一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，屬于高爐熱負(fù)荷檢測(cè)領(lǐng)域。本發(fā)明包括無(wú)線測(cè)溫儀、溫度采集終端和上位機(jī)，無(wú)線測(cè)溫儀實(shí)時(shí)檢測(cè)高爐冷卻壁的溫度及流量，并將溫度及流量信號(hào)傳送給溫度采集終端；溫度采集終端通過(guò)ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊采集無(wú)線測(cè)溫儀傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)，并將采集來(lái)的溫度及流量信號(hào)傳送至上位機(jī)；上位機(jī)包括串口通訊接口程序和組態(tài)軟件，該串口通訊接口程序用于提取溫度采集終端傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，所述的組態(tài)軟件用于圖形化顯示并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存。本發(fā)明提高了熱負(fù)荷測(cè)量精度及穩(wěn)定性，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需鋪設(shè)高溫電纜，節(jié)省了大量的成本。
【專利說(shuō)明】一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法
[0001] 本發(fā)明專利申請(qǐng)是針對(duì)申請(qǐng)?zhí)枮椋?013104228879的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日 為：2013年9月16日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方 法。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于高爐熱負(fù)荷檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線技術(shù)和高爐 冷卻壁熱負(fù)荷檢測(cè)技術(shù)的融合，主要完成高爐冷卻壁熱負(fù)荷信號(hào)的無(wú)線傳輸。

【背景技術(shù)】
[0003] 高爐冷卻系統(tǒng)熱負(fù)荷在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)高爐的長(zhǎng)壽高產(chǎn)、事故隱患的避免十 分重要。高爐熱負(fù)荷由高爐冷卻水水溫差及進(jìn)出水流量決定，熱負(fù)荷直接反映了高爐冷卻 制度及爐內(nèi)煤氣流的分布，屬于高爐狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的核心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如果能及時(shí)了解爐內(nèi) 各部位熱負(fù)荷的變化，并能采取相應(yīng)的處理措施維持合理的冷卻制度（如提高水壓、增加 冷卻水量、減少冷卻壁串聯(lián)塊數(shù)等），就能保證將熱負(fù)荷控制在允許的范圍內(nèi)，這對(duì)于穩(wěn)定 高爐冷卻制度、保證高爐安全高產(chǎn)、強(qiáng)化高爐冶煉、延長(zhǎng)高爐使用壽命以及減少高爐事故隱 患具有非常重要的實(shí)際意義。高爐必須保持合理的冷卻制度，使得高爐各部位的用水量與 其熱負(fù)荷相適應(yīng)。高爐的生產(chǎn)和研究證實(shí)，高爐各部位的熱負(fù)荷被設(shè)計(jì)確定后，當(dāng)熱負(fù)荷 設(shè)計(jì)過(guò)大時(shí)，勢(shì)必加大冷卻水的供水量，也就是說(shuō)會(huì)造成冷卻強(qiáng)度過(guò)大，引起爐襯結(jié)厚等癥 狀，從而影響高爐合理的冷卻制度；如果熱負(fù)荷設(shè)計(jì)太小，意味著供水量減少，會(huì)造成冷卻 效果差，爐內(nèi)形不成渣皮，導(dǎo)致?tīng)t襯侵蝕加快，冷卻壁過(guò)早被損壞。隨著高爐冶煉的強(qiáng)化，爐 身下部侵蝕嚴(yán)重，因此安裝的熱負(fù)荷在線檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控爐身部位的熱負(fù)荷的變 化、保持合理的高爐操作制度。
[0004] 近幾年國(guó)內(nèi)煉鐵高爐爐缸燒穿事故接連不斷，2010年8月沙鋼1# (2500M3)爐缸燒 穿，重鋼1200M3高爐渣口下方爐皮燒穿，2011年元月鞍鋼新1#爐（3200M 3)爐缸燒穿，2011 年10月南鋼5#爐，及馬鋼一鐵10#爐均發(fā)生相關(guān)事故，造成難以彌補(bǔ)的人身、財(cái)產(chǎn)重大損 失。究其原因均是沒(méi)有完善的爐缸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐缸侵蝕的部位，及時(shí)采取有效 措施。高爐冷卻水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由水溫檢測(cè)、流量檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理中心、系統(tǒng)軟件和通訊幾部分 組成，其中最核心的部分即為水溫檢測(cè)系統(tǒng)。水溫檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度直接決定了高爐 冷卻水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能及有效性。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的熱負(fù)荷檢測(cè)系統(tǒng)傳感器前端絕大多數(shù)采用有線測(cè)量方式，在實(shí)際 使用中也有著一些難以克服的缺陷，具體分析如下：
