多功能轧钢线温度监测系统

　　1 引言
　　随着现代工业和机械工程的发展，嵌入式计算机技术、电子技术将越来越多的应用在工业控制和监测领域。传统的监测系统往往存在功能单一，无法实现人机交互，安装布线结构复杂的弊端。而多功能智能化的监测控制系统的开发将使人机交互变得越来越方便，也将使工作效率获得很大的提高。
　　本文开发一种以嵌入式计算机为控制核心，以工控机为人机交互平台，基于无线网络的多功能轧钢线温度监测系统。该系统能够实现温度监测，产量统计，数据管理及报表打印，led大屏幕温度显示等多种功能，温度监测范围500～1250℃；测量方式采用红外线非接触测量。
　　2 系统总体结构
　　整个轧钢线温度监测系统分为三个部分：温度测量、数据管理和打印控制、led显示组成。系统的三个部分之间需要密切的通信联系。考虑当前轧钢车间的设备布局和线路结构，新增通信线路具有工期长、安装不便等问题，而且可能影响正常生产。因此采用无线通信方式，将三个部分构成一个无线网络，实现系统之间的数据传输，基本结构。
　　温度测量部分通过温度传感器实时的获取温度参数，检测到的信号经过a/d转换模块转换成数字信号，并以总线的方式传输给现场采样控制器。现场采样控制器把收到的数据进行一系列的处理后，进行校验和打包，同时现场采样控制器还要把检测到的温度传感器的工作状态一并通过无线发送模块发送出去。工控机和led显示屏分别也安装有无线收发模块。工业控制计算机将收到的无线信号进行解包处理后，一方面通过软件系统显示在计算机显示器上，另一方面通过软件后台进行数据的保存和管理。工业控制计算机对工作状况和产量进行统计，对各个工作单元进行独立管理和提供管理员登入系统，并能够方便的接入打印机方便报表打印。led显示屏接受到无线信号后可以实时的将测量温度显示在大屏幕上，便于工作人员观察和读取。
　　3　硬件结构设计
　　3.1 仪器防护装置
　　温度测量装置是整个系统的核心。轧钢生产线温度高，温度变化范围大，工作环境较为恶劣，要求传感器的温度测量范围要宽、测量精度要高，同时还要适应高温、蒸汽等恶劣的环境条件。由于生产线机构尺寸限制，在不影响正常生产的基础上，温度测量部分采用非接触测量的方式。
　　因此温度传感器采用美国雷泰公司的在线式红外测温仪，进行非接触测量。仪表的正常工作温度为－10～＋70（工业级标准），远远不能满足轧钢车间现场的环境状况，因此本设计在原传感器的基础上增加冷却保护。同时，电缆也安装了冷却保护。冷却采用循环水冷却方式，以提高工作可靠性。由于轧钢现场蒸汽和粉尘较大，为了使系统长期可靠运行，还对镜头增加自动吹扫装置并增设了窥视管，如图2所示。

　　3.2 快速定位摇臂架
　　为了保证测温精度，传感器安装于被轧钢板正上方。由于轧钢生产线的设备都比较重，检修时需要吊装，传感器可能会妨碍设备起吊。因此专门设计了一个摇臂架，在正常生产时保证传感器位于生产线的正上方；当生产线检修时，将摇臂转过90度，使传感器离开生产线，不影响设备检修。当设备检修完毕，只要将传感器摇臂转回90度即可，避免重新校正，使用简单方便，如图3所示。
　　3.3 采样控制器
　　来自传感器的温度信号，需要经过采样控制器接收并进行滤波处理，同时，采样控制器还负责对过钢的数量进行统计控制工程网版权所有，并采集到的温度、过钢统计数量发送到无线通信模块，通过无线通信网络上传到控制室的计算机。另外，由于测温仪比较贵重，保证其安全的工作环境十分重要，因此在采样控制器中附加了环境监测功能，实时监测测温仪保护套内的温度、湿度，如果温度、湿度超过安全值，则立即报警，提醒工作人员检查设备，确保温度监测仪表的安全。
　　3.4 微机设备
　　微机采用研华工业控制计算机、lcd显示器，配单色激光打印机，能够适应较为恶劣的工厂环境。配置我们自行研发的数据管理软件，界面友好、使用方便，实现温度数据的无线接收、监控室显示，并形成生产档案，可以实现历史数据管理，用户可以根据需要进行打印。
　　3.5 led显示
　　由led实时显示屏和无线模块组成，位于车间开阔空间，用大字实时显示钢板温度，便于多个岗位上的操作人员随时观察温度情况。led屏采用全密封结构，防水、防尘，与微机系统实时同步显示生产线的温度。

　　4 软件系统设计
　　轧钢线软件系统包括上位机总控软件以及下位机数据采集软件以及显示屏数据处理软件部分构成。
　　主控软件在windows xp平台下开发，为标准的windows应用程序。系统程序采用多窗体模式设计，包括“主控界面”、“数据处理”、“统计数据”、“系统参数”等四个主要界面。实现数据的采集、处理、显示、保存、打印等，系统参数的设定功能也是通过上位机软件系统实现。同时软件系统还有简单的数据统计功能，可以对班组生产情况根据需要按时间段进行必要的统计处理。
　　主控界面是系统正常运行过程中的呈现界面，是系统参数的显示界面。其界面结构如图4所示。
　　5 结束语
　　本系统在充分考虑了现有轧钢生产线生产特点的基础上，基于嵌入式计算机技术和无线网络技术，设计了一整套集温度监测，产量统计，数据管理及报表打印，led大屏幕温度显示等功能为一体的多功能温度监测系统。该系统能够保证检测数据实时准确，提高了系统使用寿命，采用无线网络通讯降低了设备安装成本控制工程网版权所有，避免了设备布线带来的诸多不便，工业控制计算机的使用使系统更具人性化，更便于管理。该系统已在轧钢生产线上得到了应用。