（模式識(shí)別與智能系統(tǒng)專業(yè)論文）高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 j j j j j j j j j j j j j j j j j j j jj i j j j j j j i 川j j j i j j l i j j j i j y 17 6110 2 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過 的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我 一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名：耋速逢 日期： 碰：絲左 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印 件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì) 論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括 以電子信息形式刊登) 論文的全部?jī)?nèi)容或中、英文摘要等部分內(nèi)容。論文的公布( 包括以電 子信息形式刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 研究生簽名：董苣蔓導(dǎo)師簽名：! 塵! 童日期： 摘要 摘要 高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)是高溫工業(yè)環(huán)境的特種閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，利用內(nèi)置攝像 頭的探頭伸入高溫爐內(nèi)觀察爐內(nèi)的工件運(yùn)行、物料熔化和火焰形狀等狀況，可以保證生 產(chǎn)安全，改善工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)監(jiān)控 和集中調(diào)度，并使安全管理人員和操作人員在及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題或隱患的同時(shí)，在操作室或 調(diào)度室就可以及時(shí)處理、解決問題或及時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)的工作人員和操作人員以防事故的發(fā) 生，可廣泛用于冶金、電力、建材、輕工、化工、機(jī)械等行業(yè)的加熱爐、蒸汽鍋爐、玻 璃熔融槽、燒結(jié)爐等工業(yè)高溫設(shè)備上。 首先，論文分析了高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)研究的背景、意義、相關(guān)技術(shù)及其研究 現(xiàn)狀；針對(duì)課題所需實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)各方面需求功能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并在此基礎(chǔ)上，規(guī) 劃了監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)思路和整體架構(gòu)。 接著，論文進(jìn)行了系統(tǒng)下位機(jī)軟硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?；趩纹瑱C(jī)的下位機(jī)控制器首 先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度、冷卻氣流量、冷卻氣壓力、冷卻水壓力傳感器 的模擬量信號(hào)，再將得到的實(shí)時(shí)參數(shù)顯示在控制箱的小型液晶屏上，并與上位機(jī)進(jìn)行實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)通訊；在溫度過高或風(fēng)壓過低或時(shí)間過限時(shí)，下位機(jī)控制器可實(shí)現(xiàn)探頭自動(dòng)退出 保護(hù)控制。在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和功能需求的基礎(chǔ)上，論文分別編寫和調(diào)試了下位機(jī)的 功能軟件。 然后，論文進(jìn)行了系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要分為組態(tài)界面和視頻v c 窗口兩 部分。依據(jù)“組態(tài)王開發(fā)工程的步驟，依次建立監(jiān)控系統(tǒng)工程，架構(gòu)整個(gè)工程的骨架， 詳細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能的各個(gè)畫面、定義和單片機(jī)連接的i o 設(shè)備、新建并關(guān)聯(lián)保存數(shù)據(jù)信 息的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立畫面的動(dòng)畫連接，運(yùn)行調(diào)試系統(tǒng)工程，最終實(shí)現(xiàn)所需的生動(dòng)形象直觀 的人機(jī)界面。最后利用集成了大量的s d k ( 軟件開發(fā)工具包) 函數(shù)的v c 4 0 4 p 視頻卡來(lái) 二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)視頻v c 窗口。 在上下位機(jī)都設(shè)計(jì)好的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了聯(lián)調(diào)測(cè)試，并對(duì)項(xiàng)目過程中的工作內(nèi)容做了 總結(jié)，提出了作者的體會(huì)和對(duì)產(chǎn)品改進(jìn)的展望。 關(guān)鍵詞：電視監(jiān)控探頭裝置單片機(jī)液晶模塊r s 4 8 5 組態(tài)王 a b s t r a c t a b s t r a c t t h et e l e v i s i o nm o n i t o r e ds y s t e mo fh i g ht e m p e r a t u r ef u r n a c ei sas p e c i a lc l o s e d c i r c u i t t e l e v i s i o ns y s t e m ，w h i c hw o r k e di nh i g ht e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t ，c a nb ep u td i r e c t l yi n t ot h e 1 1 i g ht e m p e r a t u r ef u r n a c et oo b s e r v et h ec o n d i t i o n , s u c ha st h eo p e r a t i o no fw o r k p i e c e ， m a t e r i a lm e l t i n g , f l a m es h a p ea n ds t ) o n t h e r e f o r e ，i tc a ne n s u r et h es a f e t yi np r o d u c t i o n , i m p r o v et h ew o r k i n ge n v i r o n m e n t ，r e d u c el a b o ri n t e n s i t y , e n h a n