[0006] (1)高溫電纜的耗費(fèi)大。由于一般高爐爐喉環(huán)境溫度較高，必須使用高溫電纜對(duì)測(cè) 溫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電和通信，傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式，每個(gè)測(cè)溫節(jié)點(diǎn)至少要消耗三根高溫電纜。 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，馬鋼某座高爐共計(jì)有800多個(gè)冷卻水溫檢測(cè)節(jié)點(diǎn)需消耗2400多根高溫電纜， 而現(xiàn)在市場(chǎng)上的高溫電纜非常昂貴，所以傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式成本非常高，且制作高溫 電纜需耗費(fèi)的大量的金屬材料和耐高溫絕緣材料，在我國(guó)現(xiàn)有資源緊缺的情況下，采用有 線測(cè)量方式不利于產(chǎn)業(yè)鏈的延續(xù)。
[0007] (2)施工復(fù)雜。傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式，采用高溫電纜進(jìn)行供電和通信，而高爐冷 卻壁環(huán)境惡劣，人工放置高溫電纜極為不便，所以傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式施工復(fù)雜，給現(xiàn)場(chǎng) 施工帶來(lái)極大的不便。
[0008] (3)網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)難度大。由于傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式，采用高溫電纜進(jìn)行供電 和通信，發(fā)生故障時(shí)要耗費(fèi)大量的人力、物力排查和重新鋪設(shè)高溫電纜，所以傳統(tǒng)的熱負(fù)荷 測(cè)量方式給網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)來(lái)極大的不便。據(jù)調(diào)研，馬鋼一座大型高爐的冷卻水溫檢測(cè) 每年的維保費(fèi)用常常達(dá)到幾十萬(wàn)之多，如果能夠更新測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)，使得通信網(wǎng)絡(luò)能夠自 我維護(hù)，以整個(gè)馬鋼9座高爐測(cè)算，節(jié)省下的維保費(fèi)用就數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。
[0009] (4)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一、網(wǎng)絡(luò)通訊可靠性低。傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式為了減少傳輸線 路上的干擾，只能采用單一的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下很難按照單一的網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)鋪?lái)鋪設(shè)高溫電纜。而且傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式多采用單總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點(diǎn) 與節(jié)點(diǎn)相互影響，一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，很可能影響整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，這就降低網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠 性。
[0010] (5)高爐出鐵口處環(huán)境惡劣，溫度高，高溫鐵水經(jīng)常會(huì)濺射到周圍電纜上，將電纜 融化，且高爐出鐵口處采用有線測(cè)量方式也不利于現(xiàn)場(chǎng)施工。如果采用無(wú)線測(cè)量方式將從 根本上解決這些問(wèn)題。
[0011] 通過(guò)專利檢索，現(xiàn)有技術(shù)中已有采用無(wú)線技術(shù)實(shí)現(xiàn)高爐水溫系統(tǒng)的檢測(cè)。如中國(guó) 專利申請(qǐng)?zhí)?201210265426.0,申請(qǐng)日：2012年7月30日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種無(wú)線高 爐冷卻水溫差在線測(cè)量系統(tǒng)，該申請(qǐng)案包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接收站 點(diǎn)以及發(fā)射節(jié)點(diǎn)；其中，所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)到的水溫信息發(fā)送給接收站點(diǎn)；所述接收站 點(diǎn)將接收到的所述溫度信息通過(guò)所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送給所述工控計(jì)算機(jī)；所述工控計(jì)算 機(jī)用于將接收的所述溫度信息發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，該系統(tǒng)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)均采用數(shù)字測(cè)溫 芯片、無(wú)線數(shù)字傳輸方式，使得測(cè)溫點(diǎn)沒(méi)有任何與外界連接的線纜。但是，該申請(qǐng)案中測(cè)溫 點(diǎn)均采用數(shù)字測(cè)溫芯片，數(shù)字溫度傳感器在實(shí)際使用中也有著一些難以克服的缺陷。如溫 度檢測(cè)儀表精度不高，水溫差每相差〇. 1°C，熱負(fù)荷值將影響10%，并且在爐缸層因耐材較 厚，也就是說(shuō)如果溫度檢測(cè)儀表精度達(dá)不到±0. 1°C，熱負(fù)荷可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值將顯示為零， 也就失去其監(jiān)測(cè)的意義。針對(duì)該申請(qǐng)案，具體說(shuō)明如下：
