蒋大林

　　摘　要：介绍了计算机在水泥回转窑筒体表面温度检测系统中的应用情况，给出了红外线筒体温度检测系统的硬件组成和软件的设计框图。

　　关键词：红外检测，微机应用，无损检测

Design for Kiln Shell Temperature Scanning System

　　Abstract：Application of computer in kiln shell temperature scanning system is introduced.Hardware and software of kiln shell temperature scanning system are described.

　　Key words：IR measurement,application of computer,nondestructive detecting

　　水泥回转窑表面温度的监测是防止窑衬烧穿，及时修补的重要手段。采用人工手持红外测温仪巡测，既费力又不能确保及时发现危险点，从而延误了修补时机。为了保证回转窑的安全运行，我们研制了回转窑筒体温度检测系统。该系统充分发挥了计算机的优势，可以对回转窑的表面温度信号进行实时自动采集，分析识别处理，将处理的结果显示打印出来，或者存储在磁盘上，长期保存。该系统充分弥补了人工手持红外测温仪的不足，减少了人为因素的干扰，可以连续可靠地监测整个回转窑的表面温度，提高了筒体危险点预报的准确性。

1　系统工作原理

　　回转窑工作时处于高温状态，热量通过筒体表面向外辐射散发。若使用红外线传感器探头对筒体表面进行扫描，则可以检测到回转窑运行时的表面温度信号。

　　为了保证检测的准确性，避免干扰，在探头内红外线传感器的前面装有光学透镜、光栅及扫描控制电路。当光栅开启时，筒体表面温度信号通过光学透镜照在红外线传感器上，产生窑温信号；当光栅关闭时，可防止外界的干扰信号照在红外线传感器上。窑温信号被放大后，通过A/D转换器取入计算机进行处理。在红外线传感器探头中装有旋转编码器和同步扫描电路，使探头能够扫描整个窑体表面。

　　由于回转窑工作时筒体各个部分的温度辐射强度不同，并且现场干扰较大，为此采用神经网络的方法，对采集到的温度信号进行处理识别，预报危险点。

图1　回转窑筒体温度检测系统的结构图

　　预处理器的硬件由单片机、存储器、同步脉冲信号接口、窑温信号接口、串行通信接口、电源防雷器等电路组成。

　　预处理器的同步脉冲信号接口由整形电路、光电隔离、中断触发等部分组成。当回转窑转动时，旋转编码器将产生一个脉冲序列。在同步电路的作用下，该脉冲序列经过整形电路，使其变为边沿陡峭的方波信号。整形后的方波脉冲信号经过光耦电路，加到单片机的中断触发电路和光栅控制电路上。

　　在脉冲信号的高电平期间，红外线探头内部的光栅机构打开，红外传感器将回转窑的热辐射转换成温度信号, 同时环温传感器将背景温度转换成环温信号输入到预处理器的窑温接口电路上。在脉冲信号的低电平期间，红外线探头内部的光栅机构关闭，防止外界的干扰信号进入探头。

　　窑温信号和环温信号被放大后，经过A／D转换器被采入预处理器的内存。预处理器的CPU为HD180，它是先进的8位单片机，带有两个串行通信接口，可连接为标准的RS-422接口，该接口是非平衡式，在9 600 波特率下，传送距离可达3 000 m，这可省去价格昂贵的调制解调器。预处理器中配置了128 KB的存储器。

　　由于检测点是无人值守的，为了提高预处理器的可靠性和抗干扰能力，采用高频开关电源供电。在电源电路的设计上，增加了多种保护措施，并配有防雷电路，以确保预处理器的正常工作。

　　系统的主机放在值班室内，完成窑体温度文件的接收、数据处理与识别、数据显示、存储、打印及管理。值班员通过操作可方便地了解到回转窑运行过程中当前的窑温信息及以前存档的所有窑温信息。

　　主机由1台PC-586工业控制机、多路串行通信接口转换器、大屏幕彩色显示器和彩色喷墨打印机组成。

2.2　系统的软件设计

　　系统的软件设计分为：预处理器现场处理程序、预处理器与主机之间的数据通信程序及主机数据处理程序三大部分，现分别介绍如下:

　　①预处理器现场处理程序。它是系统中的关键部分，它完成的功能为：根据回转窑同步电路产生的脉冲信号，自动采集窑体的表面温度值及测量点的坐标值。对采到的窑温数据进行滤波、标定变换等处理。

　　接收主机发出的命令，调整采样速率和放大器增益。此外，该程序还有自检功能，可以完成对预处理主要硬件的检测，并通过数据通信程序向主机传送以上信息，使值班人员了解予处理器当前的工作状况。由于现场的工作环境比较恶劣,对微机干扰很大,因此在预处理器现场处理程序中设有定时复位程序,当预处理器因干扰锁机后,定时复位程序可使其自动复位，从而进一步保证了预处理器能够连续正常地工作。

　　②主机的数据处理程序。主要功能为：将预处理器传送过来的数据信息生成不同的数据文件，供屏幕显示、打印机打印及磁盘存储使用。值班人员可以通过键盘设置或者修改窑体温度的判别标准, 提高危险点报警的准确率。另外值班人员可以通过键盘设置、修改回转窑表面温度的监测报告的参数 (如日期、时间、班次等)；还可以随时检测预处理器的工作状况,查寻磁盘上存储的窑温信息。

　　在主机管理程序的设计中充分考虑了使用现场的实际情况, 使其具有工作可靠和操作方便等特点。主机可以在无值班人员的情况下自动记录处理窑温信息，可自动报警。这样大大减少了值班人员的工作强度, 充分发挥了微机的优势。

　　③数据通信软件。它分为预处理器接收与发送、主机接收与发送两部分，它主要完成主机与预处理器之间的信息传送，采用的是异步通信全双工方式。其中主机接收与发送采用中断方式，预处理器接收与发送采用查询方式。该程序的主要特点为：通信出现干扰时，可重新传送数据。同时，当多个探头同时向主机传送信息时，为避免数据丢失，考虑了通信优先级问题，保证了各个探测点能准确向主机传送，并接收主机的信息。 

3　结论

　　该系统经过现场的调试使用，取得了良好的效果。系统增强了筒体表面温度的监测手段，提高了危险点预报的准确性，同时也减轻了值班人员的工作强度。

作者单位：北京工业大学电子工程系(100022)

参考文献

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