CN107677325B - 黄磷炉电极偏斜、震动检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于黄磷冶炼过程中的安全生产检测技术领域，具体涉及一种黄磷炉电极偏斜、震动检测系统及检测方法。检测系统包括安装于黄磷炉内加热电极顶部的陀螺仪芯片、电源分配模块及无线通讯模块，方法包括电极偏斜角度判定和电极震动检测，电极震动通过三轴加速度值间接获得，即加速度变化强度视为振动强度，根据单位时间内三轴加速度中变化最大的一轴作为判断依据，作为电极震动强度值。本发明采用集成了角度检测和加速度检测的陀螺仪集成芯片对加热电极的偏斜角度和震动进行高精度的实时检测，并将检测数据通过无线传输方式发送至黄磷炉外部的监控终端，当电极产生非正常偏斜或震动时，作业人员能够及时发现问题，避免产生更加严重的生产事故。
Description
技术领域
本发明属于黄磷冶炼过程中的安全生产检测技术领域，具体涉及一种黄磷炉电极偏斜、震动检测系统及检测方法。
背景技术
黄磷冶炼是通过电极大电流实现电加热冶炼过程。在黄磷炉正常冶炼过程中，时常会出现电极歪斜、炉内塌料、料管下料及把持器铜瓦缺水等情况。当电极歪斜时，如果操作人员不处理，当歪斜程度达到一定角度后，电极有可能被自身重力折断，造成严重的生产事故；另外，在电极处于歪斜状态时，电极上部极易碰到电极提升钢绳，因电极上有200-400V的交流电，钢绳又与大地相通，当电极触碰到提升钢绳时，会发生短路事故，严重时可能将钢绳烧断。电极由三根钢绳支撑，如果其中一根发生断裂，电极将因受力不均而增大歪斜角度甚至立刻折断，并对周围的巡检人员造成严重的安全隐患。在当前黄磷冶炼工艺，对于电极运动出现异常，大部分黄磷厂由现场操作人员凭肉眼观察判定，个别黄磷厂曾经采用对三根电极支撑钢绳称重方式对电极歪斜进行间接判断，但因此方法存在诸多问题，经常出现误判，而且称重传感器在现场由于环境恶劣经常损坏，现已基本废弃。因受人工观察的滞后和工作长期关注度影响，在黄磷冶炼过程中，每个工厂每年或多或少都会出现电极折断事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对黄磷炉电极的姿态进行高精度实时检测的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统及检测方法。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，包括安装于黄磷炉内加热电极顶部的陀螺仪芯片、电源分配模块及无线通讯模块，所述陀螺仪芯片集成有三轴角度检测及三轴加速度检测功能，所述陀螺仪芯片的数据输出端与无线通讯模块相连，无线通讯模块将陀螺仪芯片的检测数据无线发送至黄磷炉外部的终端设备；所述电源分配模块用于对陀螺仪芯片和无线通讯模块供电，电源分配模块的电流输入端与直流电源相连。
所述无线通讯模块包括数据转换模块和WIFI模块，所述数据转换模块将陀螺仪芯片的检测数据转换为通过IP寻址的以太网接口数据并传输至WIFI模块，所述WIFI模块连接到黄磷炉外部设置的无线路由器，所述终端设备通过WIFI或物理网线连接到所述无线路由器，并通过对WIFI模块IP地址进行TCP连接获得陀螺仪芯片的检测数据。
所述直流电源位于黄磷炉外部，所述电源模块通过一根耐高温弹性螺旋线与直流电源相连。
所述直流电源也位于黄磷炉电极顶部，所述直流电源包覆在一隔热容器内。
所述陀螺仪芯片还集成有温度检测功能。
所述陀螺仪芯片为MPU6050集成芯片，陀螺仪芯片通过TTL串口与数据转换模块相连。
所述直流电源的输出电压为5V，所述陀螺仪芯片和无线通讯模块的工作电压为3.3V，所述电源模块为LM1117T-3.3V三端稳压芯片，该电源模块将直流电源的5V直流电转换为3.3V直流电并分别传输给陀螺仪芯片和无线通讯模块。
所述陀螺仪芯片、无线通讯模块及电源模块均安装在耐高温的玻璃纤维盒内，玻璃纤维盒固定在一块由绝缘隔热材料制成的垫块上，该垫块放置于加热电极顶部。
