加热炉内钢坯温度监测系统及信息共享平台研发

摘要

冶金行业是国家重要的基础，近几年来，随着供给侧结构性改革的持续推进，钢铁行业产业结构不断优化，市场环境明显改善，行业效益大增，具有广阔的发展前景。其中，步进式加热炉在轧钢工艺中被广泛使用，是不可或缺的存在。通过对加热炉内钢坯温度实时精确的测量，可以更加及时地对炉内钢坯温度进行控制，更加有效的分析钢坯均匀性及温升变化过程，对加热工艺的优化改进、钢坯质量的保证都有着重要意义。 目前，热电偶测温由于其测量数据精确可靠的优势，成为冶金行业中使用最广泛的测温手段，大量应用于炉膛温度测量中。然而在应用于加热炉时，由于接触式测温方式的限制，热电偶测温只能测得固定区域炉气温度，大致推算出钢坯温度，存在较大的波动及不确定性。因此，如何做到实时精确测量钢坯表面温度，变“经验型控制”为“数据型控制”，具有较高的研究价值。为解决上述问题，本文基于比色测温原理设计开发了一套加热炉内钢坯温度监测及信息共享系统，利用红外面阵CCD相机直接获取炉内钢坯图像进行温度测量。本系统连接了加热炉PLC，在获取了其加热过程参数后，结合炉内红外图像信息进行分析计算，得出钢坯实时温度，并将得到的温度计算结果及炉内图像存储到FTP服务器中，利用远程访问客户端或手机APP，实现数据远程访问。另外将实时视频画面通过共享内存技术及流媒体视频服务器接入内网，实现炉内视频画面实时远程观看。该系统的投入对提高加热控制精度、产品质量及信息化管理水平均起到重要作用。 本论文主要包含以下几项工作内容: (1)简要介绍了大致的测温方法及其分类，从非接触式测温分支出发，通过介绍普朗克定律等相关理论知识引出系统所采用的比色测温基本原理; (2)介绍了钢坯温度监测系统及信息共享平台整体硬件结构及其大致工作流程，并对其中一些主要硬件进行了详细说明，如:红外面阵探测器、信号传输及光电转化器件、图像数据共享模块等。其中包括通过流媒体视频服务器进行视频图像转发传输供远程实时观看。 (3)用VS开发环境，基于MFC框架开发编写了钢坯温度监测系统软件，在文中描述了系统软件工作过程，对主程序中的界面功能及用户操作做出了详尽说明。并且建立FTP服务器进行数据存储，编写对应客户端进行远程访问操作; (4)通过渐晕补偿、温度标定等过程建立测温模型，结合现场实际情况分析并对模型进行修正，然后进行相关实验验证。此外，详细介绍了系统主程序与PLC间的通讯过程，基于OPC数据通信由L1服务器端获取PLC内加热过程参数，利用钢坯识别结合PLC参数进行温度计算修正; (5)使用灰度变换、伪彩处理、图像锐化等手段对显示画面进行增强处理，提高目标辨识度便于观察;使用线性空间滤波进行灰度处理降低图像随机椒盐噪声得到更加准确的灰度数值; (6)最后在文中罗列出黑匣子实验数据与系统测量温度进行对比，并给出结果分析。