c et h eq u a l i t yo fp r o d u c t i o n , r e a l i z et h ep r o c e s so fp r o d u c t i o ns c h e d u l i n ga n dc e n t r a l i z e dm o n i t o r i n g a n da tt h es a m et i m e ， i tc a nr e m i n ds e c u r i t ym a n a g e m e n tp e r s o n a l so ro p e r a t o r st h eh i d d e nd a n g e ra n dq u e s t i o nt o n o t i c et h e mt oh a n d l e ，s o l v ep r o b l e mi nt i m eo rt op r e v e n tf r o mc a s eo fa c c i d e n t s i tc a nb e u s e di nm a n yt r a d e s ，i n c l u d i n gm e t a l l u r g y , p o w e r , b u i l d i n gm a t e r i a l s ，l i g h ti n d u s t r y , c h e m i c a l i n d u s t r ya n dm a c h i n e r yi n d u s t r y f i r s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，s i g n i f i c a n c e , r e l a t e dt e c h n o l o g ya n d r e s e a r c hs t a t u so ft h et e l e v i s i o nm o n i t o r e ds y s t e mo fh i 【g ht e m p e r a t u r ei n d u s t r i a lf u r n a c e t h e n , t h es u b j e c ts y s t e mf o ra l la s p e c t so fd e m a n df u n c t i o ni sa n a l y z e db r i e f l y a n do nt h e b a s i s ，t h eo v e r a l ld e s i g no ft h em o n i t o r i n gs y s t e mi sp l a n n e d ，i n c l u d i n gt h ed e s i g ni d e aa n d t h ew h o l es t r u c t u r e s e c o n d l y , t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h eh a r d w a r ea n dt h er e s p o n s es o f t w a r eo ft h e s y s t e mi sp r e s e n t e d t h ec o n t r o l l e ri sb a s e do ns i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r ( s c m ) ，i tg e t s a n a l o gs i g n a l st h r o u g hi t sa dc o n v e r s i o ni n t e r f a c e ，a n dt h e s ea n a l o gs i g n a l si n c l u d et h e s t a n d a r dc u r r e n ts i g n a l sb yt h et e m p e r a t u r es e n s o r ，c o o l i n ga i rf l o ws e n s o r , c o l da i rp r e s s u r e s e n s o ra n dw a t e rp r e s s u r es e n s o ro nt h es p o t t h ec o n t r o l l e rm a k e st h e s eo b t a i n e dr e a l - t i m e p a r a m e t e r sd i s p l a yi nt h el c d ( l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) a n di t c o m m u n i c a t e sw i t ht h e m o n i t o r i n gh o s t w h e nt h et e m p e r a t u r ei st o oh i g ho rt h ec o l da i rp r e s s u r ei st o ol o wo rt h e t i m ei st o ol o n gt ow o r k ，i ta l s oc a l lc o n t r o lt h ep r o b et o q u i ta u t o m a t i c a l l yt op r o t e c tt h e d e v i c e t h e na c c o r d i n gt ot h eh a r d w a r ed e s i g na n dr e q u i r e m e n t ，t h er e s p o n s es o f t w a r eo ft h e h a r d w a r ei sp r o g r a m m e da n dd e b u g g e d t h i r d l y , t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c eo nt e l e v i s i o n m o n i t o r e dc o n t r o ls y s t e ma n dv i d e ov cw i n d o wi sp r e s e n t e d a c c o r d i n gt ot h es t e p so ft h e ”k i n g v i e w ”d e v e l o p m e n tp r o j e c t ，e s t a b l i s h i n gm o n i t o r i n gs y s t e me n g i n e e r i n g , p l a n n i n go f t h ep r o j e c ta r c h i t e c t u r e ，a n dd e s i g n i n gi nd e t a i lt h ef r a m e w o r ko fe a c hf u n c t i o n a lp i c t u r e , d e f i n i n gi o ( i n p u t o u t p u t ) d e v i c e sw h i c hc o n n e c tw i t hs c m ，c r e a t i n ga n da s s o c i a t i n g d a t a b a s et os a v et h ep a r a m e t e r s ，e m b e d d i n gl a n g u a g et oo b t a i na n i m a t i o n sr e s u l t s ，r u n n i n g a n dd e b u g g i n gt h e p r o j e c ti s d o n es u c c e s s i v e l yt oa c h i e v et h en e e d e dv i v i di n t u i t i