本发明还提供了一种采用所述检测系统检测黄磷炉内电极偏斜、振动的方法，包括：电极偏斜角度判定，根据三维坐标系投影角计算方法，计算出X轴和Y轴偏转角合角对水平面的投影角度为：其中α为X轴偏转角，β为Y轴偏转角；判断电极偏斜保护动作的角度值以此合角值为标准，具体比较值以现场操作习惯为准，系统把当前电极的偏转角合角度与正常的偏转角合角度相比较，根据值的偏差来判定电极是否出现偏差；
电极震动检测，电极震动通过三轴加速度值间接获得，即加速度变化强度视为振动强度，根据单位时间内三轴加速度中变化最大的一轴作为判断依据，作为电极震动强度值。
本发明的技术效果在于：本发明采用集成了角度检测和加速度检测以及温度检测的陀螺仪集成芯片对黄磷炉内加热电极的偏斜角度和震动进行高精度的实时检测，并将检测数据通过无线传输方式发送至黄磷炉外部的监控终端，当电极产生非正常偏斜或震动时，作业人员能够及时发现问题，避免产生更加严重的生产事故。
附图说明
图1是本发明的实施例1所提供的原理图；
图2是本发明的实施例2所提供的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1所示，一种黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，包括安装于黄磷炉内加热电极7顶部的陀螺仪芯片1、电源分配模块3及无线通讯模块2，所述陀螺仪芯片1集成有三轴角度检测及三轴加速度检测功能，所述陀螺仪芯片1的数据输出端与无线通讯模块2相连，无线通讯模块2将陀螺仪芯片1的检测数据无线发送至黄磷炉外部的终端设备5；所述电源分配模块3用于对陀螺仪芯片1和无线通讯模块2供电，电源分配模块3的电流输入端与直流电源相连。本实施例中所采用的终端设备为计算机，但本发明中的终端设备并不仅限于计算机，也可以是手机等移动终端。
优选的，所述无线通讯模块2包括数据转换模块21和WIFI模块22，所述数据转换模块21将陀螺仪芯片1的检测数据转换为通过IP寻址的以太网接口数据并传输至WIFI模块22，所述WIFI模块22连接到黄磷炉外部设置的无线路由器4，所述终端设备5通过WIFI或物理网线连接到所述无线路由器4，并通过对WIFI模块22IP地址进行TCP连接获得陀螺仪芯片1的检测数据。除本实施例外，本发明还可以采用3G、4G或微波传输等市面上主流的无线通讯方式进行数据传输，本发明采用局域网形式的WIFI模块22传输数据效果更加稳定不易受外界信号干扰。
优选的，所述直流电源位于黄磷炉外部，所述电源模块通过一根耐高温弹性螺旋线31与直流电源相连，降低线缆张力对检测设备的干扰。
进一步的，所述陀螺仪芯片1还集成有温度检测功能，在检测电极7偏斜和震动的同时，还能够对电极7温度进行实时监控。
优选的，所述陀螺仪芯片1为MPU6050集成芯片，陀螺仪芯片1通过TTL串口与数据转换模块21相连。所述直流电源的输出电压为5V，所述陀螺仪芯片1和无线通讯模块2的工作电压为3.3V，所述电源模块为LM1117T-3.3V三端稳压芯片，该电源模块将直流电源的5V直流电转换为3.3V直流电并分别传输给陀螺仪芯片1和无线通讯模块2。
进一步的，所述陀螺仪芯片1、无线通讯模块2及电源模块均安装在耐高温的玻璃纤维盒内，玻璃纤维盒固定在一块由绝缘隔热材料制成的垫块6上，该垫块6放置于加热电极7顶部，本实施例中的垫块6采用胶木块制成，玻璃纤维盒与胶木块能够使各电路板与高温环境隔离，同时，胶木块还起到配重的作用，使整个装置能够稳定的放置在电极7顶端。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别仅在于：所述直流电源为电池32，所述直流电源也位于黄磷炉电极7顶部，所述直流电源包覆在一隔热容器内。这样能够进一步降低线缆张力对检测设备的干扰，但需要对电源进行额外的隔热降温保护。
实施例3
一种采用实施例1或实施例2所述检测系统检测黄磷炉内电极偏斜、振动的方法：
