【導讀】在爐內的還原過程都有重要影響。目前測定方法尚無國家標準，本課題根據建龍。集團某煉鐵廠的生產實際進行設計、制造鐵礦石荷重軟化性能測定裝置。正確認識鐵礦石的冶金性質對高爐冶煉的意義十分重大。該系統(tǒng)的成功開發(fā)。提供更多有效數(shù)據,為鋼鐵企業(yè)提高鋼材質量提供幫助。性能測定系統(tǒng)的智能化程度，取得理想的控制結果?？刂葡到y(tǒng),將具有PID控制算法的智能儀表應用到鐵礦石熱態(tài)性能測控系統(tǒng)中,時特性曲線繪制、試驗結果報表打印及信息調度等功能。為滿足系統(tǒng)數(shù)據采集部。鐵礦石的軟化性包括軟化溫度和軟化區(qū)間兩方面。束后爐料在高爐內繼續(xù)下降而被進一步加熱和還原,礦石開始熔融。穩(wěn)定操作，同時希望軟熔區(qū)間窄，可保持較窄軟熔帶，有利于煤氣運動。智能儀表顯示溫度并變送輸。周波控制器接收溫控儀表輸出的4-20mA信號,的通斷，從而達到平穩(wěn)的控制溫度值。數(shù)據采集系統(tǒng)的最前端就是各種類型的傳感器。這種數(shù)據采集系統(tǒng)一般是主。的關系的一種表示方式。

　　

【正文】 實時 曲線繪制和數(shù)據顯示。單片機式的數(shù)據采集系統(tǒng)結構簡單，不需要太多的外圍元件，而且體積一般較小，密封性能良好，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，轉換精度高且可以選擇等特點，適用于建構中小型的數(shù) 據采集系統(tǒng)。 圖 25 中小型數(shù)據采集結構系統(tǒng)圖 溫度傳感器 變送器 計算機數(shù)據及圖像顯示 位移傳感器 變送器 計算機數(shù)據及圖像顯示 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 10 在儀表遠程數(shù)據采集開發(fā)中，采用 RS485 總線技術，在兩線制傳輸方式下，可以帶 32 個接收器，實現(xiàn)多半點雙工通訊，每個接收器都被賦予各自的通訊地址，主機輪流查詢，從機回應，主機發(fā)送命令幀啟動一次輪詢，從機接收到信號后，判斷呼叫地址是否與自己相同，相同則發(fā)送主機要求的數(shù)據幀 ，否則不予回應。 計算機的數(shù)據傳送分為并行和串行兩種方式，并行傳送速度快，但傳輸距離要求小于 30 米，是近距離傳送的首選方式。計算機的 COM 接口是用來與外界進行數(shù)據交換的，方式為串行傳送，最少用一根數(shù)據線即可完成，傳輸距離遠但速度慢。通常在工業(yè)應用中都采用串行通訊，而在實驗室中的線路設計中，可以使用并行通訊。 鐵礦石高溫冶金性能自動檢測系統(tǒng)開發(fā) 檢測系統(tǒng)硬件介紹 圖 26 熱電偶及其變送器 圖 27 位移傳感器及其變送器 系統(tǒng)總體硬件結構 第 2 11 系統(tǒng)總體硬件結構分析和設計 I P C 工 業(yè) 控 制 機顯 示 器 打 印 機鍵 盤鼠 標軟 化 爐 溫 控位 移R S — 4 8 5 圖 28 控制系統(tǒng)硬件結構圖 控制柜前面板設計 系統(tǒng)要求能在室內環(huán)境溫度為 — 10oC 到 +50oC， 弱振動和較弱電磁輻射的場所可靠運行，同時為滿足長時間高可靠性要求和性價 比，選擇 IEI RACK360工控機。工控機即工業(yè)控制計算機，也叫做工業(yè)個人計算機 (Industrial Personal puter— PC)，英文簡稱 IPC。工控機就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，是一種加固的增強型個人計算機，它可以在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 12 圖 29 鐵礦石軟化性控制柜前面板設計 編號 說明 選型 T1 軟化爐溫度控制儀表 SHIMADEN SRS13A T2 位移檢測儀表 SHIMADEN SRS14A V 測加熱元件的電壓 A 測流過加熱元件的電流 SB 帶燈帶自鎖按鈕 IEC60947 表 21 控制柜前面板介紹 軟件系統(tǒng) 第 2 13 數(shù) 據 采 集指 令 輸 入數(shù) 據 顯 示存 儲打 印位 移數(shù) 字曲 線軟 件 系 統(tǒng)溫 度 圖 210 軟件系統(tǒng)方框圖 各器件介紹及選型 硅碳棒 硅碳棒是用高純度綠色六方碳化硅為主要原料，按一定料比加工制坯，經2200℃ 高溫硅化再結晶燒結而制成的棒狀、管狀非金屬高溫電熱元件。氧化性氣氛中正常使用溫度可達 1450℃ ，連續(xù)使用可達 2021 小時。 硅碳棒使用溫度高，河北聯(lián)合大學電氣工程學院 14 具有耐高溫、抗 氧化 、耐 腐蝕 、升溫快、壽命長、高溫變形小、安裝維修方便等特點，且有良好的化學穩(wěn)定性。 硅碳棒的選型： 首先要確定爐內容積，再根需要達到的爐膛溫度 1450 度確定需要的總功率，根據爐膛尺寸，爐用功率和爐膛溫度確定硅碳棒的規(guī)格尺寸，由此算出每一只硅碳棒發(fā)熱體部分的表面積。在 14500 度的爐溫下，算出每一只棒的功率數(shù) ，再由總功率和每一只棒的分功率算出所需的硅碳棒的支數(shù)量。最后根據外接電路和調壓設備 確定每一只棒的電阻值。 