v e h u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e f i n a l l y , v i d e ov cw i n d o wi sd e s i g n e db yu s i n gt h ev i d e oc a r d ( v c 4 0 4 p ) s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) i n t e g r a t e df u n c t i o n s f i n a l l y , t h ec o n t r o l l e ra n dt h eh u m a n c o m p u t e ri sd e b u g g e da n dt e s t e dt o g e t h e ra f t e ra l l d e s i g nf i n i s h e d ，a n dt h ew o r ko fp r o j e c ti sm a d eas u m m a r y , a n dt h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k i sd i s c u s s e di nb r i e f l y k e y w o r d s ：t e l e v i s i o nm o n i t o rp r o b ed e v i c es i n g l e - c h i pm i c r o c o m p u t e r ( s c m ) l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ( l c d ) m o d u l er s 4 8 5k i n g v i e w h 目錄 目錄 j g 費(fèi)i a b s t r a c t i i 目錄l 第一章緒論1 1 1 課題研究的背景和意義1 1 2 相關(guān)技術(shù)及其研究現(xiàn)狀2 1 2 1 相關(guān)技術(shù)2 1 2 2 研究現(xiàn)狀3 1 3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容5 1 3 1 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5 1 3 2 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5 1 4 本文的章節(jié)脈絡(luò)安排5 第二章需求分析和總體設(shè)計(jì)7 2 1 監(jiān)控系統(tǒng)功能需求簡(jiǎn)析7 2 2 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)劃7 2 2 1 設(shè)計(jì)思路一8 2 2 2 整體架構(gòu)8 2 3 本章小結(jié)l o 第三章監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)l l 3 1 監(jiān)控系統(tǒng)探頭裝置分析1 l 3 1 1 探頭裝置簡(jiǎn)述l l 3 1 2 高溫針孔鏡頭。1 2 3 1 3c c d 攝像機(jī)1 2 3 1 4 冷卻保護(hù)系統(tǒng)1 2 3 2 基于單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)1 3 3 2 1 單片機(jī)的選型一1 3 3 2 2l c d 模塊設(shè)計(jì)15 3 2 3o s d 模塊設(shè)計(jì)1 7 3 2 4 通信接口設(shè)計(jì)。l9 3 2 5 模數(shù)接口設(shè)計(jì)2 0 3 2 6 的模塊設(shè)計(jì)2 l 3 2 7j t a g 接口設(shè)計(jì)- 2 4 3 3 基于單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)2 5 3 3 1 系統(tǒng)的初始化一2 5 3 3 2 模數(shù)采集函數(shù)2 6 3 3 3 按鍵檢測(cè)函數(shù)2 7 3 3 4 液晶顯示函數(shù)。2 8 3 3 5 字符疊加函數(shù)3 4 3 3 6 串口通訊函數(shù)3 5 3 3 7 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)一3 8 3 4 本章小結(jié)3 9 目求 第四章監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)4 0 4 1 監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)4 0 4 1 1 組態(tài)王簡(jiǎn)介4 0 4 1 2 建立系統(tǒng)工程4 2 4 1 3 界面架構(gòu)設(shè)計(jì)4 2 4 1 4 創(chuàng)建組態(tài)畫面4 3 4 1 5 定義1 0 設(shè)備5 2 4 1 6 數(shù)據(jù)庫(kù)及變量一5 3 4 1 7 建立動(dòng)畫連接。5 8 4 1 8 運(yùn)行和調(diào)試6 0 4 2v c 4 0 4 p 視頻卡的開發(fā)利用6 3 4 2 1v c 4 0 4 p 簡(jiǎn)介6 3 4 2 2v c 4 0 4 p 安裝6 4 4 2 3s d k 使用方法6 5 4 2 4 視頻窗口設(shè)計(jì)6 9 4 3 本章小結(jié)7 0 第五章監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試和聯(lián)調(diào)7 1 5 1 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)測(cè)試7 l 5 2 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)測(cè)試7 2 5 3 監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)測(cè)試7 3 第六章結(jié)束語(yǔ)7 4 6 1 主要工作7 4 6 2 體會(huì)心得7 4 6 3 研究展望。7 4 參考文獻(xiàn)7 5 附錄al c d 字符代碼表。7 8 附錄b 下位機(jī)硬件電路圖7 9 附錄c 下位機(jī)電路實(shí)物圖8 0 1 1 第一章緒論 1 1 課題研究的背景和意義 第一章緒論 工業(yè)爐是在工業(yè)生產(chǎn)中，利用燃料燃燒或電能轉(zhuǎn)化的熱量，將物料或工件加熱的熱 工設(shè)備【l 】。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)爐的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，如冶金工業(yè)的金屬 熔煉爐、礦石燒結(jié)爐和煉焦?fàn)t，石油工業(yè)的蒸餾爐和裂化爐，煤氣工業(yè)的發(fā)生爐，硅酸 鹽工業(yè)的水泥窯和玻璃熔化、玻璃退火爐，食品工業(yè)的烘烤爐等。 工業(yè)爐的加熱工藝、溫度控制和爐內(nèi)氣氛等，都會(huì)直接影響加工后的產(chǎn)品質(zhì)量。比 如在鍛造加熱爐內(nèi)，金屬的加熱溫度的上升，會(huì)降低變形阻力，但溫度過高會(huì)引起晶粒 長(zhǎng)大、氧化或過燒，嚴(yán)重影響工件質(zhì)量【2 】。