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摘要：利用數(shù)字化溫度傳感器、電磁流量計(jì)對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行溫度和流量參數(shù)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及歷史記錄和人工設(shè)定參數(shù)等進(jìn)行分析和比較，確認(rèn)高爐冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)不佳狀態(tài)進(jìn)行必要的調(diào)整。
關(guān)鍵字：高爐、冷卻水、溫差、流量、數(shù)字化、溫度傳感器、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)控制
引言
在高爐生產(chǎn)過(guò)程中，由于爐內(nèi)反映產(chǎn)生大量的熱量，任何爐襯材料都難以承受這樣的高溫作用，必須對(duì)其爐體進(jìn)行合理的冷卻，同時(shí)對(duì)冷卻介質(zhì)進(jìn)行有效的控制，以便達(dá)到有效的冷卻，使之既不危及耐火材料的壽命，又不會(huì)因?yàn)槔鋮s元件的泄露而影響高爐的操作。因此對(duì)高爐冷卻介質(zhì)進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)和控制尤為重要。本文主要闡述對(duì)高爐水冷卻部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的一套系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理。
高爐冷卻水系統(tǒng)比較重要的幾個(gè)參數(shù)：
高爐冷卻的作用：
1． 降低爐襯溫度，使?fàn)t襯保持一定的強(qiáng)度，維護(hù)合理的操作爐型，延長(zhǎng)高爐壽命和安全生產(chǎn)。
2． 形成保護(hù)性渣皮，鐵殼和石墨層，保護(hù)爐襯并代替爐襯工作。
3． 保護(hù)爐殼、支柱等金屬結(jié)構(gòu)，免受高溫的影響，有些設(shè)備如風(fēng)口、渣口、熱風(fēng)閥等用水冷卻以延長(zhǎng)其壽命。
4．有些冷卻設(shè)備可起支撐部分磚襯的作用。
就其作用而言，相對(duì)重要的是降低溫度，帶走熱量以形成保護(hù)性渣皮，維護(hù)合理爐型。因此冷卻系統(tǒng)在不同位置帶走熱量的多少很重要，有冷卻器的熱平衡分析可知，冷卻水帶走的熱量與水量、進(jìn)出水溫差、水的比熱容成正比關(guān)系，而水的比熱容是一個(gè)常量，所以對(duì)冷卻水我們需要監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)是水流量和進(jìn)出水溫差。
我們通過(guò)在冷卻器進(jìn)水或出水支管上安裝流量計(jì)來(lái)獲取流量值，通過(guò)在進(jìn)水和出水分別安裝溫度傳感器來(lái)獲取進(jìn)出水溫度，通過(guò)計(jì)算得到溫差。
對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)的控制與調(diào)節(jié)中主要是對(duì)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)冷卻水流量的主要手段是調(diào)節(jié)控水閥門的開(kāi)度和啟動(dòng)加壓泵加大進(jìn)水壓力兩種方式。
因此我們要做的就是監(jiān)測(cè)高爐冷卻水的進(jìn)出水溫差和流量，通過(guò)計(jì)算得出熱流強(qiáng)度，再根據(jù)熱流強(qiáng)度對(duì)高爐當(dāng)前部位爐墻厚度等狀況進(jìn)行判斷，并對(duì)局部水量或整體水量做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)從功能上分為溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、控制執(zhí)行子系統(tǒng)、運(yùn)算分析控制存儲(chǔ)子系統(tǒng)和查詢子系統(tǒng)五個(gè)部分（圖1）。
運(yùn)算分析控制存儲(chǔ)
查詢子系統(tǒng)
溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
控制執(zhí)行子系統(tǒng)
圖1 高爐冷卻系統(tǒng)控制原理圖
溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)構(gòu)成
溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)設(shè)備主要包括：數(shù)字化溫度傳感器、總線連接器、溫度采集器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等。系統(tǒng)構(gòu)造如下圖（圖2）：
圖2：溫度監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)原理示意圖
溫度傳感器
測(cè)溫傳感器采用的是美國(guó)進(jìn)口的數(shù)字式溫度傳感元件，其精度高，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)使得在低溫測(cè)量系統(tǒng)中用量非常大。其外殼采用不銹鋼制成，防水、耐腐蝕，可以在環(huán)境惡劣的測(cè)溫環(huán)境下使用。該探頭安裝簡(jiǎn)單，拆換方便，可維護(hù)性好。
數(shù)字化溫度傳感器內(nèi)部有獨(dú)立的地址編號(hào)，系統(tǒng)可以根據(jù)次
技術(shù)參數(shù)
工作電壓：DC5V±10%
測(cè)量精度：±0.1℃
測(cè)溫范圍：-55℃～+125℃
通 訊 線：RVVP 3x0.3 (環(huán)境溫度≤70℃)
或AFP 3x0.3(環(huán)境溫度≤220℃)
外形尺寸：探頭長(zhǎng)50mm，外螺紋M16
圖3 數(shù)字化溫度傳感器
數(shù)字化溫度傳感器測(cè)溫原理
圖4 數(shù)字化溫度傳感器測(cè)溫原理
