基于Labview的水泥回轉(zhuǎn)窯紅外測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

盧浩俊 郭建江 王翔宇 田洲 繆晗 蔣子龍

摘 要：為了滿足水泥生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯溫度安全監(jiān)控的工藝要求，文章設(shè)計(jì)了一種基于Labview的水泥回轉(zhuǎn)窯紅外測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)，建立了具有紅外掃描傳感、虛擬儀器監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)共享等功能的監(jiān)控平臺(tái)，采用多功能的Labview進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)踐生產(chǎn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，滿足水泥窯紅外測(cè)溫監(jiān)控的安全生產(chǎn)要求，與傳統(tǒng)溫控設(shè)備相比，提高了監(jiān)控設(shè)備的智能化水平和企業(yè)的安全生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：水泥回轉(zhuǎn)窯;紅外測(cè)溫;Labview;溫度監(jiān)控

0? ? 引言

水泥回轉(zhuǎn)窯（以下簡(jiǎn)稱“水泥窯”）是將水泥熟料高溫煅燒產(chǎn)出水泥的關(guān)鍵工藝設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)中，常發(fā)生水泥窯筒體過熱導(dǎo)致的窯內(nèi)襯或筒體損壞，因此針對(duì)水泥窯筒體的在線溫度監(jiān)測(cè)是保證水泥安全生產(chǎn)的必要手段。目前常見監(jiān)測(cè)方法有工業(yè)觀測(cè)法、接觸式測(cè)溫法及紅外掃描測(cè)溫法等[1]。其中紅外掃描測(cè)溫法采用非接觸紅外傳感方式，具有檢測(cè)精度高、速度快及實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。劉強(qiáng)[2]采用PLC對(duì)窯筒體紅外溫度掃描并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;唐華明等[3]對(duì)水泥窯溫度監(jiān)控軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)了一種基于Labview的水泥窯紅外測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在線、完整實(shí)時(shí)的水泥窯筒體溫度監(jiān)控功能。

1? ? 水泥窯筒體紅外測(cè)溫系統(tǒng)構(gòu)成

針對(duì)高溫生產(chǎn)的窯筒體，測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)采用主從機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。從機(jī)以C8051F020單片機(jī)為控制核心，紅外掃描傳感采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“碲鎘汞紅外傳感探頭”測(cè)量窯筒體工作溫度，并將信號(hào)及窯同步開關(guān)信號(hào)通過串口485通信方式傳輸給主機(jī)Labview溫度監(jiān)控平臺(tái)，主機(jī)以虛擬儀器Labview為軟件工具，實(shí)現(xiàn)窯筒體溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，主機(jī)平臺(tái)還通過智能網(wǎng)關(guān)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸于施耐德EcoStruxure網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。通過紅外掃描測(cè)溫監(jiān)控，系統(tǒng)不僅可針對(duì)窯筒體軸體360°表面多點(diǎn)同步定位溫度監(jiān)測(cè)，還可通過Labview軟件圖形控件生成二維三維熱像圖，進(jìn)一步圖像分析及預(yù)測(cè)報(bào)警，防止由窯筒體過燒等各種原因造成的窯襯及窯筒體損壞，達(dá)到保證設(shè)備安全生產(chǎn)的目的。

以窯筒體尺寸為Φ3 m×70 m，轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/min的水泥窯為例，系統(tǒng)采用等角度掃描法，設(shè)置紅外掃描角度為90°，速度為20線/s，最小分辨面積約為50 mm×60 mm，遠(yuǎn)小于回轉(zhuǎn)窯耐火磚尺寸，達(dá)到溫度過熱預(yù)警的監(jiān)控要求。紅外傳感器選用碲鎘汞紅外探測(cè)器，分辨率小于1℃，控制器C8051F020 具有25 MHz高速運(yùn)算能力，且內(nèi)置64KB存儲(chǔ)器，100 kHz轉(zhuǎn)換頻率的12位AD模擬通道，能夠完成上述溫度的采集存儲(chǔ)功能，從機(jī)外配傳輸速度為115 200 B/s的485控制芯片，用于將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔恢鳈C(jī)。系統(tǒng)還可將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過施耐德授權(quán)的LAN網(wǎng)關(guān)上傳于EcoStruxure工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2? ? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

Labview是目前廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域的圖形化數(shù)據(jù)采集軟件，集成了多種硬件的通信協(xié)議和庫函數(shù)，方便快速集成滿足客戶要求的虛擬儀器監(jiān)控軟件。

系統(tǒng)軟件首先設(shè)置紅外測(cè)溫485通信接口，針對(duì)所傳輸信號(hào)特性，對(duì)VISA控件進(jìn)行串口函數(shù)配置，設(shè)置分時(shí)緩沖，以解決數(shù)據(jù)高速連續(xù)采集與傳輸不匹配的難題。為滿足系統(tǒng)連續(xù)刷新數(shù)據(jù)要求，用FOR與WHILE循環(huán)嵌套方式建立二維數(shù)組與前面板通信，并定時(shí)刷新，保證監(jiān)控實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

