3 (環(huán)境溫度≤70℃)
或AFP 3x0.3(環(huán)境溫度≤220℃)
外形尺寸：探頭長(zhǎng)50mm，外螺紋M16
圖3 數(shù)字化溫度傳感器
數(shù)字化溫度傳感器測(cè)溫原理
圖4 數(shù)字化溫度傳感器測(cè)溫原理
溫度傳感器的測(cè)溫原理如圖（圖4）所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，溫度傳感器就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖4中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門(mén)仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。
總線連接器ST-X接線箱與ST-D保護(hù)箱組合，形成雙層鐵制外殼，堅(jiān)固耐用，安裝簡(jiǎn)便，并且防雨、防熏蒸、防腐蝕，外觀美觀大方，接線方便。內(nèi)部接線端子，采用了進(jìn)口產(chǎn)品，觸點(diǎn)接觸良好，接線方便快捷，易于維護(hù)。最多可以和10個(gè)溫度傳感器對(duì)應(yīng)連接，有1路輸出端子。
技術(shù)參數(shù)
端口數(shù)量：10通道
輸入電壓：DC5V±10%
環(huán)境溫度：-40℃ ～+80℃
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尺寸：260x230x90mm
總線連接器的作用是將數(shù)字化溫度傳感器簡(jiǎn)單的連接，重要是將傳感器連接接點(diǎn)處放置于保護(hù)箱內(nèi)，通過(guò)插接件及電路連接，保證電氣連接的穩(wěn)定性。
溫度采集器
ST-A溫度采集器的作用包括給數(shù)字化溫度傳感器提供電源，對(duì)多個(gè)數(shù)字化溫度傳感器進(jìn)行溫度采集并按照次序存貯到，采用先進(jìn)的Lonworks技術(shù)，保證了系統(tǒng)的高速信息交換和數(shù)據(jù)采集，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。溫度采集器使用防水標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼，可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，密閉性好，防熏蒸。而且溫度采集器帶有過(guò)壓、過(guò)流、突波、隔離、雷擊保護(hù)電路。測(cè)溫傳感器通過(guò)總線連接器連接到溫度采集器，連接電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)100米，每個(gè)溫度采集器可連接20個(gè)溫度傳感器。
技術(shù)參數(shù)：
輸入電壓：AC220V±20%
測(cè)溫點(diǎn)數(shù)：20點(diǎn)
通訊方式：Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線
通訊距離：1800m（無(wú)中繼）
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采樣速率：5點(diǎn)/秒
工作溫度：-20～+80℃
外形