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（ Solid State Relay,縮寫 SSR），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制 信號 ，達到直接驅動大 電流 負載。 優(yōu)點： （ 1）高壽命，高可靠：固態(tài)繼電器沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有 特性 ，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。 （ 2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態(tài)繼電器的 輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或 驅動器 。 工作原理： 它是用半導體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相 SSR 為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入 端加上直流或 脈沖信號 到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉變成通態(tài)。 圖 210 固態(tài)繼電器 第 2 15 智能儀表 特點： (1)精度 高智能變送器具有較高的精 度。利用內裝的微處理器，能夠實時測量出靜壓、溫度變化對檢測元件的影響，通過數(shù)據處理，對非線性進行校正，對滯后及復現(xiàn)性進行補償，使得輸出信號更精確。一般情況，精度為最大量程的177。%，數(shù)字信號可達 177。%。 (2)功能強 智能變送器具有多種復雜的運算功能，依賴內部微處理器和存儲器，可以執(zhí)行開方、溫度壓力補償及各種復雜的運算。 (3)測量范圍寬 普通變送器的量程比最大為 10:1，而智能變送器可達 40:1 或 100:1，遷移量可達 1900%和 200%，減少變送器的規(guī)格，增強通用性和互換性，給用戶帶來諸多方 便。 (4)通信功能強 智能變送器均可實現(xiàn)手操器進行操作，既可在現(xiàn)場將手操器插到變送器的相應插孔，也可以在控制室將手操器連接到變送器的信號線上，進行零點及量程的調校及變更。有的變送器具有模擬量和數(shù)字量兩種輸出方式 (如 HART 協(xié)議 )，為實現(xiàn)現(xiàn)場總線通訊奠定了基礎。 (5)完善的自診斷功能 通過通信器可以查出變送器自診斷的故障結果信息。 儀表選型： 儀表尺寸。即儀表的體積大小，這是個很基本的問題。數(shù)顯表要裝在柜體上，所以要考慮整體的協(xié)調性，過大了可能裝不下，過小了看不清顯示數(shù)字，另外，體積大的儀表一般功能擴 充性較強，同樣功能價格可能會貴，體積小的儀表可能功能擴充性較差。目前數(shù)顯表面板的國際標準尺寸主要有以下幾種：48*24mm。48*48mm。48*96mm。72*72mm。96*96mm。96*48mm。160*80mm。 顯示位數(shù)。這直接關系到數(shù)顯表的測量精度，一般來講，顯示位數(shù)越高，測量更精確，價格也越貴，主要有以下幾種：兩位 (99，特殊 )。三位 (999，極少 )。三位半 (1999，普通數(shù)顯表占主流 )。四位 (9999，智能數(shù)顯表占主流 )。四位半(19999)。四又四分之三 (3999)。五位及五位以上 (常見于計數(shù)器、累計表和高端儀表 )，用戶可以根據測量精度要求來選擇幾位的數(shù)顯表。 輸入信號。指直接輸入儀表的測量信號，有些工業(yè)信號是直接接入儀表測量的，有些信號是經過轉化后接入儀表的，必須弄清楚測量信號的性質，否則河北聯(lián)合大學電氣工程學院 16 買去的儀表不能用，甚至損壞儀表及原有設備。要弄清信號類型：電流還是電壓，交流還是直流，是脈沖信號還是線性信號等等，還要弄清信號的大小。儀表的名稱與輸入信號不是同一概念，舉幾個例子：輸入信號是 075mVdc 的電流表 (名稱是電流表，輸入信號卻是電壓信號，因為電流經過分流器取得電壓信號 )。輸入信號是 010Vdc 的轉速表 (名稱是轉速表，輸入信號卻是電壓表，因為變頻器將轉速信號轉化成電壓信號 )。 工作電源。所有數(shù)顯表都需要工作電源，數(shù)顯表的工作電源主要有：220Vac。110/220Vac。85265VAC/DC 開關電源， 24Vdc(一般要訂制 )， 5Vdc(小面板表 )。 儀表功能。儀表功能一般都是模塊化的，可選擇的，儀表價格也會隨功能不一樣而有所差異，數(shù)顯表主要有以下可選功能：報警功能及報警輸出的組數(shù)(即繼電器動作輸出 )，饋電電源輸出及輸出電壓的大小及功率，變送輸出及變送輸出的類型 (420mA 還是 010V 等 )，通訊輸出及通訊方式和協(xié)議 (RS485 還是RS232，是 Modbus 還是其他協(xié)議 )，對于調節(jié)控制儀表，可選功能就更多，具體要參照廠家的選型譜選出一個規(guī)范的型號，并與廠家溝通并確認無誤后才可以訂貨。 幾個比較重要的參數(shù)要關注一下：測量精度 (值越小越精確 )、響應速度 (值越小響應越快 )、工作環(huán)境、溫度系數(shù) (值越小受溫度影響越小 )、過載能力 特殊要求。