此外，軟件設(shè)計(jì)還采用Labview軟件自帶的強(qiáng)度圖、三維圖、曲線圖及極坐標(biāo)圖等控件對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行二維三維熱像圖、溫度曲線分布圖及極坐標(biāo)圖等監(jiān)控方式實(shí)現(xiàn)窯筒體多方位的溫度監(jiān)控。以二維熱像圖為例，將70 m長、直徑? ? ? ? 3 m的窯筒體沿軸向按0～360°展開形成窯筒體二維熱像圖，如圖2所示，該圖表示窯筒體表面水泥煅燒工作溫度的整體狀況，橫坐標(biāo)為窯筒體軸向位置尺寸，縱坐標(biāo)為其窯旋轉(zhuǎn)角度，圖中用20種顏色表示100℃～500℃范圍內(nèi)的溫度值，圖中還可實(shí)現(xiàn)光標(biāo)點(diǎn)溫功能，溫度值和距離、角度等信息根據(jù)點(diǎn)溫在窗口中顯示出來。在靜態(tài)方式下，該圖顯示窯運(yùn)行的歷史記錄數(shù)據(jù)。在動(dòng)態(tài)方式下，該圖顯示窯運(yùn)行的當(dāng)前數(shù)據(jù)，并自下而上地滾動(dòng)表明窯正在運(yùn)行。窯筒體溫度報(bào)警可根據(jù)不同水泥生產(chǎn)工藝進(jìn)行安全設(shè)置，如果檢測(cè)溫度超限，會(huì)及時(shí)報(bào)警提示，且報(bào)警數(shù)據(jù)可制成存儲(chǔ)歷史圖表，能夠查詢報(bào)警溫度產(chǎn)生的時(shí)間、溫度值、距離和角度，二維熱像圖可以直觀地判斷出窯筒體內(nèi)部高溫導(dǎo)致的掉磚、結(jié)塊甚至紅窯的位置范圍，提前預(yù)警，保證水泥窯高溫生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化監(jiān)控，系統(tǒng)通過智能網(wǎng)關(guān)將監(jiān)控信息和報(bào)警信息上傳到施耐德電氣的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)EcoStruxure云平臺(tái)（機(jī)器顧問），可向企業(yè)管理者、技術(shù)人員和用戶等多類人員提供實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)云線上數(shù)據(jù)共享，不僅實(shí)現(xiàn)水泥窯紅外溫控設(shè)備的數(shù)字化、信息化和智能化升級(jí)，而且提高了企業(yè)安全生產(chǎn)效率。

3? ? 系統(tǒng)運(yùn)行與性能分析

本文設(shè)計(jì)的水泥回轉(zhuǎn)窯紅外測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)已應(yīng)用于江蘇常州某公司的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，滿足水泥回轉(zhuǎn)窯紅外監(jiān)控安全生產(chǎn)要求，且與傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備相比，提升了設(shè)備數(shù)字化信息化水平，提高了企業(yè)安全生產(chǎn)效率。

4? ? 結(jié)語

本文集成了紅外掃描測(cè)溫、虛擬儀器監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)共享等功能模塊，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以Labview為核心的水泥窯筒體紅外測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)能滿足水泥窯安全生產(chǎn)之溫控工藝精度要求，具有功能集成度較高、可靠性好及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享等特點(diǎn)，與同類系統(tǒng)相比，提高了紅外監(jiān)控設(shè)備數(shù)字化和智能化水平，具有一定的工程實(shí)際意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]邱立運(yùn)，姚謙禮.回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].工業(yè)爐，2014（6）：16-20.

[2]劉強(qiáng).基于紅外測(cè)溫的水泥回轉(zhuǎn)窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

[3]唐華明，許博文，王斐，等.基于紅外熱成像技術(shù)的在線掃描測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].紅外，2015（1）：12-15.

（編輯 王雪芬）

Design of infrared temperature monitoring system

for cement rotary kiln based on Labview

Lu Haojun， Guo Jianjiang*， Wang Xiangyu， Tian Zhou， Miu Han， Jiang Zilong

（Changzhou Institute of Technology， Changzhou? 213022， China）

Abstract：In order to meet the technical requirements of temperature safety monitoring of cement rotary kiln， a infrared temperature monitoring system for cement rotary kiln based on Labview was proposed. A monitoring platform with infrared scanning sensing， virtual instrument and network data sharing was established. The Labview software was used for software design.After production verification， the system runs stably and has high reliability， which can meet the safety requirements of infrared temperature monitoring for cement rotary kiln. Compared with the traditional equipment， the intelligent level of the equipment and the safety production efficiency of the enterprise are improved.

Key words：cement rotary kiln; infrared temperature sensing; Labview; temperature monitoring