专利名称：热风阀冷却水系统监测仪的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到冶金设备冷却水系统监测设备领域，特指一种热风阀冷却水系
统监测仪，主要适用于炼铁过程中所需的热风阀冷却水系统的监测。
背景技术：
高炉炼铁是通过还原的方法从铁矿石中提取铁元素，故在炼铁过程中需要消耗大 量的热量，这些热量主要是由热风炉供给高炉的热风所提供。在炼铁过程中，热风阀在热风 炉的出风口处负责切断或导通热风炉送入高炉的热风。由于热风的温度通常在IOO(TC左
右，使得热风阀长期工作在高温环境下，这就需要冷却系统持续对热风阀进行冷却，倘若冷 却水的供应或是循环出现了问题，将会加速热风阀的烧蚀过程，甚至导致热风阀的烧损。正
常情况下，热风阀冷却系统供应的冷却水压力应保持在0. 3 0. 8MPa范围内(阀口通径越 大，压力要求越高)；冷却水进水口的温度应低于4(TC，出水口温度应低于6(TC。冷却水的 供应或循环故障会使冷却水的温度和压力在短时间内超出上述值，故通过对热风阀冷却水 的温度和压力的监测，可以及时发现冷却水系统的故障，避免因为冷却水系统问题导致热 风阀阀体被烧损。此外，热风阀长期工作在高温下，金属材料容易产生石墨化蠕变，导致材 料导热系数降低，恶性循环加剧金属母材晶格结构变化(出现断裂、漏水现象)，使得冷却 水的温度和压力缓慢升高，通过对热风阀冷却水长期温度和压力数据的分析，可以判断热 风阀的烧损状况，提前做好休风检修准备工作，也可通过调节水量和压力的方式，延长阀门 使用寿命，方便工作人员对热风阀进行维护。
发明内容
本发明解决的问题在于针对热风阀冷却水系统现有监测技术的缺陷以及其对热 风阀正常工作及延长使用寿命的重要性，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简 便、监测精度高并避免了工厂远距离布线的热风阀冷却水系统监测仪。 为了解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为一种热风阀冷却水监测系统， 其特征在于它包括中央控制单元、信号调理电路、无线数传模块、数据存储模块、日历时钟 单元、液晶显示模块、声光报警模块以及为以上各部分供电的电源单元。所述中央控制单元 由数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件两部分组成，所述数字信号处理器为整个监测系 统的主处理器，所述复杂可编程逻辑器件负责系统中的逻辑计算，其连接至数字信号处理 器的总线接口。 所述数字信号处理器与信号调理电路相连，所述信号调理电路可将传感器传输过 来的4 20mA的标准工业电流信号隔离并转换成0 3V范围内的电压信号。所述数字信 号处理器与日历时钟单元相连，通过无线数传模块接口与无线数传模块相连，通过数据存 储模块接口与数据存储模块相连，通过显示单元接口和液晶显示模块相连。
所述复杂可编程逻辑器件与按键电路和声光报警模块相连。
本发明的优点在于
1 、本发明可在热风阀使用的现场同时对热风阀阀板冷却水进水口 、热风阀阀板冷却水出水口 、热风阀阀体冷却水进水口和热风阀阀体冷却水出水口的冷却水温度和压力数据进行采集、存储、报警、显示并将数据无线传输至工厂监控室。 2、本发明仪器采用嵌入式处理器，是理想的工业用仪器。采用德州仪器的32位定点数字信号处理器，数字处理器内部采用高性能静态CMOS技术，主频可高达150MHz ;内置16路AD采集通道，可以方便进行多通道数据采集和在短时间内进行多次数据采集；内置丰富的外设功能，避免了复杂的外围电路。 3、本发明的内置信号调理电路采用线性光耦及相应的外围电路，对传感器输送过
来的4 20mA进行隔离，并转换成数字信号处理器AD接口可以接受的采样电压，降低了传