电极7偏斜角度判定，根据三维坐标系投影角计算方法，计算出X轴和Y轴偏转角合角对水平面的投影角度为：其中α为X轴偏转角，β为Y轴偏转角；判断电极7偏斜保护动作的角度值以此合角值为标准，具体比较值以现场操作习惯为准，系统把当前电极7的偏转角合角度与正常的偏转角合角度相比较，根据值的偏差来判定电极7是否出现偏差；
电极7震动检测，电极7震动通过三轴加速度值间接获得，即加速度变化强度视为振动强度，根据单位时间内三轴加速度中变化最大的一轴作为判断依据，作为电极7震动强度值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：包括安装于黄磷炉加热电极（7）顶部的陀螺仪芯片（1）、电源分配模块（3）及无线通讯模块（2），所述陀螺仪芯片（1）集成有三轴角度检测及三轴加速度检测功能，所述陀螺仪芯片（1）的数据输出端与无线通讯模块（2）相连，无线通讯模块（2）将陀螺仪芯片（1）的检测数据无线发送至黄磷炉外部的终端设备（5）；所述电源分配模块（3）用于对陀螺仪芯片（1）和无线通讯模块（2）供电，电源分配模块（3）的电流输入端与直流电源相连；
所述无线通讯模块（2）包括数据转换模块（21）和WIFI模块（22），所述数据转换模块（21）将陀螺仪芯片（1）的检测数据转换为通过IP寻址的以太网接口数据并传输至WIFI模块（22），所述WIFI模块（22）连接到黄磷炉外部设置的无线路由器（4），所述终端设备（5）通过WIFI或物理网线连接到所述无线路由器（4），并通过对WIFI模块（22）IP地址进行TCP连接获得陀螺仪芯片（1）的检测数据；
所述直流电源位于黄磷炉外部，所述电源分配模块通过一根耐高温弹性螺旋线（31）与直流电源相连。
2.根据权利要求1所述的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：所述直流电源为电池（32），所述直流电源也位于黄磷炉电极（7）顶部，所述直流电源包覆在一隔热容器内。
3.根据权利要求1所述的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：所述陀螺仪芯片（1）还集成有温度检测功能。
4.根据权利要求3所述的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：所述陀螺仪芯片（1）为MPU6050集成芯片，陀螺仪芯片（1）通过TTL串口与数据转换模块（21）相连。
5.根据权利要求4所述的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：所述直流电源的输出电压为5V，所述陀螺仪芯片（1）和无线通讯模块（2）的工作电压为3.3V，所述电源模块为LM1117T-3.3V三端稳压芯片，该电源模块将直流电源的5V直流电转换为3.3V直流电并分别传输给陀螺仪芯片（1）和无线通讯模块（2）。
6.根据权利要求1所述的黄磷炉电极偏斜、震动检测系统，其特征在于：所述陀螺仪芯片（1）、无线通讯模块（2）及电源模块均安装在耐高温的玻璃纤维盒内，玻璃纤维盒固定在一块由绝缘隔热材料制成的垫块（6）上，该垫块（6）放置于加热电极（7）顶部。
7.一种采用权利要求1-6任意一项所述检测系统检测黄磷炉电极偏斜、振动的方法，其特征在于：
电极（7）偏斜角度判定，根据三维坐标系投影角计算方法，计算出X轴和Y轴偏转角合角对水平面的投影角度为：；其中α为X轴偏转角，β为Y轴偏转角；判断电极（7）偏斜保护动作的角度值以此合角值为标准，具体比较值以现场操作习惯为准，系统把当前电极（7）的偏转角合角度与正常的偏转角合角度相比较，根据值的偏差来判定电极（7）是否出现偏差；
电极（7）震动检测，电极（7）震动通过三轴加速度值间接获得，即加速度变化强度视为振动强度，根据单位时间内三轴加速度中变化最大的一轴作为判断依据，作为电极（7）震动强度值。
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