卡尔多炉温度在线远程监控系统设计*

张 莹，陶 燚，吕凤玉

(1．兰州理工大学技术工程学院，甘肃兰州 730050;2．甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030)

0 引言

卡尔多炉(Kaldo)也称倾斜式氧气顶吹旋转炉，采用富氧顶吹法即TBRC法冶炼铅、铜、阳极泥及贵重金属，最早是由瑞典波立登公司研发的一种大型设备。其特点是冶炼周期短、生产率高、冶炼品种多，但其功能复杂、性能指标高、价格昂贵。同时，在生产过程中不允许计划外停机，如果冶炼过程中一旦发生停机故障，其直接、间接损失将十分巨大，同时可能造成安全问题。

卡尔多炉工作环境极其恶劣，炉体内冶炼温度通常在1 000℃以上，外部温度在300℃左右。而在高温情况下材料内部结构发生变化，使得材料强度及塑性降低，甚至发生脆性断裂;同时，各接触件间的摩擦系数将增大，造成设备磨损、破坏、增加系统能耗;轴承润滑脂过早被烘干，导致轴承咬死，长时间磨损而报废，使的维修工作加大，设备零部件消耗剧增，影响整个冶炼周期。因此，研究特定工况下卡尔多炉的运行温度是很有意义的。

1 监控系统分析与监控点的选择

1．1 监控系统功能要求

卡尔多炉工作过程中温度信息的采集与分析非常有必要。分析、处理好所采集的信息，构建与卡尔多炉运行状态之间的联系，是卡尔多炉正常运行的基础。了解设备的运行状态，在故障发生之前做出判断，通过报警提示，工作人员做出相应的处理，以防重大事故的发生。

1．2 开发工具

Keil C51是美国Keil Software公司(ARM公司之一)开发的51系列兼容单片机C语言开发系统。支持8051微控制器的专业开发工具。支持所有的8051系列的芯片，具有扩展存储器和指令集的新设备、经典设备以及具有IP核的设备。

1．3 卡尔多炉监控点选择

考虑到卡尔多炉工作过程中重要部件受温度影响以致损坏，从而发生重大事故。因此，本系统有针对性的选择卡尔多炉的四个支撑轮、摩擦圈和炉体作为被监控对象，达到对炉体运行状况的监控。

2 系统设计

2．1 硬件环境构建

鉴于卡尔多炉运行环境复杂，测点与监控中心之间数据传输利用无线网络来实现，炉体和支撑轮热敏点温度选用红外温度传感器进行测量，同时加入四氟隔热垫于传感器探头和变送器之间等措施，用以提高信号传输的精度。将传递的采集信号接入到信号调理电路，以过滤干扰信号和模拟电路造成的误差。系统硬件构成如图1所示。

TC35即GSM无线通信模块，是西门子公司为了实现无线通信所设计的一个GSM模块。此模块同时支持GSM900 MHz和GSM1 800 MHz频段，同时能进行语音盒的数据传输。

图1 系统硬件组成结构图

TC35与单片机AT89S52相互通信利用标准接口RS－232来实现。实现接收来自测控中心的短信息，就信息内容进行解读，同时通过单片机控制TC35，将监控中心传递的命令执行结果以及所获得的温度信息传递给监控中心(上位机)。显示屏采用LCDl602，以实时显示所测得的数据。身份认证利用AT24C02对身份验证信息进行存储，而验证信息则通过键盘输入。通过输出控制模块来达到对现场的控制。远程测控电路的设计原理图如图2所示。

图2 远程测控电路原理图

2．2 信号采集电路设计

系统利用单片机来实现对卡尔多炉温度的监控。利用采集卡达到对各监控点状态信号的采集，实现对设备状态信号分析、处理以及特征信号的提取，于此同时判断设备运行是否正常。如果发生异常，则报警指示灯闪烁并给监控中心即上位机发出信号。

同时采用矩阵键盘、LCDl602、EEPROM存储器AT24C02和温度传感器DSl8820来完成对本系统的构建。具体电路如图3所示。

图3 单片机与外围电路连接图

3 结语

设计了以单片机和无线通信为中心，利用GSM网络作为监控中心(上位机)和远程终端(下位机)之间的数据传输方式，实现了对卡尔多炉温度的远程监控。同时该系统可在电力、冶金、石油和化工等领域广泛应用。

［1］ 张波，杨国华．基于公用GSM网的数据传输系统的设计与应用［J］．无锡商业职业技术学院学报，2005，5(3):1 －2，4．

［2］ 柯振东，吕凤玉，贺成柱．卡尔多炉在线监测及故障诊断系统设计［J］．制造业自动化，2014，36(3):35 －37．

［4］ 王月浩．基于GPS和GSM的监控与采集系统设计［J］．重庆文理学院学报(自然科学版)，2008，27(6):38 －40．

［5］ 姜 平，陈虹吉．基于GSM手机的远程无线测控系统设计［J］．信息技术，2008(10):62－64．

［6］ 韩志军，沈晋源，王振波．单片机应用系统设计［M］．北京:机械工业出版社，2005．