基于C#的高爐熱風系統(tǒng)表溫測量軟件的開發(fā)與應用

楊沼鎮(zhèn) 侯全師 王澴奇 王毅

關鍵詞：C#;紅外測溫;軟件開發(fā)

1引言

C#是一種精確、簡單、安全、面向對象的編程語言，同時是開發(fā)Windows桌面應用時被廣泛使用的語言。將其應用在高爐熱風系統(tǒng)的紅外測溫領域中，不僅能夠利用其強大的開發(fā)平臺直接調用成熟的控件，在設計人機界面時更加友好和快捷，還能提升應用軟件的語言簡潔性、安全性、可靠性。

2軟件設計

基于C#的高爐熱風系統(tǒng)表溫監(jiān)測軟件在開發(fā)時應合理設計整體架構及各個功能模塊，切實整合多個測溫探頭的溫度數(shù)據(jù)，完善各硬件的控制邏輯，優(yōu)化軟件數(shù)據(jù)處理時的響應速度，保證各個環(huán)節(jié)高質量的良好運轉，使該監(jiān)測系統(tǒng)更加智能化和現(xiàn)代化。

軟件的構成包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析以及控制單元、報警單元、歷史查詢等6個部分。軟件結構如圖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，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)進一步采集到內存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和圖像顯示做準備。

數(shù)據(jù)分析階段則需實現(xiàn)兩個功能：（1）實時比較當前溫度與報警閾值溫度，判斷是否超溫;（2）分析溫度變化趨勢，判斷是否存在短期內溫度飆升的異常狀況。

數(shù)據(jù)存儲階段是將所有實時溫度數(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。

報警單元是當發(fā)生超溫或升溫速率過快時，軟件界面給出相應提示，及時引起主控室操作人員的注意，提醒其聯(lián)系維護人員去現(xiàn)場排查和確認異常狀況。

歷史查詢功能是每個成熟的監(jiān)測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)庫中調取。

控制單元的控制對象主要有兩個：一是云臺控制器，將紅外測溫儀安裝在活動云臺上，控制其旋轉角度即可改變監(jiān)控范圍：二是伺服電機，主要用來驅動活動式導軌上的云臺，優(yōu)點是通過移動云臺自身的位置極大地擴充了監(jiān)測范圍?？刂七壿嬍亲屆總€云臺先按預設定的角度和軌道位置自動掃描一遍，掃描完成后，若發(fā)現(xiàn)溫度異常，則自動返回發(fā)現(xiàn)異常時的角度或位置進行持續(xù)跟蹤監(jiān)視，并在界面提示報警：若無異常，則返回溫度最高區(qū)域對應的云臺角度進行重點監(jiān)測。

3軟件開發(fā)

SDK（軟件開發(fā)包）一般由設備廠家提供，目的是協(xié)助軟件人員進行二次開發(fā)，內含基本的采集方式和規(guī)范，以及一些可供程序調用的動態(tài)鏈接庫。不同設備廠家的SDK不一樣。本文以某進口紅外測溫儀為例，該設備具備面測溫功能，即圖像視野內的每一個像素點的溫度都可采集到，并通過以太網(wǎng)傳輸至工控機。再根據(jù)SDK將數(shù)據(jù)采集至內存，做進一步分析，最后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。

3.1數(shù)據(jù)庫技術

使用數(shù)據(jù)庫可以高效且條理分明地存儲數(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)庫可以結構化存儲大量的數(shù)據(jù)信息，方便進行有效的檢索和訪問;（2）數(shù)據(jù)庫可以有效地保持數(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，通常會對需要存儲數(shù)據(jù)的量級進行大致評估，便于選取合適的數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。結合本系統(tǒng)的實際情況，選擇利用SQL Server數(shù)據(jù)庫來進行相關數(shù)據(jù)的存儲和查詢。