在許多工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)爐能否安全穩(wěn)定運(yùn)行、 燃料燃燒是否充分，工件在爐內(nèi)的運(yùn)行狀況及火焰對(duì)爐壁的影響等小則關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量 的優(yōu)劣，大則關(guān)系到一個(gè)工廠或企業(yè)的生死存亡；此外，技術(shù)發(fā)展的日新月異，對(duì)生產(chǎn) 的要求越來(lái)越高，這就使得對(duì)工業(yè)爐生產(chǎn)進(jìn)行過程監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制變得至關(guān)重要。 高溫工業(yè)爐，顧名思義，工作在高溫環(huán)境的工業(yè)爐，其工作環(huán)境溫度極其高，可能 高達(dá)一千多度；作為工業(yè)爐的一個(gè)特殊分支，其加熱工藝、溫度控制和爐內(nèi)氣氛等同樣 會(huì)嚴(yán)重影響其產(chǎn)品質(zhì)量，因此更有必要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，但是一千多度的高溫對(duì)人來(lái)說是 不可能能承受的，所以爐內(nèi)的監(jiān)控只能依賴設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步， 工業(yè)企業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，企業(yè)不僅在規(guī)模上越來(lái)越大，而且在企業(yè)設(shè)備的智能化程 度上也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。很多設(shè)備通過自身所具有的微控制器和現(xiàn)代控制算法，已經(jīng)可 以對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的情況做出相應(yīng)的判斷。但是在類似冶金、化工、鋼鐵等需要高溫 工業(yè)爐設(shè)備的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，如何對(duì)工業(yè)爐設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控，簡(jiǎn)化監(jiān)控手段，提高監(jiān)控 效率，還是一個(gè)非常迫切需要解決的問題。 在高溫工業(yè)窯爐運(yùn)行自動(dòng)控制質(zhì)量要求日益提高的今天，除了盡量嚴(yán)格測(cè)量和控制 爐內(nèi)溫度等熱工參數(shù)之外，監(jiān)控爐內(nèi)燃燒實(shí)況( 包括火焰工作狀況) 也是實(shí)現(xiàn)燃燒式工 業(yè)窯爐穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能的重要措施。不少工廠在采用工業(yè)電視系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線上主要機(jī)械 設(shè)備和工序進(jìn)行成功監(jiān)控的同時(shí)，也開始考慮采用高溫工業(yè)電視系統(tǒng)對(duì)窯爐內(nèi)部運(yùn)行狀 況進(jìn)行監(jiān)控?；诖烁鞣N應(yīng)用于高溫環(huán)境的特種閉路電視裝置( 或設(shè)備或系統(tǒng)) 應(yīng)運(yùn)而 生，如常州華卓電子有限公司的s g - f l b 4 0 0 內(nèi)窺式高溫工業(yè)電視、s g f l b 9 0 0 內(nèi)窺式 拐角高溫工業(yè)電視、s g f l b l 2 0 0 加長(zhǎng)型內(nèi)窺式高溫工業(yè)電視和s g - l b 爐壁式內(nèi)窺式高 溫工業(yè)電視，常州科宇電子有限公司的s g - l b i 玻璃熔窯高溫工業(yè)電視、s g f l 5 2 0 鋼 鐵加熱爐高溫工業(yè)電視和s g f l 5 2 0 型內(nèi)窺式高溫工業(yè)電視系統(tǒng)，武漢華之洋光電系統(tǒng) 有限責(zé)任公司的h i t v - 3 型彩色高溫電視監(jiān)控系統(tǒng)等。這些閉路電視裝置( 或設(shè)備或系 統(tǒng)) 的基本工作原理都是將內(nèi)置攝像頭的探頭伸入高溫爐內(nèi)來(lái)觀察爐內(nèi)各種實(shí)況如火焰 形狀、物料熔化和工件運(yùn)行等以監(jiān)控爐內(nèi)工作狀況，能改善高溫工業(yè)爐的監(jiān)控環(huán)境，降 低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和難度、節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)能源和成本，同時(shí)和人工相比，能更好地提高產(chǎn) 品質(zhì)量和保證生產(chǎn)安全，也便于集中調(diào)度生產(chǎn)資源和自動(dòng)監(jiān)控生產(chǎn)過程，因而能顯著提 高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率和設(shè)備的安全性及使用壽命，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、電力、 建材、輕工、化工、機(jī)械等行業(yè)的加熱爐、蒸汽鍋爐、玻璃熔融槽、燒結(jié)爐等工業(yè)高溫 設(shè)備上。但是這些閉路電視裝置( 或設(shè)備或系統(tǒng)) 大都是探頭獲取圖像，控制箱操作設(shè) 備工作和現(xiàn)場(chǎng)讀取環(huán)境參數(shù)，沒有直觀的人機(jī)操作界面和直接的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)記錄，并且所 有的操作和數(shù)據(jù)的讀取都要求操作人員親自到現(xiàn)場(chǎng)的控制箱所在地，這些嚴(yán)重影響了其 使用效能，也和日益發(fā)展的科技創(chuàng)新潮流不符，因而它們的自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高。 壟塑- 犬蘭堡! ：蘭篁笙塞 隨著我國(guó)工業(yè)制造技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)高溫工業(yè)的技術(shù)要求也越來(lái)越高，高溫工業(yè) 爐的高效、節(jié)能、安全運(yùn)行顯得尤為重要，這就使得對(duì)窯爐內(nèi)部運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控很有 必要且提出了更為嚴(yán)格的要求，故而對(duì)高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)研究有著很高 的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題來(lái)源于常州市某電子有限公司高溫工業(yè)電視控制系統(tǒng)的改進(jìn) 項(xiàng)目，由于生產(chǎn)自動(dòng)化水平在經(jīng)過不斷改造后有了一定的提高，使得原有的控制系統(tǒng)已 經(jīng)不能匹配現(xiàn)有的技術(shù)水平和要求；本文以此為背景，詳細(xì)闡述基于微處理器和組態(tài)軟 件的高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 1 2 相關(guān)技術(shù)及其研究現(xiàn)狀 1 2 1 相關(guān)技術(shù) 高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)是高溫工業(yè)環(huán)境的特種閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，利用直接伸入 高溫爐內(nèi)內(nèi)置攝像頭的探頭觀察爐內(nèi)的工件運(yùn)行、物料熔化和火焰形狀等狀況，可以保 證生產(chǎn)安全，改善工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)集中調(diào)度和生產(chǎn)過程 的自動(dòng)監(jiān)控，并使安全管理人員或操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題或隱患，同時(shí)在操作室或調(diào)度 室及時(shí)處理、解決問題或提醒現(xiàn)場(chǎng)的工作人員和操作人員以防事故的發(fā)生【3 】，能廣泛用 于冶金、電力、建材、輕工、化工、機(jī)械等行業(yè)的加熱爐、蒸汽鍋爐、玻璃熔融槽、燒 結(jié)爐等工業(yè)高溫設(shè)備。 