由于高炉炼铁具有产量大、生产率高和成本低等优点，使得高炉成为目前炼铁工序的核心设备，素有“冶金企业咽喉”的美誉。高炉是一个密闭的逆流式热交换竖炉。其炉况判断与预报是高炉过程控制的一个重要方面。是实现高炉生产“优质、低耗、高产、长寿、高效益”的基本保证。
高炉炉况顺行是高炉控制的主要目的。而炉况异常是由于高炉的调控措施不恰当造成炉料顺行被破坏。炉内热量收支严重失衡。异常炉况发生后将引起出铁的质量、产量下降，能耗升高，停产休风等后果，严重的将造成设备永久性损坏，降低炉子的使用寿命，从而直接影响企业的经济效益。因此。对高炉异常炉况及时进行分析判断非常重要【1】。
对高炉炉况的预报不仅需要有很多的可通过自动化仪表直接检测出的物理量.更需要对测量值进行人工的间接推理、综合分析来得到炉况等生产状况的瞬时结论。与炉况异常有关的参数有：炉顶压力、热风压力、风量、炉顶温度等，其中，由于温度是一个滞后很大的参数.一般不作为迅速预报炉况的指标。以往高炉操作人员需要通过对热风压力、冷风压力、炉顶压力和风量等参数的测量值进行综合分析和间接推理.才能得到对某一时刻炉况的判断，因此，判断速度较慢，而且带有人为因素。如果能将这些生产工艺状况用一参数加以定义，并用智能仪表去分析运算。从而及时得到对炉况的判断，则对生产工艺具有十分重要的意义。高炉透气性指数监测仪的研制就是基于这一思路。
笔者采用文献【2】中提出的高炉透气性指数来对炉况进行综合判断。它的定义是：风量与全压差(即热风压力和炉顶压力之差)之比，它表示炉子接受风龋的能力.是一个可以快速、直观、综合反映炉况的重要参数。依靠对高炉透气性指数这一参数的准确监测。操作人员可以尽早发现和避免高炉的管道、悬料、崩料、煤气流失等与高炉透气性息息相关的炉况异常现象，而一旦炉况失异，在处理操作过程中，又可以参考这一参数的即时变化，做到心中有数，尽快选用最佳措施，迅速恢复高炉顺行【3】。
1 高炉透气性智能监测仪表
笔者设计的高炉透气性监测仪表是一个可以快速、直观、综合反映炉况的监测仪表，它根据冷风流量、冷风压力、炉顶压力、热风压力4个与炉况间接相关的参数进行逻辑推理和计算。得出有关炉况的综合结论。
1.1 高炉透气性指数
高炉炉内料柱具有良好的透气性，使上升煤气流均匀、稳定而且顺利地通过，是保证下料顺行和充分发挥上升煤气流还原和传热作用的前提。高炉炉料的透气性是煤气通过料柱时的阻力大小。是一个能够综合反映炉况失异的参数，通常定义产生单位全压差所需的风量为高炉透气性指数，用符号TZ表示.其数学表达式为【2】
当冷风压力与冷风设计压力不一致时。需对冷风流量进行补正.补正公式为
1.2 高炉透气性监测仪表的硬件电路设计
根据所研制仪表的要求和技术指标.本仪表由模拟量输人通道、模拟量输出通道、显示输出模块、报警判断处理模块、键选模块、通信模块和电源模块组成。下面就其中典型的模块进行阐述。
首先选用ATmegal6L单片机作为主机芯片。它是一种高性能、低功耗的8位微处理器，广泛运用于智能仪表的设计中。
1.2.1 模拟量输入通道
ATmegal6L单片机内部有一个10位的逐次逼近型ADC.它与一个八通道的模拟多路复用器连接。能够对来自端口A的八路单端输入电压进行采样。笔者选用端口A中的P柚一民分别完成对冷风压力(P1)、热风压力(B)、炉顶压力(P3)和冷风流量节流器件差压(△P’)信号的采样。由于这些现场过来的信号都是4～20 mA的电流信号。这就需要通过一个电流/电压(uv)转换电路先将其转换为电压信号。本文利用运算放大器LM324组成Ⅳv转换电路。
1.2.2 模拟量输出通道
为了将单片机内部的数字信号转换成记录仪表要求的4～20 mA的模拟信号。设计一个D/A转换电路。本文采用PWM实现，将单片机产生的PWM经过D/A转换电路得到电压信号.再经过V/I转换电路输出要求的电流信号。
1.2.3 通信部分设计
高炉透气性指数监测仪表需要与上位机实现通信，一方面将采集到的数据上传以便实时了解和掌握生产现场情况：另一方面下载上位机发出的控制指令，实现对高炉炉况的最优控制：此外还可以联网与其他现场的智能仪表实现资源共享。本文采用运用比较广泛的RS一485通信。RS一485通信具有传输距离远，容易实现多点联网通信的优点。选用Maxim公司生产的MAX485芯片来实现RS一485通信，芯片rT作于全双工模式。
