基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的非接觸式陶瓷爐高溫工業(yè)爐監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

石長華

（景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

目前，常見的測溫槍為人工手動測溫、預(yù)埋傳感器測溫、光纖測溫、無線傳感器測溫等。但是，測溫槍技術(shù)是專業(yè)技術(shù)工人通過輪詢的方式進(jìn)行的分時段的階段性的溫度測量。而且，人工手動測溫對于工作人員本身也存在非常大的安全隱患。熱電偶自動測溫技術(shù)和傳統(tǒng)測溫槍一樣，無法直接實現(xiàn)全景可視場內(nèi)的溫度自動檢測[1]，且容易發(fā)熱燒壞。光纖測溫技術(shù)施工難度大、布線管理成本高、容易發(fā)生折斷。無線傳感器與自組件聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行測溫這種方式其也就是屬于直接選擇某些需要測溫的熱點(diǎn)進(jìn)行測溫，且無線傳感器的使用電量有限，組網(wǎng)不穩(wěn)定，抗干擾能力差，無法直接實現(xiàn)無線可視數(shù)字化測溫監(jiān)測。

基于以上提出一種基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)測溫技術(shù)的非接觸式專用高溫加熱工業(yè)爐具的測溫監(jiān)控系統(tǒng)。此溫控系統(tǒng)主要采用紅外技術(shù)CCD，黑體紅外輻射控制，采用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)對目標(biāo)全程全角度的實時高溫溫控監(jiān)測。提高工業(yè)測溫的測量精度和測溫速度，與最新的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)相互融合，與整個企業(yè)內(nèi)部的溫度DCS相對接，不受工業(yè)距離和工作地域的因素影響，做到實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)動態(tài)實時溫度自動監(jiān)測和測溫控制。

1 陶瓷爐高溫工業(yè)爐測溫系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架

陶瓷爐高溫工業(yè)爐現(xiàn)場測溫管理系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架如圖1所示，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺，把目前傳統(tǒng)的陶瓷爐高溫工業(yè)爐現(xiàn)場測溫管理系統(tǒng)的現(xiàn)場測溫部分技術(shù)作為一個物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)中的高溫探測器部分，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和云計算[2]，實現(xiàn)隨時隨地的高溫監(jiān)測過程控制。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)框架

2 高溫工業(yè)爐測溫系統(tǒng)感知層探測器部分系統(tǒng)圖

感知層的溫度探測器主要通過雙紅外比色測溫技術(shù)實現(xiàn)[3]。由于爐內(nèi)的高溫環(huán)境會對探測器造成損害，因此在探頭和爐壁之間采用氮?dú)饫鋮s技術(shù)。推進(jìn)器液壓制動部分可直接通過采用位于推進(jìn)器燃?xì)飧變?nèi)的自動壓縮空氣制動進(jìn)行液壓制動。通過交換機(jī)、編碼器的編碼、光電轉(zhuǎn)換器的信號轉(zhuǎn)換以及ZIGBEE無線技術(shù)等技術(shù)互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)電氣部分的控制。無線通信控制技術(shù)使多種設(shè)備直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間互聯(lián)，再把這些使用數(shù)據(jù)線通過傳送連接到一個無線網(wǎng)絡(luò)上的電子服務(wù)器。最后可以直接實現(xiàn)與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)層和傳輸層的數(shù)據(jù)交互使用和連接，遠(yuǎn)距離層面的數(shù)據(jù)線傳輸也可直接采用無線網(wǎng)或光纖。如圖2所示。

圖2 感知層探測器系統(tǒng)圖

前端現(xiàn)場成像探頭利用小孔成像原理制作而成。為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境對攝像頭進(jìn)行降溫保護(hù)。探頭的鏡片采用藍(lán)寶石經(jīng)高溫固化耐高溫處理制成，從而實現(xiàn)對陶瓷爐高溫工業(yè)爐內(nèi)燃燒工作情況的實時控制監(jiān)測。探頭內(nèi)部采用特制的高密度光學(xué)鏡片，可以通過采用旋轉(zhuǎn)式或拉幕式在濾波片上來進(jìn)行光路切換，達(dá)到理想的高對比色率和光路數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和采集。數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過高頻數(shù)字編碼器的高速編碼壓縮，傳輸，存儲，經(jīng)過高頻電磁光電微波信號高速轉(zhuǎn)換后再遠(yuǎn)程上傳至用于移動互聯(lián)網(wǎng)或者云計算中的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

