石長(zhǎng)華

（景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

目前，常見(jiàn)的測(cè)溫槍為人工手動(dòng)測(cè)溫、預(yù)埋傳感器測(cè)溫、光纖測(cè)溫、無(wú)線傳感器測(cè)溫等。但是，測(cè)溫槍技術(shù)是專業(yè)技術(shù)工人通過(guò)輪詢的方式進(jìn)行的分時(shí)段的階段性的溫度測(cè)量。而且，人工手動(dòng)測(cè)溫對(duì)于工作人員本身也存在非常大的安全隱患。熱電偶自動(dòng)測(cè)溫技術(shù)和傳統(tǒng)測(cè)溫槍一樣，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)全景可視場(chǎng)內(nèi)的溫度自動(dòng)檢測(cè)[1]，且容易發(fā)熱燒壞。光纖測(cè)溫技術(shù)施工難度大、布線管理成本高、容易發(fā)生折斷。無(wú)線傳感器與自組件聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)溫這種方式其也就是屬于直接選擇某些需要測(cè)溫的熱點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫，且無(wú)線傳感器的使用電量有限，組網(wǎng)不穩(wěn)定，抗干擾能力差，無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)無(wú)線可視數(shù)字化測(cè)溫監(jiān)測(cè)。

基于以上提出一種基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)測(cè)溫技術(shù)的非接觸式專用高溫加熱工業(yè)爐具的測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)。此溫控系統(tǒng)主要采用紅外技術(shù)CCD，黑體紅外輻射控制，采用智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全程全角度的實(shí)時(shí)高溫溫控監(jiān)測(cè)。提高工業(yè)測(cè)溫的測(cè)量精度和測(cè)溫速度，與最新的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)相互融合，與整個(gè)企業(yè)內(nèi)部的溫度DCS相對(duì)接，不受工業(yè)距離和工作地域的因素影響，做到實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)和測(cè)溫控制。

1 陶瓷爐高溫工業(yè)爐測(cè)溫系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架

陶瓷爐高溫工業(yè)爐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫管理系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架如圖1所示，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)，把目前傳統(tǒng)的陶瓷爐高溫工業(yè)爐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫管理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫部分技術(shù)作為一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)系統(tǒng)中的高溫探測(cè)器部分，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算[2]，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的高溫監(jiān)測(cè)過(guò)程控制。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)框架

2 高溫工業(yè)爐測(cè)溫系統(tǒng)感知層探測(cè)器部分系統(tǒng)圖

感知層的溫度探測(cè)器主要通過(guò)雙紅外比色測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)[3]。由于爐內(nèi)的高溫環(huán)境會(huì)對(duì)探測(cè)器造成損害，因此在探頭和爐壁之間采用氮?dú)饫鋮s技術(shù)。推進(jìn)器液壓制動(dòng)部分可直接通過(guò)采用位于推進(jìn)器燃?xì)飧變?nèi)的自動(dòng)壓縮空氣制動(dòng)進(jìn)行液壓制動(dòng)。通過(guò)交換機(jī)、編碼器的編碼、光電轉(zhuǎn)換器的信號(hào)轉(zhuǎn)換以及ZIGBEE無(wú)線技術(shù)等技術(shù)互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)電氣部分的控制。無(wú)線通信控制技術(shù)使多種設(shè)備直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間互聯(lián)，再把這些使用數(shù)據(jù)線通過(guò)傳送連接到一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上的電子服務(wù)器。最后可以直接實(shí)現(xiàn)與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)層和傳輸層的數(shù)據(jù)交互使用和連接，遠(yuǎn)距離層面的數(shù)據(jù)線傳輸也可直接采用無(wú)線網(wǎng)或光纖。如圖2所示。

圖2 感知層探測(cè)器系統(tǒng)圖

前端現(xiàn)場(chǎng)成像探頭利用小孔成像原理制作而成。為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境對(duì)攝像頭進(jìn)行降溫保護(hù)。探頭的鏡片采用藍(lán)寶石經(jīng)高溫固化耐高溫處理制成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷爐高溫工業(yè)爐內(nèi)燃燒工作情況的實(shí)時(shí)控制監(jiān)測(cè)。探頭內(nèi)部采用特制的高密度光學(xué)鏡片，可以通過(guò)采用旋轉(zhuǎn)式或拉幕式在濾波片上來(lái)進(jìn)行光路切換，達(dá)到理想的高對(duì)比色率和光路數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和采集。數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過(guò)高頻數(shù)字編碼器的高速編碼壓縮，傳輸，存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)高頻電磁光電微波信號(hào)高速轉(zhuǎn)換后再遠(yuǎn)程上傳至用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或者云計(jì)算中的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