溫度傳感器的測(cè)溫原理如圖（圖4）所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，溫度傳感器就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 ℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器和溫度寄存器被預(yù)置在-55 ℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖4中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。
總線連接器
ST-X接線箱與ST-D保護(hù)箱組合，形成雙層鐵制外殼，堅(jiān)固耐用，安裝簡(jiǎn)便，并且防雨、防熏蒸、防腐蝕，外觀美觀大方，接線方便。內(nèi)部接線端子，采用了進(jìn)口產(chǎn)品，觸點(diǎn)接觸良好，接線方便快捷，易于維護(hù)。最多可以和10個(gè)溫度傳感器對(duì)應(yīng)連接，有1路輸出端子。
技術(shù)參數(shù)
端口數(shù)量：10通道
輸入電壓：DC5V±10%
環(huán)境溫度：-40℃ ～+80℃
圖5 總線連接器
外形尺寸：260x230x90mm
總線連接器的作用是將數(shù)字化溫度傳感器簡(jiǎn)單的連接，重要是將傳感器連接接點(diǎn)處放置于保護(hù)箱內(nèi)，通過(guò)插接件及電路連接，保證電氣連接的穩(wěn)定性。
溫度采集器
ST-A溫度采集器的作用包括給數(shù)字化溫度傳感器提供電源，對(duì)多個(gè)數(shù)字化溫度傳感器進(jìn)行溫度采集并按照次序存貯到，采用先進(jìn)的Lonworks技術(shù)，保證了系統(tǒng)的高速信息交換和數(shù)據(jù)采集，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。溫度采集器使用防水標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼，可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，密閉性好，防熏蒸。而且溫度采集器帶有過(guò)壓、過(guò)流、突波、隔離、雷擊保護(hù)電路。測(cè)溫傳感器通過(guò)總線連接器連接到溫度采集器，連接電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)100米，每個(gè)溫度采集器可連接20個(gè)溫度傳感 器。
技術(shù)參數(shù)：
輸入電壓：AC220V±20%
測(cè)溫點(diǎn)數(shù)：20點(diǎn)
通訊方式：Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線
通訊距離：1800m（無(wú)中繼）
圖6 溫度采集器
外形尺寸：300x250x120mm
采樣速率：5點(diǎn)/秒
工作溫度：-20～+80℃
采集器以控制器為核心以電源為外圍輔助，整和通訊、數(shù)據(jù)采集通道、聲光指示等功能，形成完整的設(shè)備。
控制器
lonworks通訊
采集通道
采集通道
蜂鳴器
發(fā)光管
圖7 溫度采集器工作原理
ST-N數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器
ST-N數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是整套系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀入和發(fā)出命令的重要設(shè)備，是連接采集器和系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)的紐帶。它把Lonworks總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以直接對(duì)計(jì)算機(jī)輸入輸出的RS232數(shù)據(jù)，有效的架起下位機(jī)和上位機(jī)之間的橋梁。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器使用防爆標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼，可適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，密閉性好，防熏蒸。Lonworks網(wǎng)線的無(wú)中繼最大傳輸距離大于1800米。
圖8 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器
圖9 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作原理
RS232電路
lonworks通訊
發(fā)光管
控制器
RS232
TTL
Lonworks
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在主控室安裝，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，用Lonworks通訊模塊和RS232通訊電路構(gòu)建，其他包括電源和狀態(tài)指示部分。
1-wire總線
1-wire單總線是Maxim全資子公司Dallas的一項(xiàng)專有技術(shù)，與目前多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式如SPI/I2C/MICROWIRE不同，它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的。它具有節(jié)省I/O口線資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。1-wire單總線適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)系統(tǒng)可按照單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作，而當(dāng)多個(gè)從機(jī)位于總線上時(shí)則系統(tǒng)按照多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。
