CN102851424A

CN102851424A - 一种无线高炉冷却水温差在线测量系统

Info

Publication number: CN102851424A
Application number: CN2012102654260A
Authority: CN
Inventors: 赵宏博; 李永杰; 程树森; 霍守锋; 王守生; 田佳星
Original assignee: BEIJING BEIKE YILI TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: BEIJING BEIKE YILI TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明涉及一种无线高炉冷却水温差在线测量系统，包括网络服务器、工控计算机、数据转换器、接收站点以及发射节点；其中，所述发射节点将检测到的水温信息发送给接收站点；所述接收站点将接收到的所述温度信息通过所述数据转换器发送给所述工控计算机；所述工控计算机用于将接收的所述温度信息发送给所述网络服务器。本发明采用全数字无线高炉冷却水温差在线测量系统，与有线水温测量系统相比，该系统每个测温点均采用数字测温芯片、无线数字传输方式，摆脱了线缆的限制，测温更准确，传输更简便，并且由于没有任何与外界连接的线缆，测温点更容易密封，在高温、高尘、水汽环境中更有优势。

Description

一种无线高炉冷却水温差在线测量系统

技术领域

本发明涉及高炉水温差在线监测技术领域，尤其是一种无线高炉冷却水温差在线测量系统。

背景技术

高炉是一个密闭庞大的高温反应容器。炉内侵蚀或结厚的变化都会直观迅速地反映到冷却水热流强度的变化上，同时有效的冷却和合理的热负荷也是实现高炉长寿高效的关键，因此，实时采集不同冷却水管的进出水温，在线计算监测冷却系统的热流强度至关重要，是判断炉内侵蚀及结厚情况，合理调整冷却参数的重要依据。

目前高炉冷却壁水温差测量主要分两类：单点手持式水温测量和有线水温测量系统。单点手持式水温测量仅依靠人工定时测量炉缸少量冷却壁水温差，检测力度小、不具备实时性且存在人员安全隐患，不能及时掌握炉缸的侵蚀变化和安全状况。有线水温测量系统多数采用热电阻或数字温度芯片。采用热电阻的测量系统由于高炉特殊的环境，一般都需要长度不等的导线，这样不同的测量点就形成了不同的误差，同时导线受环境影响也会影响温度的测量。而采用数字温度芯片的测量系统，虽然排除了环境对温度测量的影响，但高炉复杂的环境使得布线很困难，线路还容易受到高温、水汽的侵蚀，而且往往会因为单点的故障导致整个系统瘫痪。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种无线高炉冷却水温差在线测量系统，摆脱了线缆的限制，使得测温更准确，传输更简便，并且单个测温点有很好的互换性，可任意布置，使单个测温点相对独立，即使出现故障，不会影响整个系统的运行。

本发明主要通过下面技术方案实现：一种无线高炉冷却水温差在线测量系统，包括网络服务器、工控计算机、数据转换器、接收站点以及发射节点；其中，

所述发射节点将检测到的水温差信息发送给接收站点；

所述接收站点将接收到的所述温度信息通过所述数据转换器发送给所述工控计算机；

所述工控计算机用于将接收的所述温度信息发送给所述网络服务器。

较佳的，所述发射节点对检测到的温度信息进行白化处理，所述接收站点再对接收的所述温度信息进行反白化处理。

较佳的，所述系统采用网状网络拓扑结构方式，所述系统使用同一频段或不同频道进行通信。

更优的，所述每个发射节点都具有唯一的地址标识，用于标记出所述温度信息的获取地址信息，以便及时检测到对应每个位置的温度信息。

较佳的，在所述接收站点与所述发射节点之间设置有多个接收中继站点；

所述接收中继站点，用于将接收到的信息发送给接收站点。

更优的，所述接收中继站点具体用于将接收到的所在区域对应的发射节点的温度信息选择最近的路由链路向上一级转发，直到传输到总的接收站点。

更优的，当检测到某一路由链路出现故障时，所述接收中继站点具体还用于选择新的路由路径进行传输。

较佳的，所述系统采用星状拓扑结构传输信息，所述系统包括多个接收站点，且所述多个站点对应设定区域的发射节点，并且所述多个接收站点是由工业总线连接，以及所述系统由多个不同频段组成，所述频段之间不相互干扰。

较佳的，所述每个频段由所述接收站点和多个所述发射节点组成，并且所述每个发射节点都有一个对应本频段唯一的地址标识；以及所述接收站点，用于接收对应本频段的发射节点的温度信息。

更优的，所述工控计算机在设定时间间隔通过工程总线对多个接收站点进行轮询。

本发明的有益效果是：本发明采用全数字无线高炉冷却水温差在线测量系统，与有线水温测量系统相比，该系统每个测温点均采用数字测温芯片、无线数字传输方式，摆脱了线缆的限制，测温更准确，传输更简便。单个测温点有很好的互换性，可任意布置，而且单个测温点相对独立，即使出现故障，不会影响整个系统的运行。由于没有任何与外界连接的线缆，测温点更容易密封，在高温、高尘、水汽环境中更有优势。