3 高溫工業(yè)爐測溫系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模型圖

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計模型大致可以分為三層:感知層，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層，應(yīng)用管理層。根據(jù)此三層架構(gòu)，重新設(shè)計了基于此三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工業(yè)高溫陶瓷爐工業(yè)爐的自動測溫監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示，其中企業(yè)應(yīng)用此三層架構(gòu)可對企業(yè)底層系統(tǒng)傳輸?shù)臏y溫數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行實時性的監(jiān)控。主要功能是在企業(yè)控制管理中心的移動終端上自行安裝企業(yè)控制中心操作系統(tǒng)軟件。再利用互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者專線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)感知傳輸層和企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，云計算平臺[4]的無縫連結(jié)。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模型

原始采集數(shù)據(jù)上傳到云平臺后利用溫度處理軟件和大數(shù)據(jù)計算進(jìn)行分析，最后利用數(shù)據(jù)建立關(guān)于溫度建模。對于有保密安全技術(shù)機(jī)密用于數(shù)據(jù)的行使需求的用戶可以將數(shù)據(jù)在ipsan中的存儲。一旦陶瓷爐高溫工業(yè)爐內(nèi)出現(xiàn)故障報警燈，報警信號會通過相應(yīng)的應(yīng)用直接在工作人員的終端上發(fā)出報警信號。出于對企業(yè)機(jī)密數(shù)據(jù)的保護(hù)，可以對查看設(shè)置權(quán)限，相關(guān)人員只能查看自己職責(zé)權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，同業(yè)也只能在自己權(quán)限內(nèi)做出相應(yīng)的處置。

4 數(shù)據(jù)的輸出結(jié)果

根據(jù)比色法的測溫計算原理，對此時圖像在被處理過的雙射線波長下的圖像灰度值和圖像值進(jìn)行測溫計算[5]，于是就能夠精確得到此時的圖像溫度。根據(jù)爐內(nèi)的實際工況加熱情況，操作技術(shù)人員隨時可自由選擇不同的區(qū)域，于是工作人員就可以根據(jù)需要對重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行實時的測量。測量分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 爐管溫度監(jiān)測圖

圖4是某大型陶瓷爐內(nèi)的兩個爐管受熱溫度變化監(jiān)測曲線圖，畫面中所顯示的爐管是經(jīng)熱處理后的兩個爐管，在其爐體表面分別設(shè)置兩個監(jiān)測點(diǎn)，用戶幾乎可以同時地觀看到兩個監(jiān)測點(diǎn)的爐管實時出爐溫度。同時，用戶也可以通過右鍵點(diǎn)擊或滑動拖拽鼠標(biāo)的多種方式，選取其他用戶想要進(jìn)行監(jiān)測的爐內(nèi)溫度測量點(diǎn)或監(jiān)測線，在線進(jìn)行測量計算出每個待被監(jiān)區(qū)域溫度值從未實現(xiàn)對爐內(nèi)溫度的實時全視場的監(jiān)測。

5 結(jié)語

本文簡要分析目前應(yīng)用高溫爐藝工業(yè)爐的爐內(nèi)溫度控制測量方法，采用紅外非接觸式溫度測溫系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)軟件架構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)非接觸式全景溫度測溫的應(yīng)用同時，突破傳統(tǒng)測溫方法受到元器件使用壽命、布線復(fù)雜、傳輸質(zhì)量差、造價高、人身安全隱患等因素的制約，可以對高溫爐內(nèi)溫度進(jìn)行全方位實時的監(jiān)測。通過軟件和大數(shù)據(jù)分析測算，能夠直觀的看到溫度曲線圖像，對于爐內(nèi)的情況了如指掌。根據(jù)需求還可以進(jìn)行報警，做到防患于未然，對于高溫作業(yè)來說最大限度的減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。但是目前該檢測系統(tǒng)尚處于初級階段，還有很多需要完善和提高之處。