[0012] (1)數(shù)字溫度傳感器的精度較低，現(xiàn)在市場(chǎng)使用的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其最 小分辨率可達(dá)到〇.〇625°C，精度則為±0.5°C，而一般高爐爐喉冷卻水包的進(jìn)出熱負(fù)荷要 求控制在0.3?0.7°C，超出這個(gè)工作范圍工作人員就要采取一些措施，要是超過(guò)0.9°C則 意味著出現(xiàn)事故，人員可能就要撤離了。因此，使用數(shù)字溫度傳感器還是有著相當(dāng)大的事故 隱患。
[0013] (2)數(shù)字溫度傳感器為三引腳芯片結(jié)構(gòu)，一般配以51或AVR單片機(jī)構(gòu)成溫度檢測(cè) 系統(tǒng)，由于封裝在不透水不透氣的密閉套管里，同時(shí)高爐工作時(shí)傳感器所處環(huán)境惡劣，各類 干擾非常大，所以其穩(wěn)定性不高，遇到傳感器損壞時(shí)需要經(jīng)常更換檢測(cè)探頭。
[0014] (3)數(shù)字溫度傳感器采用單線傳輸模式，信號(hào)的輸入輸出均為一根線，這就導(dǎo)致了 檢測(cè)探頭更換時(shí)往往需要設(shè)備廠商派出工程師攜帶專門設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位，進(jìn)而產(chǎn)生維保 費(fèi)用。
[0015] 本發(fā)明在設(shè)計(jì)初期，該高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)擬采用基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線 通訊方式，通過(guò)電池供電，無(wú)需高溫電纜，ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， ZigBee的主要特點(diǎn)是：（1) ZigBee模塊通過(guò)電池供電，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 在現(xiàn)場(chǎng)使用無(wú)需鋪設(shè)電纜，節(jié)省了大量的成本。（2)低功耗。在正常供電模式下，2節(jié)5號(hào) 干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作數(shù)月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。相比較，藍(lán)牙能工 作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。（3)低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議（不到藍(lán)牙的1/10)，降低了 對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB 代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為2美 元。（4)高容量。ZigBee可采用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一 個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。（5)高安全。ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制 清單（Access Control List，ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES128)的對(duì) 稱密碼，以靈活確定其安全屬性。（6) ZigBee網(wǎng)絡(luò)自組織，在ZigBee協(xié)議的協(xié)調(diào)下，ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)識(shí)別新增的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)自動(dòng)切除故障節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理全部在ZigBee 協(xié)議的協(xié)調(diào)下自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工管理和維護(hù)。
[0016] 雖然采用基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線測(cè)量方式與傳統(tǒng)的有線測(cè)量方式相比，有著顯 著的優(yōu)勢(shì)，但采用ZigBee協(xié)議的無(wú)線測(cè)量方式在熱負(fù)荷測(cè)量領(lǐng)域存在的最大難點(diǎn)是：
[0017] (1)若一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致其附屬的子節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常通信；