為了保證系統(tǒng)長(zhǎng)期安全工作，必須保證其壽命，而設(shè)備的壽命主要以其核心部件的 壽命而定，對(duì)高溫工業(yè)爐電視監(jiān)視系統(tǒng)而言，主要看攝像探頭中圖像傳感器的壽命。目 前高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)的攝像探頭一般均采用國(guó)際上先進(jìn)的圖像傳感器c d ( c h a r g ec o u p l e dd e v i c e ，電荷耦合器件) 。電荷耦合器件是7 0 年代才發(fā)展起來(lái)的新型 半導(dǎo)體表面器件，當(dāng)“器件”受光照以后，光為半導(dǎo)體吸收產(chǎn)生電子空穴對(duì)，電子被 吸引到勢(shì)阱中，形成電荷包，電荷包的大小反映了光的強(qiáng)弱，這樣就實(shí)現(xiàn)了光電信息間 的轉(zhuǎn)換；然后利用移位寄存器功能，將這些電荷包自掃描到輸出端，在二極管上產(chǎn)生的 電壓變化與電荷包的大小成正比，并經(jīng)過m d s 場(chǎng)效應(yīng)管輸出形成視頻信號(hào)【4 】；因此， 這種攝像機(jī)不存在惰性，無(wú)拖尾現(xiàn)象，靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)。 高溫工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)大都工作于高溫、高粉塵、大的照度差等高溫工業(yè)環(huán)境下， 因此設(shè)計(jì)高溫工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用于高溫工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要綜合考慮高溫、高粉塵、大的照 度差這三大因素的影響。從現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的這三大因素來(lái)分析，攝像機(jī)的整體防護(hù)尤為關(guān)鍵， 因?yàn)檎w防護(hù)能力強(qiáng)，攝像機(jī)及與之相配的各項(xiàng)功能、技術(shù)性能才能發(fā)揮其作用。 為了看到爐內(nèi)實(shí)況圖像，附帶有攝像頭的探頭要伸進(jìn)爐內(nèi)，這就要求伸進(jìn)爐內(nèi)的探 頭能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作在高溫的爐膛內(nèi)，因此，高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)的首要問題是如 何解決探頭在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作而不受損壞。最直接簡(jiǎn)單的方法是強(qiáng)制風(fēng)冷，即 向攝像機(jī)防護(hù)套內(nèi)吹入壓縮空氣，壓縮空氣從防護(hù)套前端出風(fēng)口流出，利用空氣的快速 流動(dòng)把其中的熱量帶走；同時(shí)為了防止不夠純凈甚至帶有油污粉塵的空氣對(duì)攝像機(jī)造成 傷害而影響其正常工作，把防護(hù)套做成雙層，讓壓縮空氣在夾層中流動(dòng)，而不吹入攝像 機(jī)所在的套芯。對(duì)高溫監(jiān)控系統(tǒng)所選用的各種冷卻方式之利弊進(jìn)行比較，結(jié)合工業(yè)高溫 爐工作的外部條件考慮，目前國(guó)內(nèi)外高溫監(jiān)控系統(tǒng)都偏向于選用水冷和氣冷卻保護(hù)技術(shù) h 。其中水冷卻保護(hù)技術(shù)原理是：在探測(cè)頭進(jìn)入高溫爐內(nèi)后，由于爐內(nèi)燃燒火焰產(chǎn)生大 量的熱輻射以及強(qiáng)烈的熱對(duì)流，使探測(cè)頭表面溫度急驟升高，采用水冷以強(qiáng)迫對(duì)流的方 式將熱量帶走。 綜上所述，高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn)： 1 ) 氣冷卻保護(hù)：整體防護(hù)罩的機(jī)械連接部分可采用橡膠墊封閉或在防護(hù)罩內(nèi)注入 壓縮空氣，以形成內(nèi)外壓差達(dá)到防塵的目鰣5 1 。一般利用探頭夾層內(nèi)通潔凈壓縮空氣， 2 第一章緒論 一方面帶走攝像機(jī)本身功耗及內(nèi)壁輻射熱量，另一方面防止?fàn)t內(nèi)微塵污染鏡頭，提供動(dòng) 態(tài)透明界面。同時(shí)流動(dòng)的壓縮空氣在探頭前端形成錐形氣流屏障即氣墻，空氣射流的卷 吸與摻混作用，阻止了爐內(nèi)煙塵對(duì)探頭的影響，保證了鈍化氧化層的穩(wěn)定性【6 】。 2 ) 水冷卻保護(hù)：采用循環(huán)的經(jīng)過濾的水降溫( 保護(hù)攝像機(jī)鏡頭，端機(jī)( 指長(zhǎng)距情 況下使用放大器或采用光纖傳輸所需的發(fā)送端機(jī)) 以及其它電氣部件，使其工作在j 下常 的溫度范臥5 。一般利用水套進(jìn)行強(qiáng)迫水冷，有效削弱爐壁對(duì)探頭罩的傳熱【6 】。 3 ) 為減少爐窯對(duì)設(shè)備的輻射熱，應(yīng)該考慮只將高溫鏡頭推進(jìn)爐膛，攝像機(jī)放在其 外；同時(shí)采用體積小的針孔鏡頭直接采集圖像信號(hào)，這樣可大大降低輻射面積。 4 ) 攝像機(jī)選型：電視監(jiān)視系統(tǒng)可大量采用c c d 固體攝像機(jī)，因?yàn)樗司哂幸话?攝像機(jī)的主要技術(shù)性能外、還兼有體積小、質(zhì)量輕、抗灼燒能力強(qiáng)、使用低電壓和數(shù)據(jù) 處理信號(hào)的提取方便等優(yōu)點(diǎn)。此外，選用耐高溫值高于攝像機(jī)的高溫鏡頭，僅鏡頭伸進(jìn) 爐內(nèi)，可減少冷卻面積且對(duì)冷卻保護(hù)的要求不致太高，因而更利于冷卻。 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的保護(hù)功能、較高的可靠性和自適應(yīng)性，整體防護(hù)冷卻系統(tǒng)應(yīng)滿足 特定的電氣、機(jī)械設(shè)備對(duì)環(huán)境條件的要求。為使系統(tǒng)安全可靠地工作，應(yīng)裝備必要的控 保裝置，對(duì)溫度、壓力、流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。不同的工作環(huán)境對(duì)攝像機(jī)有不同的要求， 如防雨、防塵，特殊場(chǎng)合還要求防輻射、防水等，室外工作時(shí)要求具有自動(dòng)調(diào)溫和遙控 雨刷等功能，因此攝像機(jī)防護(hù)罩的選擇要分場(chǎng)合和工作環(huán)境。 