時(shí)序：
采集器使用時(shí)間隙(time slots)來(lái)讀寫數(shù)字化溫度傳感器的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位：
(1)初始化
時(shí)序見(jiàn)（圖10）主機(jī)總線t0時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號(hào))接著在t1時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)數(shù)字化溫度傳感器在檢測(cè)到總線的上升沿之后等待15-60us接著溫度傳感器在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60-240 us)如圖中虛線所示
圖10 初始化
(2)寫時(shí)間隙
當(dāng)主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)就產(chǎn)生寫時(shí)間隙見(jiàn)圖11圖12從t0時(shí)刻開(kāi)始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上傳感器在t后15-60us間對(duì)總線采樣若低電平寫入的位是0見(jiàn)圖11若高電平寫入的位是1見(jiàn)圖12連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us。
圖11 寫0
圖12 寫1
(3)讀時(shí)間隙
見(jiàn)圖13主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)總線只須保持低電平1μs之后在t1時(shí)刻將總線拉高產(chǎn)生讀時(shí)間隙讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后t2時(shí)刻前有效t2距t0為15μs也就是說(shuō)t2時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位并在t0后的60μs-120μs內(nèi)釋放總線
圖13 讀時(shí)隙
Lonworks總線技術(shù)
LonWorks是美國(guó)Echelon公司1992年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),最初主要用于樓宇自動(dòng)化,但很快發(fā)展到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)。LonWorks技術(shù)為設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可互操作的控制網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開(kāi)放、成品化的解決途徑。LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)。該芯片內(nèi)部裝有3個(gè)微處理器:MAC處理器完成介質(zhì)訪問(wèn)控制;網(wǎng)絡(luò)處理器完成OSI的3～6層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用。它們之間通過(guò)公用存儲(chǔ)器傳遞數(shù)據(jù)。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經(jīng)元芯片特設(shè)置11個(gè)I/O口。這些I/O口可根據(jù)需求不同來(lái)靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)、間隔處理、位I / O等。
流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要包括：電磁流量計(jì)（二次儀表）、采集模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等。
圖14 流量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)
電磁流量計(jì)
技術(shù)參數(shù)：
被測(cè)介質(zhì)為水； 無(wú)水阻結(jié)構(gòu)；
不改變管道原有結(jié)構(gòu)；
圖15 電磁流量計(jì)
不改變水流方向；
額定壓力1.6Mpa；
防護(hù)等級(jí)IP67；
法蘭安裝。
轉(zhuǎn)換器
技術(shù)參數(shù)：
防護(hù)等級(jí)IP65； 輸出接口4~20mA；
測(cè)量精度0.5%；
圖16 流量計(jì)二次表
采集模塊
技術(shù)參數(shù):
隔離電壓3000VDC;
有效分辨率16位;
通道8路差分;
圖17 采集I/O模塊
輸入支持4~20mA;
通訊協(xié)議Modbus-485;
協(xié)議轉(zhuǎn)換器
大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232的端口。雖然RS-232得到了普遍的使用，但它的傳輸速率、傳輸距離及網(wǎng)絡(luò)容量還是有一定的限制。RS-422和RS-485標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)將數(shù)據(jù)及控制信號(hào)使用差分信號(hào)進(jìn)行傳送，克服了RS-232的不足。隔離轉(zhuǎn)換器能夠讓您在早期的RS-232系統(tǒng)上充分利用RS-422和RS-485的優(yōu)點(diǎn)。它能夠?qū)S-232信號(hào)透明轉(zhuǎn)換為RS-422和RS-485信號(hào)。您無(wú)須改動(dòng)PC上的任何硬件及軟件。轉(zhuǎn)換器能夠幫您輕松地建立起一套基于PC硬件的、工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。它能夠?qū)⑼ㄓ嵕嚯x再延長(zhǎng)1200米（4000英尺），或再增加32個(gè)連接節(jié)點(diǎn)。
控制執(zhí)行子系統(tǒng)
本系統(tǒng)中要控制的內(nèi)容包含兩方面：各閥門開(kāi)度控制和加壓水泵的啟停控制。