感器信号对监测仪内部电路的干扰，同时省去了电流电压转换的复杂电路。 4、本发明的内置无线数传发送模块，可以实时地将冷却水的温度和压力数据通过
无线方式发送给工厂监控室，避免了工厂远距离布线的困难。工厂监控室只要采用该监测
仪配套的无线数传接收模块即可通过PC机实时查看冷却水的温度和压力数据。 5、本发明的内置数据存储模块可以方便的对U盘进行读写操作，满足了数据记录
大容量存储的要求。监测仪可通过U盘对采样数据进行导出，转移到PC机，对数据进行更
加深入的处理，完成后续的数据整理和分析等。 6、本发明的前面板配置了 128*64点阵液晶显示屏，作为系统液晶显示模块，可以实时显示每次采样的数据，方便工作人员在现场实时查看热风阀冷却水的各项温度和压力数据。 7、本发明的前面板配置了声光报警模块，通过发光二极管和蜂鸣器，实时提醒现场工作人员冷却水温度和压力情况是否超标。报警指示灯可以分别指示正常状态、数据超标和数据上升速率过快三种状态。
图1是本发明的框架结构示意图 图2是本发明的数字信号处理器电路原理图 图3是本发明的复杂可编程逻辑器件电路原理图 图4是本发明的信号调理电路原理图 图5是本发明的数据存储模块接口电路原理图 图6是本发明的无线数传模块接口电路原理图 图7是本发明的日历时钟单元电路原理图 图8是本发明的显示单元接口电路原理图 图9是本发明的声光报警及按键电路原理图 图10是本发明的供电电源及复位电路原理图 图例说明 1、中央控制单元 16、退耦电容 2、信号调理电路 17、数字信号处理器JTAG接口 3、无线数传模块 18、复杂可编程逻辑器件JTAG接口 4、数据存储模块 19、线性光耦芯片
4
5、日历时钟单元20、RS-232电平转换芯片6、液晶显示模块21、RS-485电平转换芯片7、显示单元接22、日历时钟芯片8、无线数传模块接口23、三态缓冲门芯片9、数据存储模块接口24、蜂鸣器10、数字信号处理器25、发光二极管11、复杂可编程逻辑器件26、5V转1.8V电源转换芯片12、声光报警模块27、5V转3. 3V电源转换芯片13、复位电路28、复位芯片14、按键29、手动复位按键15、电源单元
具体实施例方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。 如图1所示，本热风阀冷却水系统监测仪，它包括中央控制单元1 (由数字信号处理器10和可编程逻辑器件11组成)、信号调理电路2、无线数传模块3、数据存储模块4、日历时钟单元5、液晶显示模块6、显示单元接口 7、无线数传模块接口 8、数据存储模块接口 9、声光报警模块12、复位电路13、按键14和电源单元15。其中，数字信号处理器10集成的两路SCI串行数据接口 ， 一路通过无线数传模块接口 8和无线数传模块3相连，另一路通过数据存储模块接口 9和数据存储模块4相连，信号调理电路2直接和数字信号处理器10内部集成的AD转换单元接口相连，日历时钟单元5连接至数字信号处理器10的I/O接口 ，液晶显示模块6通过显示单元接口 7连接至数字信号处理器10的数据地址总线接口 ，声光报警模块12和按键14连接至复杂可编程逻辑器件11的1/0接口。复杂可编程逻辑器件11连接至数字信号处理器10的总线接口，两者通过总线通信。 如图2所示，在本发明中中央控制单元1的主处理器采用德州仪器公司(TI)的TMS320F2812数字信号处理器10，晶振XI、电容C67和电容C68组成数字信号处理器1的时钟源，可通过软件设置数字信号处理器10内锁相环倍频倍数，作为系统运行主频。数字信号处理器IO通过各网络端口号与其它电路单元相连。 