3 高溫工業(yè)爐測(cè)溫系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模型圖

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)模型大致可以分為三層:感知層，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸層，應(yīng)用管理層。根據(jù)此三層架構(gòu)，重新設(shè)計(jì)了基于此三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工業(yè)高溫陶瓷爐工業(yè)爐的自動(dòng)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)，如圖3所示，其中企業(yè)應(yīng)用此三層架構(gòu)可對(duì)企業(yè)底層系統(tǒng)傳輸?shù)臏y(cè)溫?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)控。主要功能是在企業(yè)控制管理中心的移動(dòng)終端上自行安裝企業(yè)控制中心操作系統(tǒng)軟件。再利用互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者專線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)感知傳輸層和企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算平臺(tái)[4]的無(wú)縫連結(jié)。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模型

原始采集數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)后利用溫度處理軟件和大數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行分析，最后利用數(shù)據(jù)建立關(guān)于溫度建模。對(duì)于有保密安全技術(shù)機(jī)密用于數(shù)據(jù)的行使需求的用戶可以將數(shù)據(jù)在ipsan中的存儲(chǔ)。一旦陶瓷爐高溫工業(yè)爐內(nèi)出現(xiàn)故障報(bào)警燈，報(bào)警信號(hào)會(huì)通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用直接在工作人員的終端上發(fā)出報(bào)警信號(hào)。出于對(duì)企業(yè)機(jī)密數(shù)據(jù)的保護(hù)，可以對(duì)查看設(shè)置權(quán)限，相關(guān)人員只能查看自己職責(zé)權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，同業(yè)也只能在自己權(quán)限內(nèi)做出相應(yīng)的處置。

4 數(shù)據(jù)的輸出結(jié)果

根據(jù)比色法的測(cè)溫計(jì)算原理，對(duì)此時(shí)圖像在被處理過(guò)的雙射線波長(zhǎng)下的圖像灰度值和圖像值進(jìn)行測(cè)溫計(jì)算[5]，于是就能夠精確得到此時(shí)的圖像溫度。根據(jù)爐內(nèi)的實(shí)際工況加熱情況，操作技術(shù)人員隨時(shí)可自由選擇不同的區(qū)域，于是工作人員就可以根據(jù)需要對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量。測(cè)量分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 爐管溫度監(jiān)測(cè)圖

圖4是某大型陶瓷爐內(nèi)的兩個(gè)爐管受熱溫度變化監(jiān)測(cè)曲線圖，畫(huà)面中所顯示的爐管是經(jīng)熱處理后的兩個(gè)爐管，在其爐體表面分別設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用戶幾乎可以同時(shí)地觀看到兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的爐管實(shí)時(shí)出爐溫度。同時(shí)，用戶也可以通過(guò)右鍵點(diǎn)擊或滑動(dòng)拖拽鼠標(biāo)的多種方式，選取其他用戶想要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的爐內(nèi)溫度測(cè)量點(diǎn)或監(jiān)測(cè)線，在線進(jìn)行測(cè)量計(jì)算出每個(gè)待被監(jiān)區(qū)域溫度值從未實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度的實(shí)時(shí)全視場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析目前應(yīng)用高溫爐藝工業(yè)爐的爐內(nèi)溫度控制測(cè)量方法，采用紅外非接觸式溫度測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)軟件架構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)非接觸式全景溫度測(cè)溫的應(yīng)用同時(shí)，突破傳統(tǒng)測(cè)溫方法受到元器件使用壽命、布線復(fù)雜、傳輸質(zhì)量差、造價(jià)高、人身安全隱患等因素的制約，可以對(duì)高溫爐內(nèi)溫度進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。通過(guò)軟件和大數(shù)據(jù)分析測(cè)算，能夠直觀的看到溫度曲線圖像，對(duì)于爐內(nèi)的情況了如指掌。根據(jù)需求還可以進(jìn)行報(bào)警，做到防患于未然，對(duì)于高溫作業(yè)來(lái)說(shuō)最大限度的減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。但是目前該檢測(cè)系統(tǒng)尚處于初級(jí)階段，還有很多需要完善和提高之處。