基于单片机的胴体红外测温系统设计论文学位论文Word格式.docx

基于单片机的胴体红外测温系统设计论文学位论文Word格式.docx

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该系统通过红外测温扫描仪对窑筒体表面温度连续在线实时监测、分析预测,防止由于过烧等各种原因造成的窑衬及窑筒体损坏,达到提高效益的目的。

本文介绍了一种基于单片机的红外线测温系统，该系统由上位机和下位机两大部分组成。

本设计主要完成下位机部分，下位机采用与8051兼容的高性能、高速单片机—STC12C5A16AD为控制器，安装在无刷直流电机上的红外测温扫描仪高速旋转，完成对水泥回转窑窑体温度的数据扫描，然后通过前置放大器将红外扫描仪采集的数据经放大后，送至ADC进行模数转换，且系统与计算机通过MAX-485 

通讯，将采集到的温度数据传输到上位机处理。

该系统通过红外测温扫描仪对窑筒体表面温度连续在线实时监测、分析预测,防止由于过烧等各种原因造成的窑衬及窑筒体损坏,经处理分析后就能客观、及时地反映窑内状况，从而达到保障生产安全，提高效益的目的。

关键词STC12C5A16AD，AD转换，485串口通信，红外测温

Abstract

Inthecementproductionprocess,rotarykilnistorealizethecoreequipmentofcementclinkerpellets，thedecisionwhetherkilnhigh-quality,highyield,lowproductionofclinkerandsecurityisakeyfactorintheoperationofthekilnlining.So,intheprocessofkilnoperation,thekilntokeepabreastofthesituation,topreventthekilnliningandthekilnisarotarycylinderdamagedanimportantguaranteeforeconomicoperation.Surfacetemperatureofthekilnshellanalysiscanbetreatedobjectivelyreflectthesituationinthekiln.Thesystemthroughinfraredtemperaturescanner,thesurfacetemperatureofthekilnshellforonlinereal-timemonitoring,analysisandforecast,preventburn-offcausedbyavarietyofreasons,suchasfurnaceandkilnshellliningdamage,toimprovebenefits.

Inthispaper,aMCUbasedoninfraredtemperaturemeasurementsystem,thesystemconsistsofupperandlowermachinecomposedoftwomajorparts.Completedthedesignofthemainpartofthenext-bitmachine,thenext-bitmachinewitha8051-compatiblehigh-performance,high-speedsingle-chip-STC12C5A16ADcontroller,BrushlessDCMotorinstalledintheinfraredtemperaturescanner,high-speedrotation,thecompletionofcementrotarykilntemperaturedatafromscanned,andthenthroughthepre-amplifierwillbeinfraredscannerdatacollectedbytheamplified,senttoADCforanalog-to-digitalconversion,andsystemandcomputerthroughtheMAX-485communications,thetemperaturedatacollectedtransmittedtotheHostMachine.

Thesystemthroughtheinfraredtemperaturescannerssurfacetemperatureofthekilnshellforonlinereal-timemonitoring,analysisandforecast,preventburn-offcausedbyavarietyofreasons,suchasfurnaceandkilnshellliningdamage,afterprocessinganalysishindcanobjectivelyandtimelyreflectthestove,thusachievedthesecuritysituationofproductionsafety,toimprovebenefits.

KeywordsSTC12C5A16AD，ADC 

，485SerialCommunications 

，InfraredTemperatureMeasurement,

第1章绪论

1.1系统背景

在现代水泥工业中，整个生产过程中最重要的工艺环节是水泥的熟料煅烧，回转窑是该环节的核心，回转窑内温度过高、热振荡过大，会损坏回转窑的窑衬，严重时将殃及窑胴体，所以说，它的运转情况直接关系到回转窑产出熟料的产量、质量、原燃料消耗和成本。

在回转窑运行期间，及时了解窑内状况，适时采取相应措施，防止窑衬及窑胴体损坏，才有可能实现窑经济运行的目标。

然而在回转窑的运行过程中，由于耐火砖分布在窑内，同时分布区域面比较广，范围较大，而且处于运动状态，无法采用直接的方法进行跟踪，只有通过对窑筒体表面温度的测量判断，间接地反应窑内耐火砖和窑皮的基本情况。

窑筒体表面温度的测量采用非接触式的测温设备——红外扫描测温仪，既解决了运动目标的测量问题，又满足了测定区域范围比较广的要求。

本系统可以长时间不间断地实时监测窑胴体温度，窑胴体温度经微机分析处理后，能够客观、及时地反映窑内状况，帮助窑系统操作人员有效地改善窑的操作，防止窑衬和窑胴体损坏，减少非计划停窑时间，提高回转窑的运转率，保证回转窑安全可靠的运行。

因此窑胴体温度微机监测系统是实现水泥窑经济运行的重要监测设备，它可在一定的时间内对回转窑胴体温度信息全面细致的监测与分析一遍，使操作人员可以及时全面地了解窑内窑皮、耐火砖的状况，对防止窑内窑皮异常状况的进一步恶化提供了准确可靠的依据，并及时地跟踪监测显示及报警。