如图3所示，在本发明中监测仪系统的逻辑处理单元采用ALTERA公司生产的EPM7128SQC100复杂可编程逻辑器件11，其中A8 A13网络端口连接至数字信号处理器10中的地址总线，CS1端口连接至数字信号处理器10中的片选端口 ， Dl D7端口连接至数字信号处理器10中的数据总线接口，/WE和RD端口连接至数字信号处理器10中的读写状态端口，复杂可编程逻辑器件11与数字信号处理器10采用总线通信方式。复杂可编程逻辑器件11中的EXINT1 EXINT4与按键电路相连，通过LED1 LED16与声光报警模块12相连。LCD C/D、LCDR/W、LCD E和LCD DIR连接至液晶显示模块6，作为液晶显示模块6的控制信号。框16中电容为电源退耦电容。框17中电路为数字信号处理器10的程序调试接口 ，可以把写好的程序通过下载调试接口烧入到数字信号处理器的内存中，也可以通过仿真器连接下载调试接口对程序进行在线调试。18为复杂可编程逻辑器件10的程序下载调试接口。
如图4所示，为本发明中信号调理电路2的一路调理通道，其余7路通道和该部分电路一致。该电路采用了HCNR200线性光耦芯片19及配套的外围电路，可以将JACK6 口输入的双线制4 20mA电流信号进行隔离并线性转换成0. 5 2. 5V电压，通过ADCINAx端口连接至数字信号处理器10中的AD采样接口。 如图5所示，为本发明中数据存储模块接口 9电路，其通过MAX3232芯片20，将数字信号处理器10的第一路串行数据(SCITXDA和SCIRXDA)转换成RS-232标准的电平信号，通过JACK3 口对数据存储模块4进行操作。数据存储模块4接收到该数据后可以对U盘进行相应的读写操作。 如图6所示，为本发明中无线数传模块接口 8电路，其通过SP3485芯片21，将数字信号处理器10的第二路串行数据转换成RS-485标准的电平信号，该信号通过JACK4 口对无线数传模块3进行操作。 如图7所示，为本发明中的日历时钟单元5电路。日历时钟芯片22采用了实时时钟芯片DS1302，电容C19、电容C20和晶振X2组成日历时钟芯片22的基准时钟源，BT1为+3V锂电池可以在系统掉电的情况下为日历时钟芯片22提供电源，LED17和LED18为发光二极管，LED18当日历时钟芯片22由电池供电时点亮，LED17当当日历时钟芯片22由电源供电时点亮。日历时钟芯片22通过DS1302SCLK、 DS1302I0和DS1302RST和数字信号处理器10的I/O 口相连，作为日历时钟芯片22的控制信号线。 如图8所示，为本发明中显示单元接口电路7，数字处理器10通过数据总线与三态缓冲门74ALVC16245芯片20相连，液晶显示模块6的3路控制信号LCD C/D、LCD R/W和LCD E和复杂可编程逻辑器件11相连，三态缓冲门74ALVC16245芯片20可控制液晶显示模块6的控制信号和数据信号的通断，同时为液晶显示模块6提供足够的驱动电流。液晶显示模块6连接至JACK5。 如图9所示，为本发明中声光报警模块12和按键14电路，声光报警模块12中声光报警部分采用蜂鸣器21及配套电路，蜂鸣器电路直接由数字处理器10中I/O 口进行控制；光报警部分采用16个发光二极管组成。光报警部分和按键均和复杂可编程逻辑器件11相连。 如图IO所示，为本发明中电源单元电路15和复位电路13， JACK1输入+5V直流电，电容Cl和电容C2构成电源滤波电路，+5V直流电通过SPX1117-1.8稳压芯片26转换成+1.8V直流电为数字处理器10的内核供电，+5V直流电通过两片SPX1117-3. 3稳压芯片27转换成两路+3. 3V直流电作为系统的模拟3. 3V电源和数字3. 3V电源，FBI为磁珠用来单点连接系统的数字地和模拟地。SP708R复位芯片28对数字信号处理器10进行上电复位，按键29直接连接至复位芯片28构成手动复位电路，当按键29按下，数字信号处理器10复位。 工作原理参见所示，系统上电后，电源单元为整机提供持续稳定的电源。