當(dāng)高爐冷卻系統(tǒng)需要對(duì)流量進(jìn)行小范圍的調(diào)整，通過(guò)智能型電動(dòng)閥門控制器對(duì)閥門的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之調(diào)整到指定的開(kāi)度；當(dāng)有閥門開(kāi)度已經(jīng)調(diào)整到最大，依然沒(méi)有起到控制熱流的作用，考慮通過(guò)控制繼電器來(lái)啟動(dòng)加壓泵。
智能型電動(dòng)閥門控制器
系統(tǒng)有通訊功能，可以接收上位機(jī)的指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字控制。運(yùn)算處理后產(chǎn)生的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。閥門的控制量為閥門開(kāi)度，在應(yīng)用場(chǎng)合往往會(huì)根據(jù)實(shí)際需要將閥門開(kāi)或關(guān)，或者開(kāi)到一定程度，甚至動(dòng)態(tài)的以某種規(guī)律開(kāi)關(guān)。采用單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元，接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)（如4～20 mA的電流信號(hào)），經(jīng)信號(hào)處理及A/D轉(zhuǎn)換送至微處理器，微處理機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)作為控制結(jié)果，與控制命令目標(biāo)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證控制結(jié)果。
水泵繼電控制器
控制器接受上位機(jī)命令，按照命令執(zhí)行閉合或斷開(kāi)加壓水泵的控制繼電器，從而控制加壓泵的啟停。
運(yùn)算分析控制存儲(chǔ)子系統(tǒng)
該子系統(tǒng)功能主要包括：運(yùn)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)廣播、分析、控制及存儲(chǔ)等。
運(yùn)算功能
1. 熱流強(qiáng)度計(jì)算
在相應(yīng)的總線上取得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度、流量等數(shù)據(jù)，并將各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)其編號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中編號(hào)進(jìn)行比對(duì)查詢，之后對(duì)應(yīng)到其物理位置，以完成數(shù)據(jù)計(jì)算。即在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到某一位置上的出水溫度傳感器編號(hào)、入水溫度傳感器編號(hào)、流量計(jì)編號(hào)等，并根據(jù)這些編號(hào)在溫度和流量數(shù)據(jù)中查詢，即可取得相應(yīng)的數(shù)值。
再在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到用戶設(shè)置的面積、熱容等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)完成熱流強(qiáng)度計(jì)算：
Q=q×C×ρ×(To-Ti)÷A
Q：熱流強(qiáng)度（W/m2）；
q：流量（L/s）；
C：熱容（J/Kg·℃）；
Ρ：介質(zhì)密度（Kg/L）；
To：出水溫度（℃）；
Ti：入水溫度（℃）；
A：冷卻壁單路面積（m2）
2. 爐墻厚度數(shù)學(xué)模型計(jì)算
本模型的冷卻壁傳熱過(guò)程分析中，可以簡(jiǎn)化認(rèn)為爐墻的熱量損失全部被冷卻水帶走。
模型假設(shè)
(1) 爐墻內(nèi)的傳熱以傳導(dǎo)傳熱為主，煤氣與渣皮、冷卻水與水管內(nèi)壁之間以對(duì)流換熱為主；
(2) 爐墻的熱傳導(dǎo)僅是沿徑向方向進(jìn)行，即本模型建立的是一維傳熱模型；
(3) 溫度隨時(shí)間的變化很小，因此系統(tǒng)可以被認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)的或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的；
(4) 模型計(jì)算涉及的物質(zhì)，如涂層、冷卻壁本體以及掛渣等，各自都是均勻的；
(5) 高爐的冷卻水管、冷卻壁、掛渣等的熱傳導(dǎo)系數(shù)是各向同性的，但是是隨溫度而變化的，即是傳熱中的變物性問(wèn)題。
(6) 傳熱過(guò)程中沒(méi)有“熱源”，也無(wú)熱量積累。
1－爐殼；2－填充料；3－冷卻壁本體；4－冷卻水管；5－涂層；
6－氣隙層；7－爐墻(殘余磚襯+渣皮)
圖 爐墻傳熱過(guò)程示意圖
圖1 冷卻壁傳熱過(guò)程示意圖
分析各傳熱過(guò)程：
爐內(nèi)煤氣和爐料與渣皮熱面之間以對(duì)流換熱為主，熱流強(qiáng)度q1為：
爐墻(殘余磚襯+渣皮)內(nèi)的傳導(dǎo)傳熱，熱流強(qiáng)度q2為：
(3) 冷卻壁本體熱面層內(nèi)的傳導(dǎo)傳熱，熱流強(qiáng)度q3為：
(4) 從冷卻壁體到冷卻水之間有四個(gè)熱阻：氣隙層的熱阻r1；水管表面涂層的導(dǎo)熱熱阻r2；水管管壁的導(dǎo)熱熱阻r3；水管內(nèi)表面與水的對(duì)流換熱熱阻r4。因此從冷卻壁體到冷卻水的傳熱經(jīng)歷了氣隙傳熱、涂層導(dǎo)熱、水管壁導(dǎo)熱和管壁與冷卻水的對(duì)流換熱，這一過(guò)程傳熱過(guò)程比較復(fù)雜。
為簡(jiǎn)化處理，將冷卻壁體與冷卻水之間的傳熱用一等效對(duì)流換熱表示，所以熱流強(qiáng)度q4為：
按照熱流量相等的原理：
q=q1=q2=q3=q4
將q1~q4用q替換可得：
FCD(t) = 42.05 - 0.02689t = 42.05 - 0.013445(t2+t3)
