基于现场总线技术的高炉数字化温度系统

现场总线技术是在20世纪80年代中期发展起来的一种先进的现场工业控制技术，是集计算机、数字通讯、大规模集成电路及智能传感器于一身的新兴控制技术。它突破了传统“一对一”式的模拟信号或数字—模拟信号测量与控制的局限性，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的双向数字通讯与信息交换。其中，LonWorks就是一种具有较强实力的现场总线技术。我国的许多钢铁企业，对高炉炉墙温度的测量与记录基本上还采用手工方式，劳动强度大，且极易产生测量误差，这种情况一直困扰着高炉炉墙的实时维护。而基于现场总线技术的高炉数字化温度系统解决了这一问题。

1 炉体结构及LonWorks的特点

1.1 高炉炉体结构简介
　　高炉炉体结构主要由高炉内衬，冷却设备，风、铁、渣口，平台接基础，高炉自动化检测装置组成。一代高炉寿命主要取决于炉墙的状况。随着高炉冶炼的强化、炉顶压力的提高和低硅冶炼，维护炉墙的重要性和迫切性日益突出。冷却壁是与炉墙直接接触的冷却部件，其水温差即热流强度可直接反映炉墙的状况，据此可直接监视炉墙的情况。对于高炉冷却系统数据的记录及曲线显得尤为重要。

1.2 LonWorks现场总线特点
　　（1）采用了ISO/OSI模型的全部七层协议和面向对象的设计方法，通过网络变量把网络系统通信设计简化为参数设置，通信速率从300bps至1.5Mbps不等。
　　（2）支持多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品。
　　（3）3个8位CPU分工合作，共同完成系统功能。
　　（4）Echelon公司鼓励OEM开发商运用LonWorks技术和神经元芯片，开发自己的产品，因此，已被广泛用于工业控制等行业。
另外，在开发智能传感器方面，LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。

2 数字化温度系统的组成

2.1 系统功能
　　高炉冷却水温度数字化系统利用先进的计算机技术、电子技术、现场总线技术、温度传感器技术，可实现在线实时检测和监控高炉冷却壁进出水温度，并在CRT画面上显示测量结果和温度历史数据，根据现场情况实施报警。
　　系统的应用结果对高炉炉墙的实时维护具有重要作用，通过历史数据能够准确反映炉墙的实时温度变化，摈弃传统的手工测量。还能通过测量结果根据炉墙状况实时调整冷却水消耗，降低生产成本。更重要的是通过高炉冷却壁的水温检测及热流量计算，指导高炉生产操作。

2.2 系统配置
　　采用LonWorks现场总线技术，系统中的测温传感器采用进口的数字温度测量传感器，不但精度高，并且系统布线简单方便，抗干扰能力强、易扩展。上位机采用工控组态软件，系统画面美观实用，测量数据自动存入数据库，同时可以生成各种数据报表、温度变化曲线，并可实现打印输出，也可以对各种历史数据和曲线进行查询。
系统配置见图1。

2.2.1 ST-W温度传感器 该测温传感器精度高，抗干扰能力强，在低温测量系统中用量大，耐水，耐腐蚀。
2.2.2 ST-X分支连接器 ST-X分支连接器采用铸铝密封制造，耐腐蚀。最多可以与7个温度传感器对应连接，有一路输出端子。
2.2.3 温度采集器 温度采集器是连接传感器和系统管理计算的纽带。它采用Lonworks技术，保证了系统的高速信息交换和数据采集。测温传感器通过总线端子盒连接到温度采集器，电缆长度可达200m，每个温度采集器可连接20个测温传感器。

3 上位软件设计
　　高炉测温软件通过计算机的串行接口，与现场的数据采集系统进行通讯，获得数据或发送控制命令。本软件采用先进的数据库访问技术，对本地的数据库进行管理。前台运行用户界面，后台运行数据的处理。

3.1 后台数据库
　　系统经设置运行后，在数据库中会自动产生以下数据表：传感器参数表、传感器数据表、冷却壁参数表、冷却壁组参数表、冷却壁部位参数表、冷却壁水报警参数表、冷却水报警数据表、流量数据表、炉壁参数表、炉壁报警参数表、炉壁报警数据表、炉壁数据主表、炉壁数据从表、炉壁组参数表、炉壁部位参数表、热流强度数据主表、热流强度数据从表等。
　　系统将检测的实时值根据设定的时间存入数据库，并在随后的温度曲线以及一系列的应用中调用数据库中存储的数据。可根据实际情况设定数据存储的时间，也可根据需要调整存储时间。

3.2 用户界面
3.2.1 系统初始化 在数据库设置完毕后，须对系统的硬件参数进行预置。首先完成的是通讯接口的选择。在完成硬件系统的初始化后，进行高炉信息的初始化，并完成诸如炉号、将要测量的冷却水物理参数、冷却水热容值、所测量炉壁的物理层数以及温度检测点的数量和分布情况。

3.2.2 系统主界面 程序的主界面主要包括6个方面：系