WSN高炉管系无线监控系统.doc

WSN高炉管系无线监控系统图1和图2是高炉整体外观图。图3是送风管系图。图4是系统示意图。图1 高炉外观图图2 首钢京唐2号高炉图3 送风管系局部图围管图4 高炉与送风管系示意图炼铁的主要设备是高炉及其送风系统。高炉内部的冶炼温度一般在1520C左右，而送风系统的温度根据高炉不同有较大差别，目前最高送风温度在1300C左右，预热送风温度600C左右。高炉由上部的皮带机输送炼铁原料，由下部的送风系统输入高温热风，然后再输入煤气继续燃烧达到相应的冶炼温度。由于高炉和送风管系的工作温度较高，一旦发生问题其后果十分严重，若用有线方式布置各种传感器将给现场带来巨大的麻烦，且现场也不允许。本系统主要是对高炉体、围管（见图4）和送风管系（见图3）的一些关键部位的炉体与管路表面温度和送风管路中波纹补偿器处的伸缩位移和两个径向位移量进行实时监测，然后将监测的数据通过无线传输系统传输到上位机进行相应的处理，以备以后的事故和工艺分析查用。现场温度和位移无线传感器终端用一节AA型电池可以工作5-10年。就是说，电池与无线传感器终端等寿命，没有必要更换电池。给使用带来极大方便。中继器根据安装位置不同（视现场情况）可以考虑采用220V市电供电或太阳能供电两种方式。现场数据采集器可以采用220V市电供电方式，也可以考虑用太阳能供电方式。网络采集器在计算机附近或具有网口的工作间，一般都用220V市电供电。1、 系统组成及设备主要功能 系统主要由无线表面温度传感器、无线表面位移传感器、无线传输终端、无线传输中继器、无线现场采集器、无线网络采集器、监控计算机及专用软件组成。各设备主要功能如下：1 无线表面温度传感器：安放在高炉本体及送风管系表面并对关键部位完成温度参数的测量。该传感器采用高精密铂表面传感器元件，并增加不锈钢外壳套。温度测量量程一般为040，也可根据用户要求定制。2 无线表面位移传感器：安放在高炉本体及送风管系表面并对关键部位完成位移参数的测量。该传感器采用高精线性传感器元件，并增加不锈钢外壳套。温度测量量程一般为50100mm，也可根据用户要求定制。3 无线传输终端（WST)：将传感器信号进行采集和预处理，同时对自身电池电压信号进行监测，然后对监测的数据信息通过无线网络发送到无线中继器中，并接收无线中继器转发的命令信息。4 无线传输中继器（WSR)：无线中继器的主要作用是完成无线传感器信息的空间双向传输。当源信息节点的距离超过无线网络的传播距离时，就需要在源信息节点与目的信息节点之间增加一定数量的中继器，以便于无线信息的空中传递。供电方式为太阳能供电或交流市电供电。5 无线现场采集器（WSA)：无线现场采集器接收来自无线传输终端的数据信息，并将计算机的命令信息发送给无线传输中继器。无线现场采集器是一个无线子网络的核心，每个无线子网络需要一个现场采集器。6 无线网络采集器（WSS)：无线网络采集器与监控计算机之间采用RJ45的连接，接收来自无线现场采集器的数据信息，并将计算机的命令信息发送给其他子网络采集器。每个无线系统需要一个网络采集器。7 监控计算机IPC:根据环境要求，监控计算机可以选用PC或工业计算机IPC。监控计算机的作用是对整个系统的数据信息进行存储、记录、处理、分析、报警输出、显示、查询等。微型计算机也是整个监测系统的目的终端。8 软件SF:计算机监控+软件可实时显示文本数据、各种曲线、报警信息和系统状态等。可显示的趋势曲线主要有被测参数曲线和电池电压（或容量）曲线以及电池的寿命预测等。文本信息可以根据要求生成所需要的统计报表，可以根据用户设置提供温度、电压的预警信息，以提示管理人员对系统进行进一步的检查或维护。2、 系统构成方案说明：1 在高炉部分，由于管道密集、管道分支多，需要观测的危险部位也就比较多，因此需要安排较多的无线传感器节点对温度进行监测。这部分的特点是相邻的无线传感器节点的距离可能很近。2 在热风炉和热风输送管路部分，相对于高炉部分其无线传感器终端节点的布置距离较远，离散性也较大。3 对于较大的无线网络系统，为简化数据传输参数的属性，送风管路的位移监测与相应的温度监测需要使用不同的无线传感器网络。这样可以使系统参数单一化，减少数据传输的时间，也便于数据的管理。而对于较小的网络系统，位移和温度也可以安排在同一无线网络系统。4 由于没有导线的连接，无线传感器网络的布局实际上是一个空间概念，布局上可以近也可以远，可以集中也可以分散，可以交叉也可以独立，因此在布局上比较灵活。另外，根据系统的大小，可以实现单一系统布局，也可以实现系统网络和子网络的多重联合布局。5 对于高炉的无线监控系统而言，一般具有较多的测量参数，通常建议使用主、子网络联合布局结构。可以根据系统大小实现不同的组态方式。由于工业监测系统的不同，被监测系统的参数数量也不同。在无线传感器数量上，本无线传感器网络可以实现几个到几千个无线传感器的组态结构。在传输距离上可以实现几米到几千米的数据传输。在传输结构上可以实现无线传感器终端中继器现场数据采集器网络数据采集器的不同组合。可以满足各种工业现场数据采集的要求。 3、 主要参数无线频率：ISM-433MHz（无需申请频段）无线通信距离：无阻挡400米（可延长）位移测量范围：0-100mm(可修改)温度测量范围：0-400(可修改)测量终端数量：几十到几千个（基本参数）终端电池寿命：5年（理论值）中继器中继能力：最大85个/每中继器中继器的数量：每子系统4-5个中继器子系统数量：每系统3-4个子系统每台监控计算机可以支持2-3个监控系统4、 系统操作与菜单介绍 由于无线监控系统没有繁多的导线连接，在形式上各个部件都是相互独立的。因此监控计算机可以放在一个合适的操作和管理位置而无需考虑布线问题。本无线监控计算机采用LCD大屏显系统，具有显示清晰，操作方便等特点。工控软件可以工作于WINDOWS XP和WINDOWS2000等操作系统。 在正常情况下，对计算机的主要操作是各种监控画面的切换和各类数据信息的查阅等。 本系统的操作均以菜单方式，主要有系统菜单、位移监控菜单、温度监控菜单和电压监控菜单。其中位移监控菜单、温度监控菜单和电压监控菜单都具有相应的多个子菜单。监控系统可以实现二个以上的高炉参数同时监控，每个高炉系统可以实现位移、温度和工作电压的实时监控。显示方式可以是形象直观的监控画面，也可以是一目了然的数据列表，还可以是具有变化对比的实时与历史曲线。1 系统菜单选择画面2 位移菜单选择画面3 温度菜单选择画面4 电压菜单选择画面 操作者只要按照主画面介绍的菜单，用鼠标点击要查看的主菜