热风炉监控系统的设计
【摘 要】:本文主要介绍热风炉监控系统的设计,本系统能对热风炉实现实时监测。系统对采集的数据分析后,发出控制指令,以此来调节热风炉的运行状态,达到热风炉稳定运行的目的。热风炉是典型的具有多变量、非线形、大滞后特点的复杂系统。而且往往难于准确反映真实情况。热风炉的温度不稳定,时高时低,严重影响了生产的正常进行。为了进一步提高热风炉的监控质量,本系统采用了智能化和自动化的设计,非常方便的为调度人员掌握,并将调度人员的调度意图分解为具体的控制指令,控制执行设备完成各种运行状态的调节。本文所介绍的热风炉监控系统不仅使热风炉的温度保持稳定,而且控制方便,简单灵活。大幅度提高了热风炉的技术指标,从而大大提高产品的质量和数量,保障了生产的安全、提高了指挥效率、增加了经济效益和改善了工作环境。
【关键词】:热风炉 自动化 单片机
1、本文主要研究的内容
本论文主要研究的内容包括两个大方面的内容:1.监控系统的设计。监控系统的研究包括选择什么样的传感器来测得物理量,以及如何把物理量转换成数字量,并把这些检测到的物理量进行分析,并且能实时的显示和存储,还有一个很重要的就是把实现这些功能的硬件电路设计的研究。2.控制系统的设计。控制系统的设计主要包括对动力设备电机的控制,当然控制系统的硬件电路的设计是一个很重要的方面,还包括控制方式的选择,以及如何使整个系统在高度自动化和智能化控制的前提下稳定的运行。
除了以上提到了的两大方面的研究外还包括:单片机的智能控制的设计研究,以及外围电路设计的研究。主要包括的有显示、I/O扩展、寄存器扩展等。
2、监控系统的设计
2.1监控系统的组成
通过热风炉监控目标的仔细分析可以知道其中温度是最重要的监测信号,所以温度检测是系统的一个最重要的组成部分。为了保证煤矿的安全运行,对于瓦斯的检测也是非常的重要的,一旦瓦斯的浓度超标从热风炉里出来的空气是非常容易引起爆炸的,所以瓦斯检测也是系统的一个重要的组成部分。还有一个很重要的监控信号是风速信号,通过风速信号我们可以知道风机的运行情况。还有就是当温度过高或是过低、或者是瓦斯浓度过高了等,这就需要一个报警器[1]。报警部分也是系统的一个重要的组成部分,当系统某个部分出现了故障的时候需要及时的发出声光报警信号。以下是整个系统组成的简明图,如图2-1所示:
2.2监控系统的设计
监控系统也就是数据采集控制系统是一个把模拟电信号转换成数字信号,经过计算机加工处理,再把处理后的数字信号转换成模拟信号的闭环系统。
2.2.1温度采集系统的设计
由于采集的温度有炉膛内的温度,煤矿内的温度,还有水的温度。而炉堂内的温度有上千度,一般传感器是无法测量这么高的温度的,所以对炉膛内温度的采集选用的是K型热电偶。而煤矿内的温度和水的温度要算是低温了。对于低温采集采用的传感器是AD590[2]。煤矿内的温度和水的温度这两点温度是由传感器AD590采集的,当AD590采集到了信号后,并经屏蔽线传到模拟开关,由模拟开关切换后,经放大器放大,再由转换器转换成数字信号。8051单片机读取转换的数字信号并进行必要处理后,将结果存入内存RAM供打印机打印,同时送LED显示,另外,8051还将依据由键盘输入的温度上下限报警温度值对所检测的温度进行越限声光报警处理。
2.2.2风速与压力采集系统的设计
测风速电路与测压力电路将在下面的一章介绍,都是用专用的传感器,把物理信号转换成电信号,再把电信号经过A/D转换器转换成单片机能识别的数字信号。
当风速信号和压力信号通过A/D转换器送到单片机时,单片机经过分析如果风速和压力的值大于设定的值,就会引起报警器报警,风速和压力通过单片机的控制可以分别在显示器中显示,对于测得的风速和压力值单片机都保存在存储器中,所以随时都可以通过打印机进行打印,通过打印的数据人们可以掌握整个热风炉在过去的运行状态。从而为我们改善系统提供了依据。
2.2.3瓦斯与水位监控系统的设计
在前面本文已经介绍了瓦斯检测的重要性,瓦斯事故时有发生,所以为确保生产的安全,必须实时的监控。瓦斯监控系统的原理很简单,它是利用了还原性气体的特性而制成。瓦斯监控系统不同于前面我们所介绍的监控系统,它不会把监测的物理量用数量的形式表现出来,而是当瓦斯的浓度超过了一定的浓度,硬件电路就会使处理中心单片机知道,从而触发报警电路。并且单片机会采取一定的措施来消除事故的隐患。
水位监控系统和瓦斯监控系统一样也是不把监测的物理量以数量的形式显示出来,而是当水位低于其一设定的值时,水位监测电路就会以一定的形式告知单片机,然后单片机就会发出一定的指令,比如打开水泵使之往水管中供水等。
2.3控制系统的设计
监控系统是对热风炉的运行状态进行监测,而控制电路则是系统对监测的数据进行分析后所采取的措施。控制的目的是使热风炉输出的热空气保持在一定温度范围内的恒定。而控制的直按对象是水泵、引风机、鼓风机还有抽烟机等。
其中引风机、鼓风机还有抽烟机是通过调节其速度来调节的。为了使热风炉的输出空气的温度保持恒定,就要通过调节引风机、鼓风机还有抽烟机的转速来控制。
而当水管内的水位下降时,就需要往水管内注入水,此时我们就可以通过待机的水泵抽水。
当煤矿内的瓦斯浓度超过触发报警的浓度时,单片机发出控制指令从而驱动牵动气阀的电机,从而达到了关闭气阀,消除了瓦斯爆炸的目的。
2.4监控系统的总体运行
本节将介绍本系统的总体运行的情况。系统的键盘有一个开关键,当开关键被按下时,单片机就会得到一个信号,经过程序的处理后,单片机发出相应的控制信号,从而可以驱动送煤机,引风机、鼓风机和抽烟机。同时系统程序初始化,用户可以通过键盘输入风速、温度和水压的上下限值。通过键盘用户可以定点显示系统测量的信号,还可以通过打印机打印出所测得的物理量的值。如果用户不进行手动控制显示,系统会按照程序预先设定的显示顺序依次进行相关数据的显示。同时对于多路模拟开关的控制也是通过单片机来进行控制的,对于监测的量系统进行循环监测和循环显示。对于测得数据系统会自动保存在内部或外部的寄存器中。
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