1 2 2 研究現(xiàn)狀 高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)是高溫工業(yè)爐自動(dòng)化的重要組成部分，隨著我國(guó)工業(yè)制造 技術(shù)的高速發(fā)展，高溫工業(yè)爐的高效、節(jié)能和安全運(yùn)行愈來(lái)愈引人注目；而工業(yè)自動(dòng)化 控制技術(shù)的全面提升和不斷進(jìn)步，使得高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)在高溫工業(yè)爐的監(jiān)控中 大量使用，顯著提高了工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率和設(shè)備的安全使用壽命【7 】；它可以完全替代 人工清晰、準(zhǔn)確、全面、實(shí)時(shí)地反映被加熱材料的狀態(tài)、顏色和尺寸等爐內(nèi)變化情況， 對(duì)提高生產(chǎn)過程的控制水平、減少?gòu)U品率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生 產(chǎn)成本和節(jié)約能源起到積極和重要的作用【8 】。 工業(yè)化之初，對(duì)高溫窯爐的監(jiān)控都是采取人工觀察，這樣人眼容易疲勞，直接人工 觀察也不安全，而且由于在爐外開小孔觀察，只能粗略的反映爐內(nèi)狀況，不能夠清晰、 準(zhǔn)確、全面地提供實(shí)時(shí)爐況，且增加了生產(chǎn)系統(tǒng)的人力負(fù)擔(dān)和生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因 此，發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)首先提出了采用高溫工業(yè)電視代替人工監(jiān)控高溫窯爐的方法。上世 紀(jì)7 0 年代以來(lái)，高溫工業(yè)電視在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用【9 】。 美國(guó)s p y r o m e t e r 型高溫工業(yè)電視系統(tǒng)采用視頻攝像和比色雙波長(zhǎng)紅外輻射測(cè) 溫兩項(xiàng)技術(shù)，在控制室內(nèi)用監(jiān)視器觀察和記錄窯內(nèi)火焰和燃燒情況，并采用顯示畫面選 擇所需的測(cè)溫區(qū)域，進(jìn)行多區(qū)域檢測(cè)點(diǎn)的溫度測(cè)量。其攝像頭采用潔凈空氣或水保護(hù)和 冷卻，壓縮空氣由系統(tǒng)內(nèi)的凈化裝置進(jìn)行處理。攝像機(jī)內(nèi)的測(cè)溫儀安裝在一個(gè)x y 平移 板上，可以掃描到攝像機(jī)范圍內(nèi)的任何地方。兩個(gè)光電管檢測(cè)器的工作光譜范圍，可以 精確地集中于o 8 微米和0 6 微米。通過比較這兩個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，并計(jì)算比率，可較好地 克服因粉塵模糊圖像輪廓，及被測(cè)對(duì)象和物料熱輻射系數(shù)變化造成的不良影響。 s p y r o m e t e r 型高溫工業(yè)電視系統(tǒng)有多種不同的配置，可以滿足監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制的各 種要求。該系統(tǒng)在水泥、造紙和玻璃等行業(yè)的燃燒式工業(yè)窯爐上進(jìn)行了成功的應(yīng)用，一 般可以獲得5 - - , 1 0 的節(jié)能效果【1 0 1 。 德國(guó)p i e p e r 高溫工業(yè)電視系統(tǒng)采用水冷和風(fēng)冷，最高可承受2 4 0 0 ；攝像機(jī)具有 電子調(diào)焦功能，能四周移動(dòng)和局部放大，得到的圖像十分清晰，攝像機(jī)的保護(hù)鏡片能轉(zhuǎn) 動(dòng)1 0 次；該系統(tǒng)帶有自動(dòng)退出裝置，當(dāng)遇到停水、停電等意外情況，能夠保護(hù)攝像系 統(tǒng)不被損壞。系統(tǒng)所有的功能都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在操作室就可實(shí)現(xiàn)所有功能自動(dòng)化 操作。 3 一 奎墮叁堂堡土蘭竺絲莖 為了保障高溫鍋爐安全而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，我國(guó)在上世紀(jì)8 0 年代從歐洲引入爐內(nèi)高溫 工業(yè)電視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)超高溫條件下的爐內(nèi)電視監(jiān)控，我國(guó)的高溫工業(yè)電視監(jiān)控技 術(shù)由此興起。 1 9 8 4 年由上海寶山鋼鐵總廠無(wú)縫鋼管廠引進(jìn)兩套德國(guó)公司生產(chǎn)的爐內(nèi)高溫工業(yè)電 視系統(tǒng)以監(jiān)控高溫鍋爐的運(yùn)行實(shí)況，首次實(shí)現(xiàn)了超高溫條件下的爐內(nèi)監(jiān)視，但因價(jià)格昂 貴、國(guó)內(nèi)爐型多異、系統(tǒng)安裝復(fù)雜等問題，遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)需要。1 9 8 7 年安徽大學(xué)無(wú)線 電廠與安徽省電力設(shè)計(jì)院、安慶石化總廠熱電廠共同研制成功了“m b 型高溫內(nèi)窺式工 業(yè)電視鍋爐火焰監(jiān)視系統(tǒng)” 4 1 ( 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)爐窯內(nèi)部的有效監(jiān)視，在許多情況下必 須將攝像探頭伸到其內(nèi)部，因此，探頭前部常處在極其高溫的環(huán)境中。因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)， 所以稱它為“內(nèi)窺式 高溫電視系統(tǒng)f i l 】) ，該監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、操作簡(jiǎn)便、圖像清晰 而穩(wěn)定，適用國(guó)內(nèi)使用的各種爐型，在廣州、沙角、九江、未陽(yáng)、合肥、淮南以及安慶 石化、揚(yáng)子石化等電廠投入使用，并且配套出口到國(guó)外。后來(lái)為了適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合， 分別設(shè)計(jì)出內(nèi)窺式、外窺式和水位電視等多種m b 型電廠鍋爐電視監(jiān)視系統(tǒng)。 常州科宇電子k y - x z 7 9 0 型內(nèi)窺拐視旋轉(zhuǎn)型高溫工業(yè)電視設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)采用微電機(jī)渦 旋傳動(dòng)方式帶動(dòng)攝像機(jī)及鏡頭進(jìn)行穩(wěn)定勻速的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)爐窯全方位的觀測(cè)，打破了固 定監(jiān)控的傳統(tǒng)格局。其出廠的全爐膛旋轉(zhuǎn)監(jiān)控高溫工業(yè)電視，通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行全爐膛監(jiān)控， 首創(chuàng)國(guó)內(nèi)技術(shù)，提高了全爐膛分析工作的效率。 