窑胴体表面温度是窑内外多种因素共同作用的结果，且窑胴体温度变化属大惯性滞后变化缓慢，采用快速转角扫描式对窑胴体外表面进行扫描监测与快速线扫描式具有同等效力。

通过监测胴体表面温度、窑头内火焰温度及窑内火焰和熟料的状态，实时了解表面温度分布及其变化，经处理、分析以后提取出揭示窑内状况的有用信息，指导操作人员及时采取相应措施，是实现窑经济运行的有效技术手段。

1.2系统来源及现状

1.2.1系统来源

在水泥生产中，实时监测水泥回转窑内煅烧情况已变得日益重要。

这是因为水泥回转窑内的煅烧情况直接关系到水泥熟料的产量、质量、原燃料消耗和成本。

过高煅烧温度和过大的热振荡不仅燃料消耗很大，甚至有可能对窑衬造成损害，严重时将伤及窑胴体。

煅烧温度过低会严重影响水泥熟料的质量。

水泥回转窑窑内的热工过程、窑衬及窑内物料的变化，从很大程度上综合的、间接的反映到了窑体表面所形成的温度场。

利用先进的计算机技术及先进的仪器，对窑体温度进行实时在线监测，控制窑胴体温度，避免热点，及时发现掉砖，避免红窑等事故发生，从而改善回转窑系统的操作，提高回转窑的运转效率，大大减少不正常窑况出现的频率，延长窑内耐火砖的寿命，减少回转窑维修而增加的时间、人工及材料的消耗，提高经济效益。

鉴于此，我们提出对水泥窑胴体温度进行在线监测系统的研究开发。

1.2.2水泥窑温度监测现状

20世纪70年代以前，国内回转窑的操作工通常根据经验来判断窑胴体温度的高低，如根据窑外淋水蒸发情况、或根据扫帚把在胭体表面扫过时冒烟的情况、或根据人体对窑辐射热浪的感觉来判断窑胭体温度的高低。

20世纪70年代末，我国实行改革开放政策，通过引进国外先进技术和成套设各，先后建设了几个大型现代化水泥厂，促进了水泥生产过程自动控制技术的发展。

此时，国内出现了采用往复直线移动扫描方式测温，以模拟仪表和记录仪为显示、记录窑胴体温度。

这类监测系统存在如下缺点:

扫描速度太慢，易造成漏检，附属设备多，系统可靠性低;

且仅用模拟仪表对温度和位置信号的瞬时值作单一的显示，信息量小，反映的窑内状况欠全面与直观，预报不够及时。

八十年代初，我国陆续引进先进生产工艺和成套装备，窑胴体温度在线监测设备也随之引进，自此，窑胴体温度在线监测技术开始应用于我国水泥工业。

通过消化、吸收引进技术，我国相继推出了几种型号的国产化窑胴体温度检测系统，

　　HWX—1型窑胴体温度检测系统是国产化检测系统中比较有代表性的一种，该系统采用往复直线移动扫描工作方式，以模拟仪表和记录仪作为二次仪表，对温度和位置信号作显示与记录。

该系统有两个明显的缺点：

一是扫描速度太慢，测温头形成的检测靶面在扫描过程中不能完全覆盖烧成带胴体表面，造成漏检，且附属设备多，故障率高，降低了系统的可靠性，也降低了系统的性能价格比；

二是仅用模拟仪表对温度和位置信号作单一的瞬时值显示，提供的信息量小，反映的窑内状况欠全面与直观，预报不够及时，在一定程度上妨碍了操作人员对不正常窑况进行及时而有效的干预。

　　另一种比较有代表性的检测系统采用步进摆角扫描工作方式，以单片机对检测所获的数据进行采集和处理，再对温度及段面作多元数字显示。

这类系统的扫描速度和可靠性都有所提高，但提供的信息量仍较小。

进入20世纪90年代，国内自行研制开发快速线扫描式窑服体温度监测系统。

早期，采用步进扫描方式监测，由于扫描速度及数据处理速度较慢，一般需要在窑转儿周后，才能获得整个窑体表面完整的温度信息，实时性较差，且扫描面积较大，测温精度不高，系统软件是DOS系统。

接着，研制出了快速线扫描方式监测系统，红外辐射测温探头引进美国雷泰、德国凯乐等生产红外测温仪的原装产品，其扫描速度及数据处理速度均大幅提升，一般均可在窑转一周后就可获得整个窑胴体表面完整的温度信息，基本可实现实时性温度监测，扫描面积较小，测温精度提高，应用软件功能进一步加强，且系统软件转换成window风格。

后来，采用了连续高速光机式扫描方式，整个高速红外测温仪选用了美国雷泰等大公司的原装产品，扫描速度及数据处理速度更快，可实现完全的实时性监测，扫描面积进一步减小，测温精度进一步提高。

但由于主要监测设备仍然引进国外的产品，其价格昂贵