[0018] (2)使用壽命不長(zhǎng)，雖然ZigBee模塊功耗低，普通電池可供一個(gè)測(cè)溫儀表工作數(shù) 月，但高爐環(huán)境惡劣，更換電池極為不便，實(shí)際生產(chǎn)中要求測(cè)溫儀表使用壽命在2年以上。 這些都是針對(duì)無(wú)線檢測(cè)技術(shù)急需解決的技術(shù)問(wèn)題，此外，現(xiàn)有技術(shù)中高爐冷卻壁熱負(fù)荷檢 測(cè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0020] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中高爐冷卻壁熱負(fù)荷有線測(cè)量方式的不足，提供 了一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將基于ZigBee協(xié)議的無(wú) 線通訊技術(shù)運(yùn)用于高爐冷卻壁熱負(fù)荷檢測(cè)領(lǐng)域，降低了施工復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)管理及維護(hù)難度， 同時(shí)提升了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣性，網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性。
[0021] 2.技術(shù)方案
[0022] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0023] 本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，包括無(wú)線測(cè)溫儀、溫度采集終端 和上位機(jī)，所述的無(wú)線測(cè)溫儀包括PtlOOO溫度傳感器、流量傳感器、溫度及流量信號(hào)處理 電路、低功耗處理器、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊和電源模塊，所述的PtlOOO溫度傳感器用于檢 測(cè)高爐冷卻水進(jìn)水、排水溫度，所述的流量傳感器用于檢測(cè)高爐冷卻水流量，上述的PtlOOO 溫度傳感器、流量傳感器的信號(hào)輸出端連接至溫度及流量信號(hào)處理電路，溫度及流量信 號(hào)處理電路、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊分別與低功耗處理器相連接，所述的電源模塊分別與 PtlOOO溫度傳感器、流量傳感器、溫度及流量信號(hào)處理電路、低功耗處理器、ZigBee無(wú)線收 發(fā)模塊相連，該電源模塊用于給無(wú)線測(cè)溫儀供電，所述的電源模塊為電池，無(wú)線測(cè)溫儀實(shí)時(shí) 檢測(cè)高爐冷卻壁的溫度及流量，并將溫度及流量信號(hào)傳送給溫度采集終端；
[0024] 所述的溫度采集終端包括ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、處理器、聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模 塊、RS485通訊模塊和電源模塊，所述的ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、RS485通訊模塊分別與處 理器相連接，所述的處理器輸出端連接有聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊，該聲光報(bào)警及狀態(tài)顯 示模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控各無(wú)線測(cè)溫儀的運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行聲光報(bào)警，所述的電源模塊分別與 聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、RS485通訊模塊、處理器相連，該電源模塊用于給溫度采集終端 供電，該電源模塊為有線供電形式，溫度采集終端通過(guò)ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊采集無(wú)線測(cè)溫 儀傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)，并將采集來(lái)的溫度及流量信號(hào)傳送至上位機(jī)；上述的無(wú)線 測(cè)溫儀為系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，溫度采集終端為系統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，若干個(gè)溫度采集終端通過(guò) RS485總線依次串接，最后一個(gè)溫度采集終端的通訊總線兩端接有終端電阻，無(wú)線測(cè)溫儀與 溫度采集終端組成MESH網(wǎng)絡(luò)，并采用斷續(xù)工作模式，該無(wú)線測(cè)溫儀與溫度采集終端通信方 式為基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線通訊，無(wú)線測(cè)溫儀涉及的協(xié)議為ZigBee協(xié)議；
[0025] 所述的上位機(jī)包括串口通訊接口程序和組態(tài)軟件，該串口通訊接口程序用于提取 溫度采集終端傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，所述的組態(tài)軟件用于圖形 化顯示并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存；上述的上位機(jī)為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器，上位機(jī)與溫度采集終端的通 訊方式為RS485平衡式差分通訊。