伴隨著高溫工業(yè)電視的不斷發(fā)展，越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)及工藝逐漸被應(yīng)用到其中，同 時(shí)由于其能讓操作者通過監(jiān)視屏幕身臨其境地看到爐膛內(nèi)物料加熱、退火、垃圾焚燒燃 燒狀況及煤渣的燃燒火焰的真實(shí)圖像，即使在鍋爐點(diǎn)火及正常運(yùn)行突然出現(xiàn)異常情況時(shí) 也能給操作者提供真實(shí)可靠的圖像，且適用于各種直接燃燒燃料的鍋爐或窯爐的火焰或 物料監(jiān)測(cè)，高溫工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)也越來(lái)越被現(xiàn)代企業(yè)所重視。到現(xiàn)在，各種國(guó)產(chǎn)高溫 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，在鋼鐵、水泥、化工、 玻璃、電力、半導(dǎo)體、有色金屬、環(huán)保等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，逐漸取代同類進(jìn)口 產(chǎn)品成為國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的首選，這些高溫工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了高溫工業(yè) 生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，對(duì)提高生產(chǎn)過程的安全性、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性起到重要的 作用。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推出的高溫工業(yè)爐監(jiān)控裝置一般都是在吸收和消化國(guó)外公司相關(guān) 產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上，二次開發(fā)或直接引進(jìn)，大都采用高溫工業(yè)電視的模式即采用鏡頭 伸進(jìn)高溫工業(yè)爐爐內(nèi)獲取圖像，傳回到監(jiān)視器觀看，探頭裝置附近的控制箱控制探頭伸 進(jìn)退出。故一般都指向說明為高溫環(huán)境的特種閉路電視設(shè)備，不附帶真正的遠(yuǎn)程智能監(jiān) 控功能，只能監(jiān)視爐內(nèi)視頻，所有的操作都依賴現(xiàn)場(chǎng)控制箱完成。而且通過查找的資料 反饋來(lái)看，這種閉路電視設(shè)備基本以p l c 為控制器，采集攝像機(jī)溫度、探頭罩內(nèi)腔壓 力和停電參數(shù)，并進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，進(jìn)而控制探頭伸進(jìn)或退出。因而現(xiàn)有的高溫工業(yè)爐電 視監(jiān)控系統(tǒng)都或多或少的存在不足，以下列出一些常見的問題： 1 ) 現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、處理還沿用傳統(tǒng)的處理方法，容易造成 數(shù)據(jù)的不完整、不準(zhǔn)確、不及時(shí)，難以進(jìn)行保存，甚至可能出現(xiàn)人為的失誤。 2 ) 工作人員并不能對(duì)多個(gè)爐內(nèi)圖像同時(shí)監(jiān)控，一般只能一個(gè)屏幕觀看一個(gè)探頭的 圖像；操作也只能分別對(duì)每個(gè)控制箱控制，即不能同時(shí)操作幾個(gè)探頭裝置；這樣對(duì)需要 監(jiān)控幾個(gè)高溫工業(yè)爐的企業(yè)來(lái)說，并不能完整的了解整個(gè)工序狀況，從而可能造成生產(chǎn) 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)的不及時(shí)。 3 ) 采用p l c 控制技術(shù)，和當(dāng)前大都通用的具有針對(duì)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)的專用控 制器相比有很多不足，并且p l c 控制輔助設(shè)備體積相對(duì)比較大，使得控制終端體積大， 安裝生產(chǎn)都不方便。 4 ) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控一般除了圖像外，沒有其他的記錄，比如探頭工作情況記錄、設(shè) 置參數(shù)記錄、報(bào)警預(yù)警信息等，這些都是分析高溫工業(yè)爐正常工作不可或缺的判斷依據(jù)， 4 笙二里墮絲 一 因而對(duì)故障不能及時(shí)準(zhǔn)確解決，甚至影響設(shè)備的使用壽命。 這些常見的問題均會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，最終制約著企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提 高，因此有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。從體積和現(xiàn)有的技術(shù)方面考慮用單片機(jī) 代替p l c 進(jìn)行控制，這樣既可以減小體積，又可以利用單片機(jī)小巧靈活又高度集成的 中央處理器功能。 1 3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 本課題高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)，以單片機(jī)為控制器，集實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和實(shí)時(shí) 參數(shù)采集于一體，具備形象的人機(jī)監(jiān)控界面，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息反饋、實(shí)況圖像監(jiān) 控、自動(dòng)退出保護(hù)和預(yù)警提示等功能。 1 3 1 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在充分分析監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求和參考現(xiàn)有的高溫爐監(jiān)控設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì) 監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分由工控機(jī)、打印機(jī)、高溫探頭罩、現(xiàn)場(chǎng)控制箱( 下位機(jī)控制器) 等組 成：其中高溫探頭罩、自動(dòng)退出裝置基本是在現(xiàn)有的爐用高溫工業(yè)電視設(shè)備原有系統(tǒng)上 改造利用的，新配備工控機(jī)、打印機(jī)以實(shí)現(xiàn)形象化的人機(jī)操作界面和圖片數(shù)據(jù)打印的功 能。