2 仪表的软件设计
本文采用模块化的程序设计思想.即将一个完整的程序分成若干可以独立完成某些任务的功能模块。各功能模块又可以分为若干子模块，各子模块之间既相互独立，又受主程序模块的控制。采用模块化的程序设计思想可以使得整个系统层次分明，逻辑清楚，便于程序的编制、调试、修改和查错。同时。利用模块化技术，可以将错误局限在各个模块内部而不影响整体.提高了系统的可靠性、灵活性和可维护性。
根据高炉透气性指数监测仪所要实现的功能.系统软件设计主要包括主程序设计、MD转换子程序、D/A转换子程序、显示子程序、报警子程序、通信子程序和其他辅助程序设计。
1)主程序主要是芯片的初始化和各个子程序的时间顺序的安排。
2)A/D转换子程序采用分时采集的方法，依次对各个通道的模拟量进行采集。为了保证采样的准确性，对每个模拟量实行了多次采样。然后对多次采样结果进行了中位值平均滤波的数字滤波。中位值平均滤波相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”，它对连续采样的n个数据，去掉一个最大值和一个最小值。然后对剩下的n一2个数据求算术平均值，在这里n值选取8。选择中位值平均滤波可以消除偶然出现的脉冲性干扰所引起的采样值偏差。
3)D/A转换子程序：存放在数据缓冲区中待输出模拟量参数为浮点数，为了进行DAC转换。首先必须进行数据处理。即将浮点数转化定a,-]/计数器的比较匹配值(整数)，然后定时/计数器根据这一比较匹配值在快速PWM模式下产生用于DAC转换的PWM波形。
4)显示子程序：根据有无外中断(即键选键是否作用)来选择对冷风压力、热风压力、炉顶压力、冷风流量及全压差五路参数是定点显示还是巡回显示。在定点显示中是利用变量count的取值(即中断次数)来决定对某个参数进行定点显示;在巡回显示中是利用变量m的取值来改变参加巡回参数的循环显示。在小数点的处理上，采用先显示整数，再在相应的位置点亮小数点的办法。所以在显示之前应该调用数据处理程序，将待显示的参数转换为整数存放在位于数据缓冲区的全局变量中。同时。程序还根据变量count和m的取值来点亮PB口与冷风压力、热风压力、炉顶压力、冷风流量及全压差五路参数所对应的指示灯，达到辅助显示的作用。帮助操作人员理解所显示参数的意义。
5)键选子程序：为了实现冷风压力、热风压力、炉顶压力、冷风流量及全压差五路参数的巡回显示与定点显示。设计中采用了键选键的设计方法。键选键与外部中断0的物理引脚即PD2相连接，根据按键是否按下(即是否有外部中断)来决定显示模式;根据键选键的按下次数(即中断次数)来选择是对哪一个参数实现定点显示。因为有5个参数参与定点显示，所以，在设计中，当count计到5时就让其回归到l。实现定点显示参数的一个循环，便于查询。如果在count记到5时，让其归于0，那么就可以让程序在完成了一轮定点显示以后返同到巡回显示的模式。
3 结束语
以上设计的基于ATmegal6L单片机的高炉透气性指数监测仪表具有以下性能和特点。
1)采用ATmegal6L单片机作为主机芯片。充分利用该芯片内部的硬件资源。使得仪表结构紧凑、性能可靠、操作简单。
2)采用优化的高炉透气性指数数学模型和流量补偿公式.提高了系统的测量精度。
3)仪表具有冷风流量、透气性指数和全压差三路4～20 mA的模拟量输出信号，供记录仪表使用，可以及时反映高炉炉况的走向。
4)仪表对冷风压力、热风压力、炉顶压力、冷风流量和全压差能够实现巡回显示和定点显示.
5)当高炉的透气性指数超越规定的上、下限时，仪表发出声光报警信号，提醒现场操作人员。
6)仪表利用RS一485通信接口实现与上位机的通信。
总之.该仪表性能价格比较高。可以广泛应用于中小型高炉生产，为高炉安全生产与经济运行提供可靠依据。
参考文献：
【1】梁栋.高炉炉况智能化判断方法的研究fDJ.重庆：重庆大学，2005.
【2】乔贵.高炉透气性指数Ⅱ】.山西冶金，1982，17(1)：23-32.
【3】杨晓光.郑新伟，田建艳.ZTX高炉透气性指数测量系统【J】.冶金自动化。2000(6)：54—55.
