CN2586147Y - 一种高炉水冷却壁在线温度监测控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高炉或钢的熔炼设备和热加工设备的水冷却壁系统的温度监测控制装置。由ST－W数字温度探测器、ST－A温度数据采集器构成数字温度数据采集装置系统，配以计算机、LONWORKS总线网络技术和网络，计算机软件和控制软件。通过采集现场温度数据、传输和软件计算，发送信号，控制高炉水冷却壁的工况。该装置具有高速、高精度、直观、实用、成本低、适应性强的特点，用于高炉或超高功率电弧炉的水冷却壁或系统的监控。

Description

一种高炉水冷却壁在线温度监测控制装置

技术领域：

本实用新型属于高炉或钢的熔炼设备和热加工设备的水冷却系统的温度、流量的监测控制装置。

背景技术：

高炉是高温、高压、密闭的熔炼设备。高炉热负荷重心区域的下移，焦比的降低，生产率的提高，对高炉炉体的冷却设备，尤其是高炉下部冷却壁的质量、冷却壁的监测控制提出了更严格的要求，因此，实现水冷却壁的长寿命已成为能否实现高炉长寿命的关键。高炉长寿命的相关因素较多，其中监测和控制高炉水冷系统，及时调节冷却系统冷却强度，以控制冷却水温升、冷却壁的温度分布，尤其是及时监测高炉炉缸、风口，炉身各部的冷却系统的水温、热负荷，水流量的情况，是最重要的影响因素，可为高炉各部提供调节数据，控制冷却壁的正常工作状况，以保证高炉各部水冷却壁的正常运行，提高高炉的使用寿命，保证安全生产。

现有高炉的水冷却装置中，温度监测系统使用的温度传感器采用PT100电阻杆，温度采集器由8086单片机，CD4051多路开关和运算放大电路组成。一个采集器可采集16个温度数据。流量检测系统由超声波流量传感的器和UC流量采集器组成，超声波流量采集的器是由AT89C15单片机，DC600V脉冲发生器，信号处理器，逻辑控制电路，RS-485通信接口组成。该检测系统实现了高炉水冷炉壁系统的在线监测。该系统尚未完全实现数字化测量，在温度测量和数字转换过程中带来一定的误差。为此必须采用高精度传感器，因而测量装置的成本增加。由于该系统选择的每个温度传感器的测量误差不等，而导致的传感器互换性差，因此，为了更换每个温度传感器，则对整个测量系统的误差，必须通过实验，测量和调整通道软件进行修正。由于超声波流量传感器的结构复杂，超声波流量传感器的压电晶体探头包括发射和接收两个探头，两个探头间距较大，给现场安装带来一定的困难。现有温度监测控制系统中，计算机和网络系统数据采集速度慢，单位时间采集的数字量较小。因此，影响系统的控制效果。

发明内容：

本实用新型所要解决的问题的在于采用全数字的温度传感器，及相应的数字温度数据采集器，奔腾II以上的计算机和高速网络系统，构成全数字的在线温度监测控制装置，提高了监测控制装置的测量精度，采用互换性强的数字温度传感器，构成高速、高效、高精度，实用、成本较低的高炉水冷却壁在线数字温度监测控制系统装置。

本实用新型的技术方案包括数字温度监测和控制系统装置，奔腾II以上的计算机网络系统，计算软件和控制软件系统。图1所示的(1)企业网络服务器，(2)企业系统管理计算机，(3)打印机，(4)网络数据转换器，(5)温度数据采集器，(6)温度传感器接线端子盒，(7)数字温度探测器。

本实用新型数字温度监测控制装置，由ST-W数字温度探测器置于高炉水冷却壁和水冷却管路系统中，ST-A温度信号数据采集器，构成数字温度数据采集系统装置。由ST-Lxx数字流量探测器或变送器对应置于高炉水冷却壁和水冷却管路系统中，ST-B数字流量数据采集器，流量调节器，构成数字流量数据采集系统装置。将以上两个数据采集系统装置，分别通过LONWORKS现场总线网络，包括网络数据转换器，企业网络服务器，奔腾II以上的管理计算机，配以测温计算软件，热流计算软件，温度和流量控制软件，ADO和ODBC数据库访问技术，Microsoft Acess本地数据库和SQL SREVER远程数据库连结，构成高炉水冷却壁在线数字温度监测控制装置系统。计算机采用WIN98/WIN ME/WIN 2000操作系统，通过计算机串行接口，按照安全可靠传输协议，与现场数据采集装置系统，经通讯网络系统获取实例数据和计算参数发送控制命令传输数据，以控制水冷却系统的温度、热流参数，相应地调节冷却水流量，实现高炉水冷却壁在线温度监测控制和节能，安全地运行。