硬件設(shè)計(jì)部分主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)控制箱的主控板的單片機(jī)上，單片機(jī)是整個(gè)硬件部分 的控制中心，設(shè)計(jì)模數(shù)a d 電路獲取傳感器采集到的現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù)，設(shè)計(jì)i o 電路檢 測(cè)和控制探頭裝置工作及指示設(shè)備工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)字符疊加模塊疊加字符到視頻卡采集 的圖像信號(hào)中，設(shè)計(jì)液晶顯示電路實(shí)時(shí)顯示參數(shù)，設(shè)計(jì)串口和上位機(jī)界面通信。 2 監(jiān)控系統(tǒng)主控板的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 作為系統(tǒng)核心功能的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)各項(xiàng)功能的核心和載體。在硬件 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)采集或轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù)，控制液晶屏顯示，把獲取的參數(shù) 疊加到視頻信號(hào)中，控制探頭伸進(jìn)退出、自動(dòng)退出探頭、前后限位探頭及給出報(bào)警信息 等功能，綜合利用單片機(jī)的資源，對(duì)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，劃分系統(tǒng)的各個(gè) 軟件實(shí)現(xiàn)模塊，并據(jù)此分別編寫各個(gè)模塊的c 語(yǔ)言源程序。 1 3 2 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)然離不開監(jiān)控界面，為了讓人方便直觀地監(jiān)視和控制系統(tǒng)，在工控機(jī)中 利用組態(tài)軟件“k i n g v i c w ”( 組態(tài)王) 平臺(tái)設(shè)計(jì)生動(dòng)形象的人機(jī)操作界面?？紤]需求， 配合下位機(jī)功能要求分別設(shè)計(jì)了主窗口、參數(shù)設(shè)置、報(bào)表、查詢和頁(yè)眉等畫面，并為實(shí) 現(xiàn)界面功能寫入各種組態(tài)王命令語(yǔ)言，將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合以方便查詢。人機(jī)操作 界面模擬現(xiàn)場(chǎng)裝置操作和動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)警示運(yùn)行環(huán)境參數(shù)過高和過限并自動(dòng)退出探頭裝 置( 和主控板配合) 、視頻采集觀看( v c 視頻窗口實(shí)現(xiàn)) 、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等功能。 2 視頻卡v c 窗口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 利用天敏公司的v c 4 0 4 p 視頻卡采集攝像頭信號(hào)獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像，為了能將采集到視 頻在應(yīng)用窗口顯示，依照開發(fā)包的函數(shù)流程和設(shè)計(jì)格式，在開發(fā)環(huán)境m i c r o s o f tv i s u a l c + + 6 o 中設(shè)計(jì)v c 視頻窗口，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀看、隨時(shí)錄像、切換窗口和同時(shí)顯示等功能， 以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行監(jiān)控。 1 4 本文的章節(jié)脈絡(luò)安排 本課題的目標(biāo)是結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)和高溫工業(yè)爐的自身特點(diǎn)，研究和 5 東南大學(xué)碩i ：學(xué)位論義 設(shè)計(jì)高溫工業(yè)爐電視監(jiān)控系統(tǒng)，課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)在高溫工業(yè)爐應(yīng)用的監(jiān)控系 統(tǒng)。 第一章是緒論，介紹該課題的背景和意義，高溫工業(yè)爐監(jiān)控的相關(guān)技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀， 并概述本課題需要研究的內(nèi)容。 第二章是系統(tǒng)總體需求分析及設(shè)計(jì)，在簡(jiǎn)析了系統(tǒng)功能需求分析的后，給出系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì)規(guī)劃，考慮了簡(jiǎn)單的思路并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體架構(gòu)。 第三章是系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)的需求出發(fā)，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分別 進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并依此對(duì)系統(tǒng)的硬件及相應(yīng)的軟件各個(gè)組成部分進(jìn)行詳 細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先分析和介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分( 探頭裝置及其四個(gè)主要組 成部分) ；接著選擇單片機(jī)型號(hào)，并以此為核心進(jìn)行控制中心的硬件設(shè)計(jì)，包括l c d 模 塊、o s d 模塊、通信接口、模數(shù)接口、i o 模塊及j t a g 接口設(shè)計(jì)；然后編寫相應(yīng)的底 層c 語(yǔ)言程序以實(shí)現(xiàn)硬件的功能。 第四章是系統(tǒng)上位機(jī)的設(shè)計(jì)。在介紹了開發(fā)平臺(tái)“組態(tài)王 的后，依照組態(tài)王開發(fā) 過程進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后利用視頻卡的集成函數(shù)開發(fā)了視頻v c 窗口 以查看視頻信息。 第五章是系統(tǒng)測(cè)試和聯(lián)調(diào)。上位機(jī)和下位機(jī)分別進(jìn)行了簡(jiǎn)要測(cè)試，并對(duì)下、上位機(jī) 進(jìn)行了聯(lián)調(diào)測(cè)試。 最后對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)過程做了一個(gè)總結(jié)，介紹作者在其中所承擔(dān)的工作，研究心得和 收獲，以及仍然存在或可以進(jìn)一步研究解決的問題。 6 第二章需求分析和總體設(shè)計(jì) 第二章需求分析和總體設(shè)計(jì) 2 1 監(jiān)控系統(tǒng)功能需求簡(jiǎn)析 對(duì)高溫工業(yè)爐進(jìn)行監(jiān)控，首先需要獲取爐內(nèi)視頻信號(hào)以掌握爐內(nèi)實(shí)時(shí)狀況，這依賴 于探頭裝置中的攝像鏡頭可以完成；設(shè)備的安全運(yùn)行與否完全取決于伸進(jìn)高溫工業(yè)爐的 探頭和鏡頭