高炉温度监测系统的研究

栗志伟 王彩霞

【中图分类号】 S210.43 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0214-01

一、概述

針对我国高炉安全条件现状，温度的准确监测是人身安全，财产安全，国家高炉安全开采，人民生活安居乐业的重要保障。随着高炉开采技术手段的不断改进和开采规模的扩大以及开采深度的不断延伸，安全隐患越来越多，温度事故特别是重、特大温度事故在高炉事故中所占的比例也越来越高。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一[1]。80年代初期，我国开始应用监测监控技术，对引进的国外技术进行消化、吸收并结合我国高炉生产现状，研制并开发出了KJ2、KJ4、KJ8等一系列产品，直至90年代，我国的高炉温度监测系统逐渐完善，研制出了MSNM、WEBGIS等高炉安全综合化和数字化网络监测管理系统。但就我国高炉生产发展趋势，现有的监测监控系统仍有许多不足，不同厂家推出的不同系统投入使用时间均较长、各厂家采用的技术标准又不同，各自为政，相互之间兼容性差，质量良莠不齐。不同的监控系统形成一个个独立的“信息孤岛”，严重阻碍了各高炉安全生产管理水平的进一步提高。本文采用AT89S52单片机作为硬件电路核心，通过MQ-5气体传感器接收信号，实现对气体成分识别和浓度测量，报警以及实时上传数据等功能。

二、需求分析

我国现有的高炉温度监测系统的主要不足包括：传感器规格适用范围不广泛；传感器等质量不过关；现场管理和维护水平有待于加强；通讯协议不规范；市场秩序紊乱[2]。本课题所采用的串口通讯协议不仅解决了信息传输系统的兼容性问题，更解决了由于通讯协议不规范所造成的设备重复购置、系统补套受制于人等一系列问题。同时，利用传感器和单片机之间的相互融合发展成的软硬件系统，使其覆盖面更广，监测系统参数更多，且温度广泛应用于我们生活的场所，而我国现有的气体监测系统性能较好些价格昂贵，普通人户不会为此花费较多财物，价格低廉的传感器人们又无法相信其质量，这使我国在这一方面的发展止步不前，本系统以AT89S52单片机为核心，其价格为广大人民群众所能承受，且在质量上又有相当好的保证，进一步提高了现场管理和维护水平，不会因为缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护；以MQ-5气体传感器为气体检测模块，该传感器对天然气、液化气、煤气有较好的灵敏度，具有长期的实用寿命和可靠的稳定性。本系统可以实现全面的网络化管理，使各个高炉之间实现资源共享。

三、总体方案

基于AT89S52单片机的高炉温度监测系统原理图如图1所示。

MQ-5气体传感器对气体进行识别和浓度测量后，将输出的模拟信号电压量传给AT89S52单片机，经过模数转换生成数字信号，软件程序将单片机接收到的数字信号处理后与预先设定值进行比较，然后将比较结果传到显示模块，若比较结果低于设定值，则系统正常工作，系统不报警，若高于设定值，系统进行声光报警，同时控制机器停止工作。该系统使用A/D模数转换芯片完成模拟信号向数字信号的转换，采用C语言对单片机进行编程，实现智能监测和报警的功能。

四、硬件与软件设计

1.硬件设计

系统的硬件设计主要包括CPU模块设计和传感器设计，本项目采用AT89S52单片机作为CPU模块的核心系统。传感器的主要功能是对气体成分进行识别、浓度测量。

在实验期间，采用CH4气体传感器进行参数测量。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。电导率的变化可转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-5气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾。这种传感器可检测多种可燃性气体，特别是天然气，是一款适合多种应用的低成本传感器。适用于工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置，不仅具有优良的抗乙醇，烟雾干扰能力，而且使用寿命长，稳定性可靠。系统硬件工作流程图如图2所示。

2.软件设计

温度爆炸主要条件是温度浓度，据调查，新鲜的空气中，温度爆炸的下限为5.3%，上限为16%[4]。本系统软件功能包括：系统初始状态设置、危险值比较和输出报警信号。软件主要工作原理是系统硬件供电后，各系统模块初始化，系统的初始化设定包括设置初始变量（根据上述数据所得，设置初始数据为0.05），分配存储空间。气体传感器对气体进行成分识别后经A/D转换器转换为数字限号传给单片机，当所测得的数据低于单片机设定的危险值时，系统只需上传气体的成分及其浓度，当气体浓度高于所设定的危险值时，单片机及时进行声光报警，同时阻止机器工作。系统软件工作流程图如图3所示。

五、结语

高炉工业发展迅速，温度早已在民居中广泛应用，企业对于温度爆炸带来的经济影响及对人身安全的威胁也给予了高度重视，本项目研发的监测系统是一种结构简单，性能稳定，价格低廉，可维护性好，智能化的装置控制，为我国高炉企业的安全发展提供了很大的技术支持，促進了高炉企业持续发展的脚步。

辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目

参考文献

[1] 刘源骏，袁梅，马科伟.高炉安全监测监控系统探讨[J].矿业工程，2010（2）： 49-51.

[2] 兰发林.高炉安全监测监控在应用中存在的问题及解决策略[J].内蒙古煤炭经济，2016（15）：78-79.

[3] 董川，双少敏，李忠平等.高炉温度监测新技术[M].化学工程出版社，2010.7.