基于C#的高爐熱風(fēng)系統(tǒng)表溫測(cè)量軟件的開發(fā)與應(yīng)用

楊沼鎮(zhèn) 侯全師 王澴奇 王毅

關(guān)鍵詞：C#;紅外測(cè)溫;軟件開發(fā)

1引言

C#是一種精確、簡(jiǎn)單、安全、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，同時(shí)是開發(fā)Windows桌面應(yīng)用時(shí)被廣泛使用的語言。將其應(yīng)用在高爐熱風(fēng)系統(tǒng)的紅外測(cè)溫領(lǐng)域中，不僅能夠利用其強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)直接調(diào)用成熟的控件，在設(shè)計(jì)人機(jī)界面時(shí)更加友好和快捷，還能提升應(yīng)用軟件的語言簡(jiǎn)潔性、安全性、可靠性。

2軟件設(shè)計(jì)

基于C#的高爐熱風(fēng)系統(tǒng)表溫監(jiān)測(cè)軟件在開發(fā)時(shí)應(yīng)合理設(shè)計(jì)整體架構(gòu)及各個(gè)功能模塊，切實(shí)整合多個(gè)測(cè)溫探頭的溫度數(shù)據(jù)，完善各硬件的控制邏輯，優(yōu)化軟件數(shù)據(jù)處理時(shí)的響應(yīng)速度，保證各個(gè)環(huán)節(jié)高質(zhì)量的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，使該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加智能化和現(xiàn)代化。

軟件的構(gòu)成包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析以及控制單元、報(bào)警單元、歷史查詢等6個(gè)部分。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集階段是將熱成像及溫度數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸至工控機(jī)，利用廠家提供的SDK（軟件開發(fā)包）定義好的通信接口，將數(shù)據(jù)進(jìn)一步采集到內(nèi)存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和圖像顯示做準(zhǔn)備。

數(shù)據(jù)分析階段則需實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：（1）實(shí)時(shí)比較當(dāng)前溫度與報(bào)警閾值溫度，判斷是否超溫;（2）分析溫度變化趨勢(shì)，判斷是否存在短期內(nèi)溫度飆升的異常狀況。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)階段是將所有實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、溫度變化率等過程數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫。

報(bào)警單元是當(dāng)發(fā)生超溫或升溫速率過快時(shí)，軟件界面給出相應(yīng)提示，及時(shí)引起主控室操作人員的注意，提醒其聯(lián)系維護(hù)人員去現(xiàn)場(chǎng)排查和確認(rèn)異常狀況。

歷史查詢功能是每個(gè)成熟的監(jiān)測(cè)類軟件不可或缺的一環(huán)，所顯示的任何數(shù)據(jù)及曲線皆從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取。

控制單元的控制對(duì)象主要有兩個(gè)：一是云臺(tái)控制器，將紅外測(cè)溫儀安裝在活動(dòng)云臺(tái)上，控制其旋轉(zhuǎn)角度即可改變監(jiān)控范圍：二是伺服電機(jī)，主要用來驅(qū)動(dòng)活動(dòng)式導(dǎo)軌上的云臺(tái)，優(yōu)點(diǎn)是通過移動(dòng)云臺(tái)自身的位置極大地?cái)U(kuò)充了監(jiān)測(cè)范圍。控制邏輯是讓每個(gè)云臺(tái)先按預(yù)設(shè)定的角度和軌道位置自動(dòng)掃描一遍，掃描完成后，若發(fā)現(xiàn)溫度異常，則自動(dòng)返回發(fā)現(xiàn)異常時(shí)的角度或位置進(jìn)行持續(xù)跟蹤監(jiān)視，并在界面提示報(bào)警：若無異常，則返回溫度最高區(qū)域?qū)?yīng)的云臺(tái)角度進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3軟件開發(fā)

SDK（軟件開發(fā)包）一般由設(shè)備廠家提供，目的是協(xié)助軟件人員進(jìn)行二次開發(fā)，內(nèi)含基本的采集方式和規(guī)范，以及一些可供程序調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫。不同設(shè)備廠家的SDK不一樣。本文以某進(jìn)口紅外測(cè)溫儀為例，該設(shè)備具備面測(cè)溫功能，即圖像視野內(nèi)的每一個(gè)像素點(diǎn)的溫度都可采集到，并通過以太網(wǎng)傳輸至工控機(jī)。再根據(jù)SDK將數(shù)據(jù)采集至內(nèi)存，做進(jìn)一步分析，最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

3.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)

使用數(shù)據(jù)庫可以高效且條理分明地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，它使人們能夠更加迅速和方便地管理數(shù)據(jù)，主要體現(xiàn)在：（1）數(shù)據(jù)庫可以結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)信息，方便進(jìn)行有效的檢索和訪問;（2）數(shù)據(jù)庫可以有效地保持?jǐn)?shù)據(jù)信息的一致性、完整性以及降低數(shù)據(jù)冗余;（3）數(shù)據(jù)庫可以滿足應(yīng)用的共享和安全方面的要求，把數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中在很多情況下也是出于安全的考慮。

在開發(fā)軟件時(shí)，通常會(huì)對(duì)需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的量級(jí)進(jìn)行大致評(píng)估，便于選取合適的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)。結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇利用SQL Server數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。