[0026] 更進(jìn)一步地說(shuō)，所述的溫度及流量信號(hào)處理電路包括溫度信號(hào)處理電路和流量信 號(hào)處理電路，其中溫度信號(hào)處理電路包括PtlOOO處理電路和AD轉(zhuǎn)換器，所述的PtlOOO處 理電路包括三線制PtlOOO、減法器一、減法器二和新型電橋電路，所述的新型電橋電路包括 第一調(diào)零電阻R1、第二調(diào)零電阻R2、Rt、參考電阻R Mf和限流電阻Ri，上述的第一調(diào)零電阻 R1、第二調(diào)零電阻R2、Rt和參考電阻RMf依次串聯(lián)，限流電阻Ri的一端接在第一調(diào)零電阻 R1和參考電阻Rief之間，限流電阻Ri的另一端接至電源，所述的三線制PtlOOO的三個(gè)引腳 分別與參考電阻R Mf、第二調(diào)零電阻R2和地相連；所述的減法器一取參考電阻RMf兩端的電 壓作為AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓，減法器一的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端相連，減法 器二的" + "端與三線制PtlOOO的正極相連，減法器二的端與第二調(diào)零電阻R2的一端 相連，減法器二的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端 與低功耗處理器相連。本發(fā)明設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)處理電路，是為了提高溫度測(cè)量的精度和穩(wěn) 定性。
[0027] 更進(jìn)一步地說(shuō)，所述的無(wú)線測(cè)溫儀采用防護(hù)等級(jí)高于IP67的殼體作為防護(hù)外殼， 所述的溫度采集終端采用防護(hù)等級(jí)高于IP66的殼體作為防護(hù)外殼。
[0028] 本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其步驟為：
[0029]步驟一：
[0030] 無(wú)線測(cè)溫儀間隔2分鐘檢測(cè)一次高爐冷卻壁的溫度及流量，并將溫度及流量信號(hào) 傳送給溫度采集終端，所述的無(wú)線測(cè)溫儀采用斷續(xù)工作模式，即無(wú)線測(cè)溫儀在正常情況下 使儀表中的所有芯片處于待機(jī)狀態(tài)，只有接收到父節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求指令后才將所有芯片喚醒， 喚醒后進(jìn)行AD采樣和中值濾波處理，并將采集到的溫度及流量信號(hào)發(fā)送出去，將溫度及流 量信號(hào)發(fā)出去后又回到待機(jī)狀態(tài)；其中：所述的無(wú)線測(cè)溫儀包括PtlOOO溫度傳感器、流量 傳感器、溫度及流量信號(hào)處理電路、低功耗處理器、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊和電源模塊，所述 的PtlOOO溫度傳感器用于檢測(cè)高爐冷卻水進(jìn)水、排水溫度，所述的流量傳感器用于檢測(cè)高 爐冷卻水流量，上述的Ptiooo溫度傳感器、流量傳感器的信號(hào)輸出端連接至溫度及流量信 號(hào)處理電路，溫度及流量信號(hào)處理電路、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊分別與低功耗處理器相連接， 所述的電源模塊分別與PtlOOO溫度傳感器、流量傳感器、溫度及流量信號(hào)處理電路、低功 耗處理器、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊相連，該電源模塊用于給無(wú)線測(cè)溫儀供電，所述的電源模塊 為電池；
[0031] 步驟二：
[0032] 溫度采集終端通過(guò)ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊采集無(wú)線測(cè)溫儀傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流 量信號(hào)，并將采集來(lái)的溫度及流量信號(hào)傳送至上位機(jī)，其中：所述的溫度采集終端包括 ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、處理器、聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、RS485通訊模塊和電源模塊，所 述的ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、RS485通訊模塊分別與處理器相連接，所述的處理器輸出端連 接有聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊，該聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控各無(wú)線測(cè)溫儀的 運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行聲光報(bào)警，所述的電源模塊分別與聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、RS485通訊 模塊、處理器相連，該電源模塊用于給溫度采集終端供電，該電源模塊為有線供電形式，上 述的無(wú)線測(cè)溫儀為系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，溫度采集終端為系統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，若干個(gè)溫度采集 終端通過(guò)RS485總線依次串接，最后一個(gè)溫度采集終端的通訊總線兩端接有終端電阻，無(wú) 線測(cè)溫儀與溫度采集終端組成MESH網(wǎng)絡(luò)，該無(wú)線測(cè)溫儀與溫度采集終端通信方式為基于 ZigBee協(xié)議的無(wú)線通訊，無(wú)線測(cè)溫儀涉及的協(xié)議為ZigBee協(xié)議；
[0033] 步驟三：
