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溫度是表征被測對(duì)象冷熱程度的物理量,它在水泥生產(chǎn)工藝控制中是一個(gè)極為重要的參數(shù)。溫度的自動(dòng)監(jiān)測和控制已成為水泥廠生產(chǎn)高質(zhì)量水泥的重要條件之一,也是水泥廠進(jìn)行安全生產(chǎn)和減少損失采取的重要措施之一。采用傳統(tǒng)的有線信號(hào)傳輸施工復(fù)雜,布線效率低,不便于管理。發(fā)生故障時(shí),耗費(fèi)大量的人力物力排查和重新鋪設(shè)電纜,且長距離傳輸時(shí)易受電磁干擾。因而溫度信號(hào)的無線傳輸和在線遙測顯得越來越重要。本文論述的該套無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,采用先進(jìn)傳感技術(shù)、抗電磁干擾設(shè)計(jì),可對(duì)多種惡劣環(huán)境條件下的溫度實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程智能化在線監(jiān)測和預(yù)警。
1、系統(tǒng)要求
水泥廠的溫度采集主要分為兩類:(1)高溫段溫度采集,如窯尾預(yù)分解系統(tǒng)的混合室中部溫度和出口溫度、窯尾三次風(fēng)溫度等,溫度通常在 500℃以上,主要應(yīng)用熱電偶作為檢測元件進(jìn)行溫度測量;(2)低溫段溫度采集,如煤粉收塵器出口入口溫度等,溫度通常在 150℃以下,主要應(yīng)用熱電阻作為檢測元件進(jìn)行溫度測量。
(1)為了使用的普遍性,要求該套系統(tǒng)對(duì)于高溫段、低溫段都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測量和無線傳輸以及遠(yuǎn)程報(bào)警。
(2)為了提高系統(tǒng)的可靠性,要求采用先進(jìn)的數(shù)字化及無線傳輸技術(shù)。
(3)為了方便擴(kuò)展與其他系統(tǒng)互連,要求系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。
(4)在保證使用距離的情況下,要求采用超低功耗設(shè)計(jì),傳感器電池供電時(shí)間應(yīng)保證在 4 年以上,且電池可更換。
(5)為了確保系統(tǒng)能安全、可靠運(yùn)行且準(zhǔn)確性高,要求該套系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
2、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、無線測溫通信終端(溫度顯示儀)、溫度監(jiān)測報(bào)警子系統(tǒng)三部分組成。
(1)無線溫度傳感器由控制單元、無線數(shù)據(jù)傳輸和溫度測量三部分組成。一體化熱電偶和一體化熱電阻均可以直接輸出 4~20mA 標(biāo)準(zhǔn)毫安電流信號(hào),所以溫度測量單元主要是通過與測溫傳感器的配套使用,負(fù)責(zé)將熱電偶或熱電阻變送輸出的毫安信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換,變成數(shù)字信號(hào),最后通過無線數(shù)據(jù)傳輸單元將信號(hào)傳送給無線測溫通信終端??刂茊卧梢钥刂茢?shù)據(jù)發(fā)送的間隔時(shí)間,通過控制單元的控制,傳感器可以每隔一定的時(shí)間自動(dòng)地發(fā)送溫度信號(hào)。無線通信采用 433- 470MHz 開放免費(fèi)頻段,傳輸距離為 100 米至 700 米,最遠(yuǎn)可達(dá) 800 米,數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bps,發(fā)射電流為 20mA,工作電壓為 2.7- 3.6V,最大發(fā)射功率可達(dá)+13dBm。每個(gè)無線溫度傳感器均具有唯一的 ID 編號(hào)。在實(shí)際安裝使用時(shí),傳感器將記錄的每個(gè)數(shù)據(jù)及其編號(hào)一起存入溫度監(jiān)測工作站的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。傳感器每隔一定時(shí)間(可以事先設(shè)定)自動(dòng)發(fā)射一次監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù),測量時(shí)間間隔可由遠(yuǎn)程軟件調(diào)節(jié)時(shí)間間隙,測量時(shí)間間隔內(nèi)溫度超過閥值可主動(dòng)啟動(dòng)發(fā)射上傳,溫度發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警,可不受發(fā)送周期限制。報(bào)警溫度設(shè)定也可由遠(yuǎn)程軟件對(duì)傳感器設(shè)定,任意調(diào)節(jié)。
(2)無線測溫通信終端(溫度顯示儀)安裝在控制室內(nèi),負(fù)責(zé)接收各無線溫度傳感器發(fā)送來的溫度數(shù)據(jù),并通過總線連接,把數(shù)據(jù)上傳到中控室管理計(jì)算機(jī)并響應(yīng)管理軟件的各種命令。溫度顯示采用 2.5 英寸液晶顯示屏,顯示精度0.5,因?yàn)椴煌砍痰臒犭娕己蜔犭娮璧南嗤涟残盘?hào)所對(duì)應(yīng)的溫度值是不同的,所以該顯示儀配有智能菜單,可對(duì)測溫傳感器的量程等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。
(3)溫度監(jiān)測計(jì)算機(jī)從測溫通訊終端采集各監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)庫中做長期保存,實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化曲線,并進(jìn)行分析,一旦發(fā)現(xiàn)溫度過熱或急劇升溫到設(shè)置報(bào)警溫度立即報(bào)警。
3、系統(tǒng)軟件要求
顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和最高溫度數(shù)據(jù)的功能,也可查詢某個(gè)時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù),并繪制曲線,以圖形化的方式反映狀態(tài)量的變化情況。通過 WINCC 可以很容易組態(tài)出相應(yīng)的溫度記錄圖表。可通過軟件調(diào)節(jié)下位機(jī)和溫度傳感器的溫度報(bào)警閥值和測量時(shí)間??煞奖愕亟尤刖W(wǎng)絡(luò),進(jìn)行 web 發(fā)布。
采用傳統(tǒng)的溫度信號(hào)傳輸方式需采用屏蔽軟電纜穿管敷設(shè),對(duì)于諸如窯尾混合室中部溫度,窯頭收塵器進(jìn)口和出口溫度等,測量位置較高且布線困難,而無線溫度測量正好避免了因?yàn)椴季€難度大所帶來的困擾,大大提高了施工效率。因?yàn)闊o需電纜傳輸,所以可以節(jié)省一筆很可觀的電纜投資,且由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),在發(fā)生故障時(shí),模塊更換簡單易行,無需重新敷設(shè)電纜。