附图说明

图1为本发明系统实施例一的结构示意图；

图2为本发明系统实施例二的结构示意图；

图3为本发明系统中发射点的结构示意图。

附图说明：

1为网络服务器，2为工控计算机，3为数据转换器，4为接收站点，5为接收中继站点，6为发射节点；

12为MCU，13为温度采集模块，14无线收发模块，15为电池电量检测模块，16为工业电池。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不做为对本发明的限定。

本发明提供的无线高炉冷却水温差在线测量系统收发过程是采用高性能低功耗射频芯片实现。接收(中继)和发射模块的通讯采用一对多的方式，一般一个接收(中继)站点采集多个发射节点的温度数据。

整个系统工作在2.4G或433M频段，采用IEEE802.15.4/Zigbee或其他低功耗的个域网协议。系统包括网络服务器，工控计算机，数据转换器，多个接收(中继)站点和多个发射节点。

为避免单个发射节点间相互干扰，系统采用CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)的通信方式。这样，不仅提高了空间资源的利用效率，也同时提高了通信的可靠性。

数据包的格式包含如下项目：前导、同步词汇、数据包长度、地址字节、有效载荷、2字节CRC。其中前导和同步字均采用32bits，并采用CRC校验以提高数据的准确性。

无线信号采用Q-QFSK或GFSK调制方法，并采用FEC(前向误差校正)数据编码技术。

另外，为保证数据的完整性和通信的可靠性，发射节点对数据还进行白化处理，接收节点再对数据进行反白化处理。

整个系统分两种拓扑结构，全无线传输方式和有线无线相结合的方式。

全无线传输方式，系统采用网状网络拓扑结构，如图1所示，包括网络服务器1、工控计算机2、数据转换器3、接收站点4以及发射节点6；其中，发射节点6将检测到的水温信息发送给接收站点4；接收站点4将接收到的所述温度信息通过数据转换器3发送给工控计算机2；工控计算机2用于将接收的所述温度信息发送给所述网络服务器1。整个系统工作在同一或多个频段，每个发射节点6都有全网络唯一的地址标识。在整个系统中还布设多个中继站点5，当中继站点5接收到所在区域发射节点6的温度数据时就选择最近的路由链路向上一级路由进行转发，直到传输到接收站点4。一般为了保障传输的稳定性，整个网络会增加一定的冗余度，当某个路由链路出现问题，就会选择新的路由路径进行传输。采用这种方式极大地方便了发射节点6的布设。

有线无线相结合的传输方式，系统采用星状拓扑结构，如图2所示，其中在图1所示的系统方式上，增加了工业总线连接的多个接收站点4，整个系统由多个不同频段组成，各频段之间不互相干扰。每个频段由接收站点4和多个发射节点6组成，每个发射节点6都有一个本频段唯一的地址标识。接收站点4负责接收本频段的发射节点6的数据。工控计算机2每隔固定的时间通过工业总线对多个接收站点4进行轮询。接收站点4到中控室工控计算机2采用总线传输的方式，通过一根双绞线将所有接收站点4连接起来并传输到中控室工控计算机2即可。

如图3所示，发射节点包含：微控制处理器MCU12、无线收发模块14、温度测量模块13，电池电量监测模块15和工业电池16。工业电池16与微控制处理器MCU12相连接，微控制处理器MCU12分别与温度采集模块13、无线收发模块14、电池电量检测模块15相连接，发射节点由工业电池供电16，平时非工作时间处于超低功耗的休眠模式，并根据需要每隔设定的时间由定时器唤醒，对进出水温进行测量并通过无线收发模块将数据发送到接收站点，随后再次进入休眠模式。无线收发模块主要负责与接收站点的无线通讯。温度测量模块与进口的高精度测温芯片配合，对进出水温进行采集。电池电量检测模块定时对供电的工业电池电量进行测量，一旦低电即进行报警，提示更换电池。

本发明实施在高炉冷却壁冷却水系统上，在高炉的炉缸、风口、炉腰、炉腹、炉身的冷却水的进出口均安装全数字无线高炉冷却水温差测量装置，同时将高炉从上到下分为几个区域，在每个区域安装接收(中继)站点。和传统有线水温测量系统相比，在需要安装几百上千点的测温装置的高炉上，无线的方式无疑要简便的多。有线水温测量系统根据现场测温点位的位置需要布设大量的线缆，由于温度采集器采集温度点数和通讯距离的限制，温度采集器需要安装在测温点位附近。这样在复杂的高炉环境中系统就显得很乱，维护也不方便。而且往往会因为一个测温装置出现问题，就会导致一个采集站点甚至整个系统瘫痪。