數(shù)據(jù)庫選型之后，應(yīng)合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表，根據(jù)高爐熱風(fēng)表溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及對(duì)溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的需求，科學(xué)設(shè)計(jì)各類數(shù)據(jù)庫表，主要包括：（1）初始化表，記錄了人機(jī)界面中各參數(shù)的設(shè)定值，如超溫報(bào)警值、升溫速率報(bào)警值。同時(shí)，記錄了各云臺(tái)的當(dāng)前預(yù)置位，伺服電機(jī)的當(dāng)前米數(shù)，方便在重啟計(jì)算機(jī)或軟件時(shí)重新加載數(shù)據(jù)，確保測(cè)溫儀當(dāng)前的位置和角度不丟失，保障測(cè)量的準(zhǔn)確性;（2）測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)匯總表，包含溫度值、時(shí)間、測(cè)量對(duì)象、測(cè)溫儀編號(hào)等字段。將每一個(gè)溫度值背后的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄下來，包含何時(shí)測(cè)量、由幾號(hào)測(cè)溫儀以何種角度所測(cè)、測(cè)量區(qū)域具體位置等信息;（3）報(bào)警表，含有報(bào)警時(shí)間、報(bào)警類型、報(bào)警對(duì)象、報(bào)警數(shù)值等字段。

3.2多線程技術(shù)

由于該軟件須從多個(gè)測(cè)溫儀采集視頻及溫度信號(hào)，為了合理地利用工控機(jī)硬件資源，同時(shí)兼顧軟件的運(yùn)行速度，因而在開發(fā)過程中，尤其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，將多線程技術(shù)作為有效的利用手段。

多線程技術(shù)是指程序中包含多個(gè)執(zhí)行流，即在一個(gè)程序中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的線程來執(zhí)行不同的任務(wù)，也就是說允許單個(gè)程序創(chuàng)建多個(gè)并行執(zhí)行的線程來完成各自的任務(wù)。它有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）使程序的響應(yīng)速度更快，因?yàn)橛脩艚缑婵梢栽谶M(jìn)行其他工作的同時(shí)一直處于活動(dòng)狀態(tài)，避免因?yàn)榫€程阻塞而導(dǎo)致人機(jī)界面出現(xiàn)“假死”狀態(tài);（2）占用大量處理時(shí)間的任務(wù)使用多線程可以提高CPU利用率，即占用大量處理時(shí)間的任務(wù)可以定期將處理器時(shí)間分配給其他任務(wù);（3）多線程可以分別設(shè)置優(yōu)先級(jí)，以優(yōu)化性能。

結(jié)合本軟件的實(shí)際情況，按測(cè)溫儀數(shù)量劃分，給每個(gè)數(shù)據(jù)源單獨(dú)分配一個(gè)線程，在各自線程中完成數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的整個(gè)過程。

4應(yīng)用實(shí)例

4.1項(xiàng)目概況

以遷鋼3#高爐熱風(fēng)系統(tǒng)紅外監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例，主要監(jiān)測(cè)對(duì)象為四個(gè)一字排開的熱風(fēng)爐以及L型熱風(fēng)總管。為此，設(shè)計(jì)了10個(gè)可監(jiān)測(cè)位置，支持5個(gè)紅外測(cè)溫儀同時(shí)在線監(jiān)測(cè)。為了使監(jiān)測(cè)范圍盡可能多的覆蓋熱風(fēng)爐爐體，在熱風(fēng)爐兩側(cè)設(shè)計(jì)并安裝了長(zhǎng)約60m且與熱風(fēng)爐排列方向平行的滑動(dòng)軌道，用來移動(dòng)云臺(tái)與測(cè)溫儀。對(duì)L型熱風(fēng)總管的監(jiān)測(cè)是在3個(gè)端點(diǎn)處采用固定式安裝的方式，通過云臺(tái)調(diào)整監(jiān)測(cè)角度?；瑒?dòng)軌道如圖2所示。

4.2信號(hào)傳遞

每個(gè)監(jiān)測(cè)位置均安裝配電集線箱，通過光纖網(wǎng)絡(luò)將溫度及圖像信號(hào)，途經(jīng)工業(yè)交換機(jī)，傳送至主控室的工控機(jī)。另外，軟件下發(fā)的控制信號(hào)，如云臺(tái)角度調(diào)整及滑軌上的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制，亦通過此網(wǎng)絡(luò)從工控機(jī)端傳輸至配電集線箱內(nèi)，再通過光電轉(zhuǎn)換模塊，將信號(hào)傳送至云臺(tái)及伺服電機(jī)控制器。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

4.3軟件應(yīng)用

運(yùn)行“熱風(fēng)系統(tǒng)紅外監(jiān)測(cè)軟件.exe”，顯示軟件運(yùn)行主畫面后，點(diǎn)擊“一鍵啟動(dòng)”按鈕，程序開始采集數(shù)據(jù)，并在界面上顯示實(shí)時(shí)的紅外圖像及溫度值。主界面如圖4所示。

紅外圖像在黑白色調(diào)模式下越明亮表示溫度越高，另可設(shè)閾值T，當(dāng)溫度超過T時(shí)，圖像像素變?yōu)榧t色，便于查看圖像中的高溫區(qū)域大致面積。超溫區(qū)域如圖5所示。

為了驗(yàn)證報(bào)警功能，將報(bào)警閾值S適當(dāng)降低為250°，軟件能快速捕捉到報(bào)警事件并彈出報(bào)警界面，提醒相關(guān)人員進(jìn)行確認(rèn)。報(bào)警界面如圖6所示。

從歷史曲線圖可以看出，熱風(fēng)爐表面溫度變化呈周期性規(guī)律，這跟熱風(fēng)爐交替處于燃燒和送風(fēng)兩種模式相關(guān)，實(shí)踐證明，爐皮溫度與爐內(nèi)風(fēng)溫的變化趨勢(shì)一致。歷史曲線圖如圖7所示。

5結(jié)束語

結(jié)果表明，基于C#的熱風(fēng)系統(tǒng)紅外監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行流暢，能迅速捕獲高溫異常點(diǎn)，能便捷從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)并展示歷史曲線，減少了操作人員的工作量，對(duì)熱風(fēng)系統(tǒng)的安全性提供了一層保障。