基于 C＃的鐵水連續測溫軟件的開發與應用

楊洺鎮 侯全師 王澴奇 王毅

摘要：目前，國內高爐生產過程中對鐵水的測溫方法主要是接觸式熱電偶測溫，優點是精度高，缺點是測溫不連續且消耗大。為了讓所測鐵水的溫度變化能實時反映高爐爐溫狀況，為高爐操作者提供參考，文章采用紅外熱輻射測溫方式，在出鐵口處對鐵水進行在線連續測溫，并在Visual Studio 2015 C＃平臺上開發了一款集視頻圖像顯示、溫度采集、云臺調節的多功能應用軟件。

關鍵詞：C＃；連續測溫；軟件開發

中圖法分類號：TP312文獻標識碼：A

Development and application of continuous temperature measurementsoftware for molten iron based on C#

YANG Mingzhen，HOUQuanshi，WANGHuanqi，WANG Yi

（Beijing GangyanXinye Engineering Technology Center Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

Abstract：Atpresent，the temperature measurement method for molten iron in the domestic blastfurnace production process is mainly contact thermocouple temperature measurement，which has theadvantage of high precision and the disadvantage of discontinuous temperature measurement andlarge consumption. In order to make the measured temperature change of molten iron reflect the blastfurnace temperature status in real time and provide reference for blast furnace operators，this articleadopts infrared thermal radiation temperature measurement method to continuously measure thetemperature of molten iron online at the tap hole，and then use Visual Studio 2015 to measure thetemperature of molten iron online. A multi-functional application software integrating video imagedisplay，temperatureacquisition，and PTZ adjustment has been developed on the C# platform.

Key words：C#，continuous temperature measurement，software development

1 引言

一般來說，開發一款 Windows 桌面應用軟件，可以選擇的編程語言眾多，如 C，C＋＋，C＃等。相較而言， C＃雖然運行效率不是最高的，但其開發速度快，且不含指針類型，避免了指針對內存的直接操作，在一定程度上提升了安全性[1]。此外，它還能定期清理動態分配的內存，自帶回收機制，預防內存溢出。另外，它擁有.NET 類庫的完全訪問權限，可輕松訪問 Windows API，支持的類庫和可直接調用的成熟控件眾多，從而有效地縮短了開發時間。

2 軟件功能設計

軟件功能主要包括視頻圖像模塊、溫度數據采集模塊、云臺控制模塊、通信診斷模塊以及歷史查詢模塊等5個部分。軟件各功能模塊如圖1所示。

視頻圖像模塊：將安裝在鐵口處的攝像機所采集的視頻圖像數據傳輸到工控機內，將圖像采集卡作為中轉站，進一步采集到內存，最終顯示在人機界面[2]。

溫度采集模塊：通過串口 RS485通信的方式，與測溫儀交換數據，實時采集測溫儀的內部環境溫度及目標溫度。

云臺控制模塊：通過轉動云臺，對準探測目標。可手動調節，也可開啟軟件自動追蹤功能進行微調整。

通信診斷模塊：軟件實時監測溫度數據，當硬線連接出現中斷或接觸不良，造成無法接收溫度信號或者存在大量丟包的現象時，會提示通信中斷字樣，提醒監測者聯系有關人員進行故障排查。

歷史查詢模塊：可查詢過往出鐵記錄，含當次出鐵的完整溫度曲線，及視頻圖像截圖。

3 軟件開發

3.1 視頻采集

對鐵口處的圖像數據進行采集，主要包含以下步驟：（1）開啟軟件，初始化所有成員變量，同時打開圖像采集卡；（2）識別采集卡型號，并設置源路，視頻制式，視頻格式，掃描模式等參數；（3）讀寫程序，通過回調函數 static? int? mylpSnapFunc1（ ref? DH _ CGCard. SNAP_INFO tf）實現圖像數據的傳遞；（4）通過控件PictureBox顯示圖像。

3.2 串口通信技術

3.2.1 概述

串口即串行通信接口，在工業控制領域，當計算機與儀器儀表設備進行數據交換時，選擇串口通信是很常見的方式。本文在 Visual Studio 2015 C＃環境下，利用AdamCom類來實現串口通信。

3.2.2 溫度采集

本軟件用某工控機的 RS485串口來采集溫度信號，根據測溫儀的通信規則，軟件須先向測溫儀發送請求電文，再接收返回的電文，并解析其中的數據，以得到溫度值。

整個數據交換過程在函數GetT （）內的 While 循環里完成，循環條件 B 為全局變量，用來控制循環的啟停。為了不影響主線程執行效率，將該過程放在新創建的線程 A 中，打開串口后 A 自動創建。每次循環完一次后，讓線程睡眠100毫秒，既降低了 CPU 實時占用率，又保證了適度的采樣頻率。采集邏輯如圖2所示。

3.2.3 云臺控制

本軟件中，可通過控制云臺水平和垂直方向的旋轉角度，使測溫儀快速對準鐵水流股。采用 RS485通信方式連接串口和云臺，控制協議為Pelco?D，通信速率為2400b/s。

傳輸數據為7個字節，其格式為：同步字節，地址，指令碼1，指令碼2，數據碼1，數據碼2，校驗碼。以向上轉動為例，其指令為：FF 010008002F 38。停止轉動指令為：FF 010000000001。