无线的方式恰恰避免了以上所述问题的发生。由于没有线缆的限制，测温装置可随意布设，接收(中继)站点可以选择不妨碍现场又安全的地方安装。而且每个测温装置相对独立，没有总线系统单点出现问题整个系统可能瘫痪的担忧。

所以在高炉复杂的环境当中，选择无线网络传输相比有线水温测量系统会大大降低施工成本和后期维护成本。

无线系统采用高度一体化的设计，从温度采集到无线传输都是数字信号，这样将外界的干扰都降到了最低，在测温精度和传输上都得到了保障。

为避免单个发射节点间相互干扰，系统采用CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)的通信方式，CSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网路中的各个节点都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个节点在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这时发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个节点必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重新发送帧。CSMA/CD能更好地利用资源为这种通讯方式在发送数据之前，一直在检测空气中是否存在相同频率的载波。如果当前时间空气中有相同频率的载波，就不发送数据；如果空气中没有相同的载波，则表明现在空间资源没有被占用，可以发送数据。这样，不仅提高了空间资源的利用效率，也同时提高了通信的可靠性。

无线信号采用GFSK调制格式，并采用FEC(前向误差校正)数据编码技术。FEC是指信号在被传输之前预先对其进行按一定的格式处理，在接收端则按规定的算法进行解码以达到找出错码并纠错的目的。由于冲突和时变信号影响，通过真实通信信道接收的数据会经常经受突发误差，为了增加误差生成的成倍比特的健壮性，传输中检错由接收方进行验证，在FEC方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠正。FEC用于数据部分和CRC词汇，用来减少在灵敏极限操作时产生的总的比特误差率。冗余被加在传输数据上，这样在有些比特出现错误时接收端能存储原始数据。

另外，为保证数据的完整性和通信的可靠性，发射节点对数据还进行白化处理，接收节点再对数据进行反白化处理。白化处理主要是为了避免在传输过程中出现过长的连续0或1的位流模式。基带处理器需要从接收到的模拟数据信号中判断数据是0还是1，但过长的连续0或1位流会造成问题。因为在接收到的模拟数据信号中并不存在像直流信号中那样的参考点，因此必须依靠接收到的最后几个传输信号进行校正。任何连续的0或1的长序列位流串都可能导致校正失败。因此需要采用数据白化技术对信号进行扰码处理，以大大降低出现长序列0或1位流串的可能性。

无线收发模块输出功率为≥10dBm，实测有效空旷通讯距离大于300米。经测试，在高炉的任何位置安装没有死点，完全可以胜任温度采集系统的无线收发。

本发明采用全数字无线高炉冷却水温差在线测量系统，与有线水温测量系统相比，该系统每个测温点均采用数字测温芯片、无线数字传输方式，摆脱了线缆的限制，测温更准确，传输更简便。单个测温点有很好的互换性，可任意布置，而且单个测温点相对独立，即使出现故障，不会影响整个系统的运行。由于没有任何与外界连接的线缆，测温点更容易密封，在高温、高尘、水汽环境中更有优势。

以上已将本发明做一详细说明，但显而易见，本领域的技术人员可以进行各种改变和改进，而不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims

1.一种无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，包括网络服务器、工控计算机、数据转换器、接收站点以及发射节点；其中，

所述发射节点将检测到的水温信息发送给接收站点；

2.根据权利要求1所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述发射节点对检测到的温度信息进行白化处理，所述接收站点再对接收的所述温度信息进行反白化处理。

3.根据权利要求1所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述系统采用网状网络拓扑结构方式，所述系统使用同一频段或不同频道进行通信。

4.根据权利要求2所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述每个发射节点都具有唯一的地址标识，用于标记出所述温度信息的获取地址信息，以便及时检测到对应每个位置的温度信息。

5.根据权利要求1所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，在所述接收站点与所述发射节点之间设置有多个接收中继站点；

所述接收中继站点，用于将接收到的信息发送给接收站点。

6.根据权利要求5所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述接收中继站点具体用于将接收到的所在区域对应的发射节点的温度信息选择最近的路由链路向上一级转发，直到传输到总的接收站点。

7.根据权利要求5所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，当检测到某一路由链路出现故障时，所述接收中继站点具体还用于选择新的路由路径进行传输。

8.根据权利要求1所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述系统采用星状拓扑结构传输信息，所述系统包括多个接收站点，且所述多个站点对应设定区域的发射节点，并且所述多个接收站点是由工业总线连接，以及所述系统由多个不同频段组成，所述频段之间不相互干扰。

9.根据权利要求8所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述每个频段由所述接收站点和多个所述发射节点组成，并且所述每个发射节点都有一个对应本频段唯一的地址标识；以及所述接收站点，用于接收对应本频段的发射节点的温度信息。

10.根据权利要求8所述的无线高炉冷却水温差在线测量系统，其特征在于，所述工控计算机在设定时间间隔通过工程总线对多个接收站点进行轮询。