系统处于检查状态，中央控制单元1中的数字信号处理器IO通过显示单元接口 7输出信号到液晶显示模块6，先后提示系统检查传感器状态、系统检查U盘插入状态。之后用户可以选择是否通过外部设置冷却水温度和压力的正常范围。设置完毕后，监测仪进入正常监测状态，每间隔2秒中通过信号调理电路2采集8路传感器(4路冷却水温度传感器、4路冷却水压力传感器)的电流信号，信号调理电路2对采样信号进行隔离并转换成电压信号送到数字信号处理器10的AD采样接口，数字信号处理器10对信号进行算数平均滤波，将每次滤波后的数据实时传送到液晶显示模块6显示，同时将该数据暂时存储在内部RAM中，并每间隔5分钟左右，将间隔时间内的160个采样点数据一次性传送到数据存储单元4，数据存储模块4通过对U盘的写操作，将数据存入U盘。同时，数字信号处理器10根据设置的报警规则对滤波后的数据进行判断，将故障信号传输给无线数传模块3，并通过复杂可编程逻辑器件11传输给声光报警模块12，无线数传模块3将数据以无线通信方式发送至监控室，声光报警模块12根据故障信号的类型和通道，点亮相应的故障指示灯及激活蜂鸣器报警。在程序运行期间，用户可以通过按下"U盘拔下"按键，随时拔下U盘，将U盘数据导入PC机，并可以随时插上U盘存储采样数据，每次插拔时数字信号处理器10会读取日历时钟单元5的时间，并通过数据存储模块4写入U盘。数字信号处理器10和复杂可编程逻辑器件11的JTAG接口用于系统在生产制造时，烧录系统代码及系统调试。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种热风阀冷却水系统监测仪，其特征在于它包括中央控制单元(1)(由数字信号处理器(10)和可编程逻辑器件(11)组成)、信号调理电路(2)、无线数传模块(3)、数据存储模块(4)、日历时钟单元(5)、液晶显示模块(6)、声光报警模块(12)、复位电路(13)、按键(14)和电源单元(15)。
2. 根据权利要求1所述的热风阀冷却水系统监测仪，其特征在于所述无线数传模块 (3)通过无线数传模块接口 (8)和数字信号处理器(10)相连。
3. 根据权利要求1所述的热风阀冷却水系统监测仪，其特征在于所述信号调理电路 (3)由线性光耦芯片(19)及配套电路组成，直接和数字信号处理器(10)相连。
4. 根据权利要求1所述的热风阀冷却水系统监测仪，其特征在于所述液晶显示模块 (6)通过显示单元接口 (7)和数字信号处理器(10)相连。
5. 根据权利要求1所述的热风阀冷却水系统监测仪，其特征在于所述监测仪采用了 复杂可编程逻辑器件(11)作为系统逻辑运算单元。
全文摘要
本发明主要涉及到冶金设备冷却水系统监测设备领域，特指一种热风阀冷却水系统监测仪，主要适用于炼铁过程中所需的热风阀冷却水系统的监测。针对热风阀冷却水系统现有监测技术的缺陷以及其对热风阀正常工作及延长使用寿命的重要性，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、监测精度高并避免了工厂远距离布线的热风阀冷却水系统监测仪。热风阀冷却水系统监测仪包括中央控制单元、信号调理电路、无线数传模块、数据存储模块、日历时钟单元、液晶显示模块、声光报警模块以及为以上各部分供电的电源单元。监测仪通过信号调理电路实时采集冷却水温度传感器和压力传感器的数据，经中央控制单元处理后，通过数据存储模块对数据进行存储，通过液晶显示模块实时显示监测数据，通过声光报警模块提示现场工作人员数据超标，通过无线数传模块将数据无线发送至监控室，方便工作人员进行远程监控。
文档编号C21B7/10GK101748229SQ20101003434
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者付永领, 周伟幸, 张晔, 徐立新 申请人:付永领;张晔