手動調節時，以向上轉動按鈕為例，將向上指令放在函數 private void button1_ MouseDown（）內，當按下鼠標時，會自動調用該函數，從而將指令發送給云臺。同理，將停止指令放在 private? void? button1_ MouseUp（）內，松開鼠標時被調用。對準鐵水后的視頻圖像如圖3所示。

除了手動調節模式，軟件還結合圖像處理技術，開發了自動追蹤模式。當檢測到測溫儀未對準鐵水后，程序會給云臺下發移動指令，直到對準鐵流為止[3]。自動追蹤模式順利實現的關鍵點在于準確判斷出十字圈與鐵水流股的相對位置。

當軟件判斷此時處于未對準狀態，且連續 N 幀均保持相同的狀態，則進入自動追蹤模式，工作原理如下。

（1）定位十字圈：識別十字圈輪廓所在的圓，得到圓心和半徑。本次開發時利用霍夫變換來識別圓，再通過 Cv2.HoughCircles（）函數的返回值得到圓心坐標及半徑。

（2）統計各分區內亮點數：分區示意圖如圖4所示，沿著十字圈水平和垂直方向各作兩條切線，將視頻圖像劃分為9個區域。統計當前幀圖像各分區內的亮點數，下發云臺移動的指令，直到十字圈（即區域5內）存在足夠多的亮點并且能檢測到溫度為止。

（3）根據各分區內的亮點分布情況，下發云臺移動的指令，如鐵水光亮區位于區域1內，則下發向上和向左的移動指令，直到十字圈（即區域5內）存在足夠多的亮點并且能檢測到溫度為止。

3.3 通信診斷

所謂通信診斷，即軟件對溫度和圖像等數據收發狀態的監聽和診斷，發生故障時自動記錄相應故障代碼。比如，當采集溫度數據出現丟包或完全中斷時，軟件會顯示故障名稱等字樣，并記錄。又如，環境溫度過高導致測溫儀啟動自我保護機制而停止工作時，軟件也會準確判斷并錄入數據庫，且提示操作人員，此時應當檢查冷卻氣是否正常開啟。同理，圖像數據丟失信號時，為引起有關人員留意，視頻畫面會藍屏顯示。

3.4 數據存儲和查詢

常用的數據庫有 MySQL，SQL? Server，Oracle ， Microsoft of Access 等，本項目選用了 SQL Server 數據庫完成數據的儲存。SQL Server 作為一種關系型數據庫，其存儲方式為表格式，將數據存在表格的行和列中。本項目創建了以下數據表：（1）初始化表，包含高爐名稱、鐵口名稱、坐標軸上下限等字段，在加載界面時將該數據表內的初始化參數讀入程序，在函數 private void Form_Load（）內執行；（2）歷史數據表，包含時間、鐵口名稱、編號、溫度值等字段，用來存放出鐵歷史數據；（3）故障記錄表，包含故障類型、時間、鐵口名稱等字段，記錄發生過的所有故障。

對數據庫的數據進行存儲、更新和查詢需要用到 SQL 語句，它的全名為結構化查詢語言（ Structured Query Language ，SQL），是對數據庫進行操作的一種語言。在進行歷史曲線查詢時，鼠標點擊查詢按鈕后，其響應事件中執行 SQL 語句“select ? from [歷史數據表] where 編號＝num order by 時間asc”，將溫度數據讀取到一個整型數組內，再在 panel 控件上畫出歷史曲線。

4 軟件應用

在實際應用中，軟件可測量并記錄高爐各個鐵口的出鐵情況，含開口時間、堵口時間、出鐵時長，瞬時溫度、小時平均溫度、整次鐵平均溫度等信息。鋼鐵廠的大數據中心或智慧中心可通過預留接口，遠程訪問數據庫中的故障記錄表，隨時掌握系統運行情況。此外，系統會以模擬量輸出的方式將鐵水溫度實時發送給高爐控制系統中的 PLC ，為操作人員提供準確且連續的溫度參考數據。

由于各鋼鐵廠高爐出鐵平臺除塵效果不同，對于出鐵過程中頻繁伴隨濃煙的情況，除了在硬件上對鏡頭增加吹掃系統，預防因鏡頭積灰導致測量結果偏低外，在軟件算法上也做了相應改進，最大限度消除煙塵給正常測量帶來的干擾。

軟件運行畫面如圖5所示，目前已在天津聯合特鋼、首鋼京唐公司等多家鋼鐵廠的高爐上應用，實現了對鐵口處鐵水溫度的在線連續性監測。實踐證明，該軟件運行良好，穩定可靠，能真實反映鐵水溫度變化情況。

5 結束語

結果表明，基于 C＃的鐵水連續測溫軟件的各個功能模塊均達到設計預期效果，不僅能在線連續測溫，還能通過視頻圖像觀察鐵口周圍情況。尤其在各鋼鐵廠陸續將出鐵平臺封閉化管理的背景下，它給操作人員遠程觀測出鐵狀況提供了直接且有效的手段。

參考文獻：

[1] 杜聰，杜文華，曾志強，等.基于 Visual C＃的圖像實時采集及處理[J].計算機工程與設計，2014，35（8）：2939?2943.

[2]吳曉華，梁哲，劉同來，等.基于 C＃的多線程 P2P 即時通信系統[J].電腦知識與技術，2021，17（36）：75?78.

[3] 卜也，孫芳，王春微，等.基于 C＃和 SQL Server 的肉牛養殖數據平臺開發[J].中國牛業科學，2021，47（6）：76?80.

作者簡介：

楊洺鎮（1988—），本科，研究方向：冶金行業計算機與自動化應用。