[0034] 上位機(jī)通過(guò)如下公式計(jì)算高爐熱負(fù)荷Q :Q = ATXFXCPn，其中：ΔΤ =Σ 0T排水s 度/η_Τ進(jìn)水溫度，Λ T即為水溫差；F :冷卻水流量；CPn :整定系數(shù)，CPn = 4. 1817/10 = 0.41817 ; 其中：所述的上位機(jī)包括串口通訊接口程序和組態(tài)軟件，該串口通訊接口程序用于提取溫 度采集終端傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，所述的組態(tài)軟件用于圖形化 顯示并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存；上述的上位機(jī)為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器，上位機(jī)與溫度采集終端的通訊 方式為RS485平衡式差分通訊。
[0035] 3.有益效果
[0036] 采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
[0037] (1)本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其中的無(wú)線測(cè)溫儀通過(guò)電池 供電，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需鋪設(shè)高溫電纜，節(jié)省了大量的成本，從根本 上解決了傳統(tǒng)的熱負(fù)荷測(cè)量方式無(wú)法在出鐵口進(jìn)行測(cè)量的缺陷；同時(shí)施工難度大大降低， 節(jié)省了大量的人力、物力。
[0038] (2)本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其ZigBee網(wǎng)絡(luò)自組織，在 ZigBee協(xié)議的協(xié)調(diào)下，ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)識(shí)別新增的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)自動(dòng)切除故障節(jié)點(diǎn)，網(wǎng) 絡(luò)的維護(hù)和管理全部在ZigBee協(xié)議的協(xié)調(diào)下自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工管理和維護(hù)，節(jié)省了大量 的維保費(fèi)用；同時(shí)，ZigBee采用MESH組網(wǎng)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn) 可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的 大網(wǎng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有自己特有的信道，一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不會(huì)影響整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，從而提高網(wǎng) 絡(luò)通訊的可靠性。
[0039] (3)本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，采用PtlOOO鉬電阻作為溫度 傳感器，并采用本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)處理電路，提高了熱負(fù)荷測(cè)量精度及穩(wěn)定性，具 體包括如下三方面：a)高分辨率，PtlOOO溫度系數(shù)為TCR = 3850ppm/K，配合本發(fā)明的溫度 信號(hào)處理電路，分辨率可達(dá)o.oorc ;b)高精度，采用PtlOOO作為溫度傳感器，配合本發(fā)明 設(shè)計(jì)的新型比率電橋溫度補(bǔ)償電路，以測(cè)量精度等于10?20倍的分辨率計(jì)算，測(cè)量精度可 達(dá)0. 02°C，完全滿足高爐熱負(fù)荷對(duì)測(cè)量精度的要求；c)高穩(wěn)定性，本發(fā)明采用PtlOOO鉬電 阻作為溫度傳感器，配合本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計(jì)的溫度信號(hào)處理電路使得AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字 量只跟PtlOOO零度電阻^和參考電阻R Mf有關(guān)，所以本發(fā)明設(shè)計(jì)的高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)系 統(tǒng)適合在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的測(cè)量。
[0040] (4)本發(fā)明的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其無(wú)線測(cè)溫儀的工作采用斷 續(xù)工作模式可大大延長(zhǎng)電池使用壽命，采用本發(fā)明的斷續(xù)工作模式使得無(wú)線測(cè)溫儀大部分 時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，而芯片處于待機(jī)狀態(tài)下的功耗極低，可忽略不計(jì)。測(cè)溫儀表處于發(fā)送 狀態(tài)時(shí)的最大功耗為30mA，2min采集一次，采集一次所費(fèi)時(shí)間為：1. 5s，則一節(jié)8500mAh電 池可使用的壽命為：