本实用新型温度监测控制装置，包括ST-W型数字温度探测器，总线端子盒，I-WIRE总线中继器，ST-A温度数据采集器，LONWORKS总线网络，包括网络数据转换器，企业系统管理计算机，网络服务器。由20个以上的ST-W数字温度探测器接入一个总线端子盒，连接I-WIRE总线中继器，再接入温度数据采集器构成数字温度数据采集单元。由两个以上的数字温度数据采集单元，可连接着300个以上的数字温度探测器。每个单元的温度数据采集器分别连接着LONWORKS总线网络，经网络数据转换器，连接工业系统管理计算机，网络服务器和打印机。

本实用新型水流量检测装置，包括ST-Lxx数字流量探测器或流量变送器，I-WIRE总线中继器，ST-B流量数据采集器，LONWORKS总线网络，网络数字转换器，企业系统管理计算机，网络服务器。由16个以上的ST-Lxx数字水流量探测器，接入流量数据采集器构成一个数字流量数据采集单元。由两个以上的流量数据采集单元可连接着300个以上的数字流量探测器，两个流量数字采集单元通过I-WIRE总线中继器分别连接LONWORKS总线网络，经网络数据转换器，连接企业管理计算机，网络服务器和打印机。

本实用新型在线温度监测控制装置，将数字温度探测器和数字流量探测器，安装在各分支水冷却炉壁的进、出水管和水冷却炉壁的相应的位置上。各分支进、出水管安装数字温度探测器相应地与温度数据采集器，通过总线端子盒，总线中继器，总线网络，网络数据转换器，网络服务器，企业管理计算机相应相连。

本实用新型温度探测器包括温度传感器元件，专用固化ID通讯信号元器件，探测器保护套，填充料。其中探测器保护套的材料为1Cr13～4Cr13不锈钢，Cr-Ni不锈钢，耐热钢、铜及其合金等材料。

本实用新型1-WIRE总线中继器，使每台温度数据采集器或流量数据采集器，相应分别连接着16个以上的温度数据采集器或流量数据采集器，其间连接的电缆长度可达200米以上。

本实用新型温度采集器包括电源转换模块，LONWORKS网络模块和控制模块，主扳，电源保护器，电源输入端子，传感器输入端子，网络接线端子。

本实用新型图2温度数据采集器装置系统，包括(9)电源转换模块，(12)LONWORKS网络控制模块，(11)LONWORKS总线网络，(13)总线驱动器，(14)地址开关控制器，(15)报警器，(16)存储器，(10)保护电路接到传感器，(8)电源保护模块。

图3为数字温度探测器的安装示意图，高炉水冷却壁的各分支水冷却管(17)的相应的位置上，安装了数字温度探测器，该探测器与水冷却管的安装孔间用密封连接口(18)，数字温度探测器包括，数字温度传感器(19)，直接插入水中的探测器保护套(20)。

本实用新型ST-A温度数据采集器，是温度传感器和企业系统管理计算机的纽带，采用了LONWORKS总线网络技术，内含3个高速的8位CPU，保证了系统高速信息交换和数据采集，并采用了E²PROM技术，保证了数据和参数不丢失，易于系统升级。LONWORKS现场总线通讯技术采用多种媒介通讯，支持多种网络拓扑结构。温度数据采集器的机壳防爆，适应现场的高温，灰尘等恶劣环境；且有过压、过流、雷击保护电路。每个温度数据采集器可连接20个以上的数字温度传感器，总计设置大于320个温度传感器，系统装置每30秒可检测每一个采集器的数据，大约需用10分钟检测该装置系统的温度数据。

本实用新型ST-B流量数字采集器是连接流量探测器和企业系统管理计算机的纽带，同样用LONWORKS技术，内含3个CPU，采用E²PROM技术，网络数据传输采用了现场通讯技术，支持网络拓扑结构。每台流量数据采集器通过16个通道与流量传感器连接，传输数据。

