基于嵌入式的水泥回转窑胴体温度监测系统设计
0 引言
在水泥生产过程中，最重要的工艺环节是水泥熟料的煅烧，回转窑是实现水泥熟料煅烧的核心设备，它的运转情况直接关系到熟料的产量、质量和原料、燃料消耗。温度过高、热振荡过大会引起回转窑窑衬的损坏，严重时还会殃及窑胴体，回转窑生产熟料的过程中，决定窑能否优质、高产、低消耗地生产和安全运转的关键因素是窑衬。有鉴于此，在窑运转过程中，实时地了解窑内状况，及时采取相应的措施，防止窑衬及窑胴体损坏是回转窑实现经济运行的重要保证。
回转窑在运行过程中是不停地回转的，其回转速度不断变化；窑胴体表面温度是一个多变量函数，它不但与时间、窑轴向位置、窑胴体表面周向位置等因素相关，还受环境温度及其它因素的影响，因此，窑胴体表面温度不同于其他热工参数，难以用常规的检测手段来检测和显示。
本设计采用ARMLPC2119芯片及μC／0S-II操作系统，快速红外测温扫描仪对回转窑胴体温度进行实时、连续的测量，测量数据处理后，可以根据窑正常运行的胴体表面不同区段的温度范围，设定报警温度。窑运行过程中，胴体表面任意一处实际温度超过正常温度时，系统立即给出报警信号。
1 红外辐射测温原理简介
温度高于绝对零度的物体，它就在不停地向周围空间辐射电磁波。这种由于物体内部的带电粒子在原子和分子内振动而产生的电磁波，称为热辐射。热辐射只是整个电磁波的一个组成部分，热辐射电磁波是由波长相差很大的红外线、可见光、紫外线所组成。红外辐射一般指波长在0．75～1000μm之间的热辐射。普朗克黑体辐射模型是红外辐射理论的出发点，绝对黑体的辐射能力与波长(λ)及温度(T)之间的函数关系如式(1)所示：
依据这一公式，我们可以绘制出在不同的绝对温度(T)下，绝对黑体的单色辐射亮度(Lλ)与波长(λ)的函数曲线如图1所示。
由图1可知：
(1)随着温度的升高，辐射能量增加。这是红外辐射测温的理论依据。
(2)随着温度的升高，辐射波峰向短波方向移动，其规律由维恩位移定律描述。
λm·T=2898μm·K。通过维恩定律公式计算出的与某一确定的T所对应的λm就是辐射波峰所对应的波长。
(3)辐射能量在短波长处随温度增加比长波长处快。
2 系统硬件设计
2. 1 系统组成
本监测系统由快速红外测温扫描仪、窑回转同步信号发生器与嵌入式系统构成。如图2所示。
快速红外测温扫描仪是一种具有快速扫描功能的红外辐射测温仪，安装在距回转窑30～100m处的适当位置，扫描角度为90°。它的旋转扫描器通过光学系统接收来自回转窑胴体表面一个特定区域(称为测量元)的红外辐射，测量元沿平行于回转窑轴线的方向呈直线状排列。快速红外测温扫描仪沿回转窑轴线的方向每秒钟扫描150次，回转窑每转一圈，产生200～400个完整扫描。某一个扫描得到的是：代表回转窑胴体表面某一个狭窄区域温度分布的电压信号和基准温度的电压信号，这些数据再经过相关处理就可以得到回转窑内某一区段的工况。如窑皮均匀与否、结圈情况、窑皮或窑衬脱落位置、热斑的范围等信息。