若用戶有特殊要求就應提出來，讓廠家確認能否滿足要求，千萬不能想當然，比如： IP 防護等級、高溫工作場合、強干擾場合、特殊信號場合、特殊工作方 式等等。 其實，數(shù)顯表選型并不復雜，對于簡單的數(shù)顯表一般買過來就可以用了，對于初次使用或選用功能復雜數(shù)顯表的用戶只要把握了以上幾點，也能很好的選購到合適的產品。 周波控制器 工業(yè)電加熱系統(tǒng)中最具廣泛應用的 SSR 信號處理控制器，它能接受 PWM 或420mA 輸入，產生周期過零式（ PWM 占空比控制）和周波過零式（ CYC 變周期）兩種輸出，直接驅動 SSR 或瑞科錦豐 SSR 功率擴展板。具有硬手操和輔助功率調整功能，先進的周波過零的輸出，由于負載電流的通斷是按正弦波均勻分布，多臺設備運行的隨機性和疊加性，所造成 的總動力負載電流相對是均衡的，它提高了調節(jié)精度和電源利用效率以及避免了打表針和電力設備增容，節(jié)電效果十分明顯。 周波控制器主要是用在電加熱的控制系統(tǒng)中，接收溫控儀表輸出的 420mA第 2 17 信號或島電儀表的 PWM 信號，通過周波控制器，在一定的周期內控制輸出多少個波的電壓，輸出信號是電壓用來控制固態(tài)繼電器的通斷，從而達到平穩(wěn)的控制溫度值。 帶 SSR 輸出的溫控 儀一般 輸出 12VDC 或者 24VDC，用于控制固態(tài)繼電器 SSR的通斷。 溫控儀 SSR輸出通斷的頻率比較高，所以只能用于控制固態(tài)繼電器 SSR。如果用于繼電器或者接觸器 ，頻繁的動作會影響繼電器和接觸器的使用壽命。 圖 211 周波控制器 熱電偶 熱電偶（ thermocouple）是 溫度測量儀表 中常用的測溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調節(jié)器配套使用。 電偶 測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路， 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 18 圖 212 熱電偶 工作原理 : 兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路， 當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為 熱電效應 ，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示 儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。 熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題： 熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關； 當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱 電勢 的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作 端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導體或半導體 A 和 B 焊接起來，構成一個閉合回路，如圖所示。當導體 A 和 B 的兩個執(zhí)著點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便產生 電動勢 ，因而在回路中形成一個大小的電流。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 熱電偶選型： 選擇熱電偶要根據使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測定對象的性能、響應時間和經濟效益等綜合考慮。 測量精度和溫度測量范圍的選擇 使用溫度在 1300~1800℃ ，要求精度又比較高時，一般選用 B 型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于 1800℃ 一般選用鎢錸熱電 偶；第 2 19 使用溫度在 1000~1300℃ 要求精度又比較高可用 S 型熱電偶和 N型熱電偶；在1000℃ 以下一般用 K 型熱電偶和 N型熱電偶，低于 400℃ 一般用 E 型熱電偶；250℃ 下以及負溫測量一般用 T 型電偶，在低溫時 T 型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。 使用氣氛的選擇 S 型、 B 型、 K 型熱電偶適合于強的氧化和弱的還原氣氛中使用， J 型和 T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，若使用氣密性比較好的保護管，對氣氛的要求就不太嚴格。 位移傳感器 位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被 測物理量轉換為電量。在生產過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不