本实用新型温度监测控制系统装置的计算软件和控制软件，采用ADOSActiveX Data Object和ODBC数据库访问技术，管理远程和本地的数据库。本地数据库用Microsoft的Access数据库，远程数据库用SQL SERVER数据库，温度和流量测量软件，温度计算软件，热流计算软件，流量计算控制软件。该软件系统实现数据实时采集、显示、存储数据，实时报警、查询，显示流量、温度、温差实时曲线，历史曲线，热流分析。软件可以为其它系统(MES，ERP等)提供相应的数据。

本实用新型温度监测控制装置，可以监测水温和流量实时数据，通过LONWORKS网络传送到计算机，组态软件接收到数据后，计算出冷却水温差和热流，并且生成各种报表，曲线图等，在值班室CTR画面上显示检测，计算实时数据和历史数据及实时报警结果。也可根据现场工艺设置温度，温差，流量的报警上，下限，产生报警。当采集的参数高于或低于控制目标值时，包括工艺确定的温度，温差，热流，流量等参数，则系统控制软件根据监测参数，和各分支水冷却管及水冷却壁的数据，确定调整水流量的参数值，随即发出控制指令和调整参数。通过流量调节实现达到的控制目标。系统装置也具备在线修改装置参数的功能，同时，可变换温度，流量的上、下限控制目标和报警参数。该系统便于增加，更换或减少设置的温度探测器和流量探测器，也可以变更其数量。在软件方面，通过更多更好参数数据库，使得温度探测器和流量探测器与被测点一一对应。

本实用新型温度监测控制装置中的为温度探测器的温度传感器元件，可选择DS18B20，DS1822型的数字温度传感器。

本实用新型温度监测控制装置与现有技术比较，本实用新型采用全数字技术，在温度和流量数据采集器电路中以LONWORKS网络模块取代非数字系统的A/D转换器，以数字温度传感器取代非数字温度传感器，从而降低了数据采集器电路中及其A/D转换器所引起的电路和测量误差，及非数字温度传感器带来的误差，而且克服了测量传感器的互换性差的缺点，从而提高了温度传感器精度和互换性。由于选用的温度数据采集器的电路和数字转换器的精度高，从而允许选用精度级别相对较低的数字温度传感器，既满足测量系统的精度要求，又降低了制造探测器的装置的成本。

本实用新型数字化的温度传感器，温度数据采集器，选择奔腾II以上的计算机先进的LONWORKS总线网络和LONWORKS网络模块，网络数据转换器和网络服务器装置系统。该系统具有采集数据和控制信号传输速度迅速、准确、灵敏度高、运行安全、可靠等特点。由于选用数字化的装置，技术和合理的设计，从而降低了采集数据和测量系统误差，可以放宽选择温度传感器的精度，提高了温度传感器的互换性，以使该装置选择范围宽和成本的降低。

本实用新型克服了现有技术的非互换性的缺点，在现场的条件下，可以应用同型号的数字温度传感器直接进行更换，从而避免了现有技术中，每更换一支传感器，必须通过实验和修正传感器测量通道软件所造成的困难。

本实用新型的数字温度探测器，温度数据采集器和整个监测控制系统精度高，传输速度快，因此，每个温度数据采集器可以与大于20个温度探测器连接，适当地增加了现场的温度探测器和流量探测器的数量，还可以在水冷却壁上增设温度传感器的测量。由于增加测量数量和增加对于工作条件恶劣的水冷炉壁的温度检测，不仅进一步增加测量的精度，而且，重点监测水冷却炉壁的易损部位，相应进行温度、热流和调节水流量，以便缓解或者避免水冷却壁的过早或非正常损坏。

本实用新型采用了LONWORKS现场总线技术，具有同一性，开放性和互操作性，便于维护，装置系统安全，可靠，稳定，精度高。设备布线简单，安装方便，可不停产施工。组态软件支持，人机界面友好，操作简单。设备投资少，为现有技术装置投资的30％-40％。由于具有上述特点，故不仅适用于高炉水冷技术系统，连铸水冷却系统，也适用热负荷很高的超高功率电孤炉的管式水冷挂渣炉壁的冷却系统的监测和控制，可以在工业炉、锅炉、电厂、化工厂、冶金等领域获得广泛的应用。

附图说明：

图1为数字水冷却系统在线监测控制系统方框简图，图中表示网络服务器(1)，计算机(2)，打印机(3)，LONWORKS网络模块(4)，温度数据采集器(5)，温度采集器接线端子盒(6)，温度数据探测器(7)。