數(shù)據(jù)庫選型之后，應合理設計數(shù)據(jù)庫表，根據(jù)高爐熱風表溫監(jiān)測系統(tǒng)的特點以及對溫度數(shù)據(jù)實時性的需求，科學設計各類數(shù)據(jù)庫表，主要包括：（1）初始化表，記錄了人機界面中各參數(shù)的設定值，如超溫報警值、升溫速率報警值。同時，記錄了各云臺的當前預置位，伺服電機的當前米數(shù)，方便在重啟計算機或軟件時重新加載數(shù)據(jù)，確保測溫儀當前的位置和角度不丟失，保障測量的準確性;（2）測溫數(shù)據(jù)匯總表，包含溫度值、時間、測量對象、測溫儀編號等字段。將每一個溫度值背后的對應關系記錄下來，包含何時測量、由幾號測溫儀以何種角度所測、測量區(qū)域具體位置等信息;（3）報警表，含有報警時間、報警類型、報警對象、報警數(shù)值等字段。

3.2多線程技術

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

多線程技術是指程序中包含多個執(zhí)行流，即在一個程序中可以同時運行多個不同的線程來執(zhí)行不同的任務，也就是說允許單個程序創(chuàng)建多個并行執(zhí)行的線程來完成各自的任務。它有三個優(yōu)點：（1）使程序的響應速度更快，因為用戶界面可以在進行其他工作的同時一直處于活動狀態(tài)，避免因為線程阻塞而導致人機界面出現(xiàn)“假死”狀態(tài);（2）占用大量處理時間的任務使用多線程可以提高CPU利用率，即占用大量處理時間的任務可以定期將處理器時間分配給其他任務;（3）多線程可以分別設置優(yōu)先級，以優(yōu)化性能。

結合本軟件的實際情況，按測溫儀數(shù)量劃分，給每個數(shù)據(jù)源單獨分配一個線程，在各自線程中完成數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的整個過程。

4應用實例

4.1項目概況

以遷鋼3#高爐熱風系統(tǒng)紅外監(jiān)測項目為例，主要監(jiān)測對象為四個一字排開的熱風爐以及L型熱風總管。為此，設計了10個可監(jiān)測位置，支持5個紅外測溫儀同時在線監(jiān)測。為了使監(jiān)測范圍盡可能多的覆蓋熱風爐爐體，在熱風爐兩側設計并安裝了長約60m且與熱風爐排列方向平行的滑動軌道，用來移動云臺與測溫儀。對L型熱風總管的監(jiān)測是在3個端點處采用固定式安裝的方式，通過云臺調整監(jiān)測角度。滑動軌道如圖2所示。

4.2信號傳遞

每個監(jiān)測位置均安裝配電集線箱，通過光纖網(wǎng)絡將溫度及圖像信號，途經(jīng)工業(yè)交換機，傳送至主控室的工控機。另外，軟件下發(fā)的控制信號，如云臺角度調整及滑軌上的伺服電機轉動控制，亦通過此網(wǎng)絡從工控機端傳輸至配電集線箱內，再通過光電轉換模塊，將信號傳送至云臺及伺服電機控制器。系統(tǒng)構成如圖3所示。

4.3軟件應用

運行“熱風系統(tǒng)紅外監(jiān)測軟件.exe”，顯示軟件運行主畫面后，點擊“一鍵啟動”按鈕，程序開始采集數(shù)據(jù)，并在界面上顯示實時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模式下越明亮表示溫度越高，另可設閾值T，當溫度超過T時，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。

為了驗證報警功能，將報警閾值S適當降低為250°，軟件能快速捕捉到報警事件并彈出報警界面，提醒相關人員進行確認。報警界面如圖6所示。

從歷史曲線圖可以看出，熱風爐表面溫度變化呈周期性規(guī)律，這跟熱風爐交替處于燃燒和送風兩種模式相關，實踐證明，爐皮溫度與爐內風溫的變化趨勢一致。歷史曲線圖如圖7所示。

5結束語

結果表明，基于C#的熱風系統(tǒng)紅外監(jiān)測軟件運行流暢，能迅速捕獲高溫異常點，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，對熱風系統(tǒng)的安全性提供了一層保障。