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其步驟為： 步驟一： 無(wú)線測(cè)溫儀間隔2分鐘檢測(cè)一次高爐冷卻壁的溫度及流量，并將溫度及流量信號(hào)傳 送給溫度采集終端，所述的無(wú)線測(cè)溫儀采用斷續(xù)工作模式，即無(wú)線測(cè)溫儀在正常情況下使 儀表中的所有芯片處于待機(jī)狀態(tài)，只有接收到父節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求指令后才將所有芯片喚醒，喚 醒后進(jìn)行AD采樣和中值濾波處理，并將采集到的溫度及流量信號(hào)發(fā)送出去，將溫度及流量 信號(hào)發(fā)出去后又回到待機(jī)狀態(tài)；其中：所述的無(wú)線測(cè)溫儀包括PtlOOO溫度傳感器、流量傳 感器、溫度及流量信號(hào)處理電路、低功耗處理器、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊和電源模塊，所述的 PtlOOO溫度傳感器用于檢測(cè)高爐冷卻水進(jìn)水、排水溫度，所述的流量傳感器用于檢測(cè)高爐 冷卻水流量，上述的PtlOOO溫度傳感器、流量傳感器的信號(hào)輸出端連接至溫度及流量信號(hào) 處理電路，溫度及流量信號(hào)處理電路、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊分別與低功耗處理器相連接，所 述的電源模塊分別與PtlOOO溫度傳感器、流量傳感器、溫度及流量信號(hào)處理電路、低功耗 處理器、ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊相連，該電源模塊用于給無(wú)線測(cè)溫儀供電，所述的電源模塊為 電池； 步驟二： 溫度采集終端通過(guò)ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊采集無(wú)線測(cè)溫儀傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信 號(hào)，并將采集來(lái)的溫度及流量信號(hào)傳送至上位機(jī)，其中：所述的溫度采集終端包括ZigBee 無(wú)線收發(fā)模塊、處理器、聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、RS485通訊模塊和電源模塊，所述的 ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、RS485通訊模塊分別與處理器相連接，所述的處理器輸出端連接有 聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊，該聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)控各無(wú)線測(cè)溫儀的運(yùn)行 狀態(tài)，并進(jìn)行聲光報(bào)警，所述的電源模塊分別與聲光報(bào)警及狀態(tài)顯示模塊、RS485通訊模塊、 處理器相連，該電源模塊用于給溫度采集終端供電，該電源模塊為有線供電形式，上述的無(wú) 線測(cè)溫儀為系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，溫度采集終端為系統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，若干個(gè)溫度采集終端通 過(guò)RS485總線依次串接，最后一個(gè)溫度采集終端的通訊總線兩端接有終端電阻，無(wú)線測(cè)溫 儀與溫度采集終端組成MESH網(wǎng)絡(luò)，該無(wú)線測(cè)溫儀與溫度采集終端通信方式為基于ZigBee 協(xié)議的無(wú)線通訊，無(wú)線測(cè)溫儀涉及的協(xié)議為ZigBee協(xié)議； 步驟三： 上位機(jī)通過(guò)如下公式計(jì)算高爐熱負(fù)荷
，其中：ΔΤ = Σ 0T#7jcSS/ n-T進(jìn)·度，ΛΤ即為水溫差；F :冷卻水流量；CPn :整定系數(shù)，CPn = 4. 1817/10 = 0· 41817 ; 其中：所述的上位機(jī)包括串口通訊接口程序和組態(tài)軟件，該串口通訊接口程序用于提取溫 度采集終端傳輸過(guò)來(lái)的溫度及流量信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，所述的組態(tài)軟件用于圖形化 顯示并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存；上述的上位機(jī)為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器，上位機(jī)與溫度采集終端的通訊 方式為RS485平衡式差分通訊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度高爐熱負(fù)荷無(wú)線檢測(cè)方法，其特征在于：所述的 溫度及流量信號(hào)處理電路包括溫度信號(hào)處理電路和流量信號(hào)處理電路，其中溫度信號(hào)處理 電路包括PtlOOO處理電路⑴和AD轉(zhuǎn)換器（2)，所述的PtlOOO處理電路（1)包括三線制 PtlOOO、減法器一、減法器二和新型電橋電路，所述的新型電橋電路包括第一調(diào)零電阻R1、 第二調(diào)零電阻R2、Rt、參考電阻R Mf和限流電阻Ri，上述的第一調(diào)零電阻R1、第二調(diào)零電阻 R2、Rt和參考電阻RMf依次串聯(lián)，限流電阻Ri的一端接在第一調(diào)零電阻R1和參考電阻RMf 之間，限流電阻Ri的另一端接至電源，所述的三線制PtlOOO的三個(gè)引腳分別與參考電阻 RMf、第二調(diào)零電阻R2和地相連；所述的減法器一取參考電阻Rief兩端的電壓作為AD轉(zhuǎn)換 器（2)的參考電壓，減法器一的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器（2)的參考電壓輸入端相連，減法器二 的"+"端與三線制PtlOOO的正極相連，減法器二的端與第二調(diào)零電阻R2的一端相連， 減法器二的輸出端與AD轉(zhuǎn)換器（2)的模擬信號(hào)輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換器（2)的數(shù)字信號(hào)輸 出端與低功耗處理器相連。
【文檔編號(hào)】C21B7/24GK104046713SQ201410318248
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】方挺, 歐陽(yáng)強(qiáng)強(qiáng), 張建軍 申請(qǐng)人:馬鞍山市安工大工業(yè)技術(shù)研究院有限公司