根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料，取渣皮的導(dǎo)熱系數(shù)λ渣＝1.0～1.2 W·m-1·K-1；
αf = 232 W·m-2·℃-1；
αw=208.8+47.5v W·m-2·℃-1
將上述參數(shù)代入即可完成爐墻厚度的計(jì)算。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)廣播
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)查詢數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)位置后，與計(jì)算后的數(shù)據(jù)一起暫存到計(jì)算機(jī)變量，其中包括：出水溫度、入水溫度、溫差、流量、熱流強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。
通過(guò)OPC（OLE for Process Control）工控標(biāo)準(zhǔn)接口將上述數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
分析
軟件根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、報(bào)警閥值和動(dòng)作閥值等信息，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做出分析和判斷，以決定軟件進(jìn)行報(bào)警或啟動(dòng)控制子系統(tǒng)的相關(guān)控制動(dòng)作。
軟件用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算所得數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，判斷高爐冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，分析高爐爐型及運(yùn)行情況。用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算所得數(shù)據(jù)與報(bào)警閥值進(jìn)行比較，判斷是否超出正常范圍，決定是否進(jìn)行報(bào)警。用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與動(dòng)作閥值進(jìn)行比較，當(dāng)超出設(shè)置的動(dòng)作閥值時(shí)啟動(dòng)控制子系統(tǒng)，使之做出相應(yīng)的動(dòng)作。來(lái)調(diào)整高爐冷卻系的工作狀態(tài)。
控制
報(bào)警時(shí)啟動(dòng)報(bào)警閃爍畫面，并開(kāi)啟報(bào)警聲音；需要控制子系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)確定動(dòng)作類型及幅度，并向下發(fā)送精確的控制命令，當(dāng)控制動(dòng)作完成時(shí)關(guān)閉或復(fù)位控制設(shè)備。
存儲(chǔ)
保存全部設(shè)置參數(shù)、閥值和命名等記錄。并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。是軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)的核心所在。
查詢子系統(tǒng)
查詢子系統(tǒng)是純軟件系統(tǒng)，可以加載到局域網(wǎng)段內(nèi)任意計(jì)算機(jī)，通過(guò)權(quán)限認(rèn)證后即可接收并顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可顯示報(bào)警狀態(tài)和控制動(dòng)作狀態(tài)，還可以連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線、趨勢(shì)圖以及抱緊和控制記錄等。
在網(wǎng)內(nèi)任一臺(tái)加載了查詢系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)，通過(guò)權(quán)限認(rèn)證后都可以進(jìn)行全部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。
結(jié)論：
系統(tǒng)融合了數(shù)字化溫度傳感器、Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線、RS485差分電路、電磁流量計(jì)、電磁閥控制、面向?qū)ο蟮能浖幊毯蚐QL數(shù)據(jù)庫(kù)等一系列工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)。對(duì)高爐冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)和有效的控制，很大程度上提高了高爐冷卻系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。同時(shí)為高爐工藝提供了對(duì)冷卻水系統(tǒng)更有效的監(jiān)測(cè)和控制手段。
有效的測(cè)量手段和完善的數(shù)學(xué)模型可以更接近的測(cè)算出各部位爐強(qiáng)厚度，對(duì)高爐的安全生產(chǎn)有著重要的指導(dǎo)意義。工藝人員有了這些熱流強(qiáng)度及爐墻厚度數(shù)據(jù)以后可以調(diào)整高爐布料、調(diào)整風(fēng)量和冷卻水流量等，有利于高爐形成最佳的高爐爐型。對(duì)高爐生產(chǎn)效率起到促進(jìn)作用，起到對(duì)高爐冷卻系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和控制，為高爐長(zhǎng)壽奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
《高爐煉鐵設(shè)備》 王宏啟 王明海 冶金工業(yè)出版社
《利用煤氣溫度和冷卻壁熱流強(qiáng)度預(yù)測(cè)高爐爐墻厚度》 楊士山 北京科技大學(xué)
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