图2为温度数据采集器结构方框简图，表示的电源保护模块(8)，电源转换模块(9)，LONWORKS网络控制模块(12)，LONWORKS总线网络(11)，总线驱动器(13)，地址开关控制器(14)，报警器(15)，存储器(16)，保护电路接到传感器(10)。

图3为温度探测器安装示意图，水冷却管(17)密封接口(18)，数字温度传感器(19)，温度探测器的保护套(20)。

具体实施方式：

本实用新型实施例在容量为350m³，750m³，1250m³高炉水冷炉壁的冷却系统，设置了温度，流量实时监测控制装置系统，在高炉的炉身、炉腰、炉腹、风口、炉缸的水冷却炉壁，水冷却器，或各水冷却壁分支的进、出冷却水管上，相应地设置了ST-W数字温度探测器，ST-Lxx脉冲数字流量探测器，数字流量调节器，ST-A温度数据采集器，ST-B流量数据采集器，总线端子盒，I-WIRE总线中继器，LONWORKS总线网络，网络数据转换器，奔腾II企业管理计算机，网络服务器，打印机。将数字温度探测器和脉冲数字流量探测器，数字流量调节器分别在各个分支水冷却进、出水管或水冷却壁相应位置安装，其中脉冲数字流量探测器，数字流量调节器和压力变送器仅在各分支冷却水进水管安装，每20个以上的数字温度探测器通过总线端子盒与一个温度数据采集器连接，每16个以上的数字流量探测器与1个流量数据采集器连接，该系统安装数字温度探测器为100-320个，脉冲数字流量探测器为100-256个，温度数据采集器5-18个，流量数据采集器5-16个，由相应数量的总线端子盒分别与温度数据采集器间的连接的电缆长度达200m，数字流量探测器与流量数据采集器间的连接电缆长达300m。配套软件选用ADO和ODBC数据库访问技术，选用Microsoft的Access数据库，SQL SERVER远程数据库，使数据储存安全，查询迅速快捷，界面直观，操作简便，数据处理均在后台运行。软件具有实时采集、显示、存储、报警、流量温度曲线，热流分析历史数据和曲线查询和显示。通过该系统检测的温度，流量数据及软件计算获得温度分布和水冷却壁的热流分布，可以预测高炉水冷却壁的工作状况和炉壁耐火材料腐蚀程度，利用采集的数据计算水冷却壁的温度分布和热流分布，依其温度和热流结果，通过流量调节阀调节水流量，以合理地控制水冷却壁的温度分布和热流分布。相应地调整炼铁工艺参数，达到强化冶炼，提高高炉利用系统，降低焦比，节电，节水，提高高炉水冷却壁的使用寿命，从而达到长寿命安全地运行。

本实用新型可以用于超高功率电孤炉管式水冷却壁的温度，监测和控制装置，连铸系统包括水冷却结晶器软水密闭循环系统和二冷区的开放的循环冷却系统的监测和控制装置，还适用于其他高温设备，轧钢，加热炉，焦化等过程的水冷系统的监测和控制，也适用于石油化工，玻璃，水泥生产过程的循环水冷却水系统的监测控制。

Claims (4)

1.一种高炉水冷却壁在线温度监测控制装置，由温度传感器、温度采集器、计算机组成，其特征在于该装置含有ST-W型数字温度探测器、ST-A型温度采集器、奔腾2以上的计算机、网络服务器、网络数据转换器、还含有Lonworks现场通信总线的网络拓扑结构，包括网络数据转换器，网络服务器；将温度探测器置于高炉的炉身、炉腰、炉腹、风口套、炉缸、炉身和炉腰托圈、支樑的进、出水管上，及每块水冷却壁和风口套的进、出水管上，温度数据采集器分别与温度探测器和计算器之间，通过总线端子盒，总线中继器，网络数据转换器，网络服务器相互连接。

2.根据权利要求1所述的温度监测控制装置，其特征在于总线中继器，使每个温度采集器与相应的20个以上的温度传感器连接，其间连接着电缆长度可达200米以上。

3.根据权利要求1所述的温度监测控制装置，其特征在于温度数据采集器，包括电源转换模块、Lonworks模块和控制模块，主板、电源保护器、电源输入端子、网络接线端子。

4.根据权利要求1所述的监测控制系统，其特征在于温度探测器包括传感器元件，固化ID通讯信号元件，探测器保护套，填充料；保护套外壳材料为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铜及其合金。

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