谭云福，刘杰，程志刚
摘要：提出一种在高温作业下，回转窑炉温度自动跟踪预警的新方法，介绍自动跟踪监测原理、计算机接口逻辑及程序设计。
关键词：微机接口；A/DMAX187；温度检测；回转窑炉
中图分类号：TP277文献标识码：B
用于锻烧物料的回转窑炉，在长时间高温(>1000℃)环境下，其内表面镶嵌的耐火材料会发生局部脱落，若不及时预警和处理，外钢体会因高温变形甚至烧穿，造成重大生产事故。因此，窑炉安装快速预警系统是非常必要的。
一、窑炉跟踪监测原理
动态跟踪监测机构如图1所示，窑体（约数十米长）由主电动机驱动不间断地连续回转。根据生产工艺要求，窑的A、B区域是温度监测区，如图lb所示。检测机构安装在平行于窑身的一侧，如图la所示，检测探头和接口电路安装在可以左右移动的有横轨的轻便小车上，由步进电机驱动。为了提高检测速度，设计了六个相同的检测装置，可对窑的A、B区六个带状圆筒弧面进行快速监测。探头选用EXERGEN公司的IRT/c系A红外产品。
窑体上安装有圆周标志衔铁K作为每周起点，当K旋转到感应开关G3位置时每周的检测开始，K再次回到开关G3位置时，小车横向移动一个轨迹带宽（由程序设定），并开始下一个圆周的检测。当轻便小车左移（或右移）遇到感应开关G1（或G2）时，窑的监测区被全部扫描一遍。此后小车反向移动，开始下一个周期的逆向扫描式监测。
温度检测及小车驱动由下位机（单片机）完成，屏幕监视及操作由上位机完成（微机），上位机和下位机采用串行通信。
二、计算机接口及小车驱动电路
下位机采用多CPU(AT89C2051单片机）并行工作模式，考虑到维修方便，1~6个检测装置及接口电路完全一样，插件式安装可以互换。开关信号（G1、G2、G3)的处理和小车驱动由7#单片机(AT89C2051)控制。所有单片机联成多机通信形式，并设有通信转换接口（RS485）电路，如图2所示。
图2计算机接口及小车驱动电路
1．检测电路
检测电路由信号放大器（MAX479)及滤波、A/D转换器（MAX187）和单片机（AT89C2051)组成。信号放大电路如图3所示。温度信号输入电压范围为IN=0~l0mV，经两级运放后A/D转换器输入量程是0~4.096V(Vref)，A/D转换器MAX187是一个具有SPI总线的12位逐次逼近式模数转换器。电路如图4所示。其中6、7、8引脚接单片机的P1端口。REF端外接一个4.7μF的退耦电容以“激活”内部基准电压。SHDN端接高电平允许使用内部参考电源。DOUT端是串行数据输出引脚，SLCK端是串行时钟输入引脚，最大允许频率为5MHz。CS端是片选输入端，低电平有效。MAX187的输入信号在0~4.096Vref范围内，转换时间包括t/h的采样时间在内为10μs。
2．开关信号及小车控制
开关信号G1、G2经整形和光电隔离作为中断源送7#单片机的INTO和INT1，用以控制小车移动方向。G3信号也是中断源，但是，它接7#单片机的TO端，作为窑的每周起点中断请求，控制小车移动步长。小车由步进电机驱动，其驱动电路和电动机的配置视小车载重而定。
3．窑速检测电路
从码盘G4可取得窑的转速脉冲信号，送1#~6#单片机的TO端计数，用各单片机中的T1定时器定时，由此，单片机可以计算出窑的转速，用于确定炉窑每次检测点的间隔时间，以便控制圆周检测步长不变。例如，9.5m腰围的窑炉，检测步长为50mm，则窑一周的检测点数是190，如果测得窑速是3r/min，则检测点的间隔时间是：60×1000÷3÷190=105.26ms，这些工作都是软件完成的。
三、软件
1．下位机程序模块
下位机软件主要功能模块如图5所示，主控模块程序流程如图6所示。
开始时，下位机各自初始化，检测小车复位（左端在G1的位置），下位机和上位机通信联系并等待命令。接到上位机的开始命令，1#~6#单片机开始测量窑速并设定速度参数，当起点标志K遇到感应开关G3时，六个检测装置开始检测炉温，并和上位机通信。炉温达到预警或报警值时，启动预、报警程序，预警时黄色警灯闪烁并发出长短警报，报警时红色警灯闪烁并发出急促警报。窑体每周（一个圆周带宽）检测完毕时，7#单片机控制检测小车横向移动，实现扫描式跟踪监测。
2．上位机监测模块
上位机用于人机界面监视和系统操作，通常安装在窑头的控制室内。监视画面主要有功能选择、窑体及小车机构图、实时数据曲线、历史数据库查询以及窑体展开平面实时监测示意图等。窑体展开平面是主要的监视画面，如图7所示。
从下位机发来的温度数据写入图7的6个方格和PC机的动态数据库，在监测过程中方格中的数据被不断刷新且上下移动，移动后的轨迹留下“．”，若达到预警值显示黄点且闪烁，达到报警值显示红点且闪烁，如果正常则显示黑点。实际上窑体各段温度分布是不均匀的，所以1~6个区域各条轨迹的监测标准也不同，需要在计算机中设置温度分配表，以便在预警分析中使用。