基于分布式光纤传感的炉底在线温度监测系统软件设计

发布时间：2020-04-06 05:10

【摘要】：近年来,铝材制品已被广泛应用于军事工业和各种民用工业中。铝供应量的持续增长离不开电解设备及铝熔炼设备的安全运行,而电解熔铝炉、保温炉是设备的核心所在。在熔炼系统中,设备长久运行于高负荷环境下,容易造成电解槽底部腐蚀,进而造成受热不均,如果不能及时发现,会造成漏槽等安全事故。因此,对熔炉的温度测量是现代熔炼系统中一个重要的安全保障措施。由于炉底存在大电流、强磁场以及极强的电磁干扰,传统温度传感器无法正常使用,且人工测温困难。分布式光纤温度传感技术的发展为炉底温度的监测提供了可能。本课题来源于山东兖矿轻合金有限公司的光纤熔铝炉、保温炉温度监测系统研制项目。光纤具有体积小、耐腐蚀、防燃、抗电磁干扰等优点,且分布式光纤温度传感器可实现温度场的分布式测量,空间分辨率高,误差小。本文利用分布式光纤传感技术能够连续测量光纤沿线处的温度的特点,将12台熔铝炉、保温炉的炉底进行区域划分,每3m光纤绕成一圈,实现一个分区的温度监测,进而判断整个炉底的健康状况。软件系统需实现测点温度的实时监测,测点温度的预警、报警,温度实时曲线显示,历史数据查询,报表打印等功能。本文利用高速数据采集卡实现温度解调,底层数据采集模块将采集后的温度数据保存到SQL Server数据库。现场监测层首先从SQL Server数据库获取相应的数据,然后进行数据处理。本文深入研究了分布式光纤传感技术,重点对拉曼散射和光时域反射技术进行了理论分析。在此基础上确定了山东兖矿轻合金有限公司的光纤熔铝炉、保温炉温度监测系统的设计方案,其中系统硬件主要有工控机、光开关、光纤温度传感器。在软件方面,重点从功能性和非功能性角度进行了详细的需求分析,确定系统架构为C/S体系。软件用C++语言编写,开发平台为Visual Studio 2010,综合了Socket通信、多线程、数据库等多种技术手段。系统分为客户端和服务器两部分,服务器系统安装在铝熔炼系统控制室,与采集卡通信后进行数据采集,驱动程序将分布式光纤解调系统采集的温度信息存入SQL Server数据库,与此同时,系统的另一进程则会不停地读取数据库中的数据,并在服务器进行必要的温度信息、报警信息显示等。客户端系统安装在网内用户计算机上,通过路由实现对服务器的访问。此外,重点对系统数据库进行了建模,设计了概念数据模型和物理数据模型,并重点对通道信息表、报警记录表等表格进行了介绍。最后,重点介绍了系统的实现,主要包括温度数据采集模块、实时曲线显示模块、历史数据查询模块、历史曲线显示模块、报警模块、报警记录查询及打印模块等。目前,该监测系统已经投入使用,运行状况良好。本系统较好地满足了实际生产的需要,实现了炉底温度的监测及预警,并可提前预知安全事故,对铝工业的安全生产具有重要的理论价值和现实意义。
【图文】：

框图,高速信号处理器,高频脉冲,传感系统

逑Ｉ邋ＲＳ２３２／４８５、ＣＡＮ、逦｜数始处理、信号分逡逑＾邋Ｅｔｆｉｅｍｅｔ、继电器等邋￣气析、显示及报答等逡逑图２－６传感系统框图逡逑如图，系统中有高频脉冲激光光源、光电探测器及放大器、高速信号处理器逡逑１８逡逑

实时曲线,数据库开发,可扩展,架构

要采用开放式分层分布系统，由主站、光纤解调设备及现场光纤测温传感器组成，逡逑采用光栟联接。由于系统要求实现信息的巧享，为此，系统采用Ｃ／Ｓ架构，其设逡逑计如图３－４所示。逡逑１逦ｆ邋巧：逡逑暴逦科逦－逡逑Qg晈监逦内篇监Wｒ逦，服务器逡逑控产备逦控砰备逦？逦．ｊ服分谎逡逑ＳＱＬ邋Ｓｅｒｖｅｒ逦＾逡逑—１—逦找巧X楀义希卞危蓿壳慑义希慑五五逭煎义下罚掌麇畏繬B墙逡逑Ｂ逦外网ＰＣ逡逑ＤＴＳ监控设备逡逑图３－４软件系统架构图逡逑系统设计采用可扩展、离性能的ＳＱＬ邋Ｓｅｒｖｅｒ数据库开发。为保证系统的稳逡逑定、高效、安全运行，，我们采用单独的一台计算机作为ＳＱＬ邋Ｓｅｒｖｅｒ服务器。而逡逑装有ＰＣＩ数据采集卡的ＤＴＳ测温系统作为Ｃ／Ｓ架构中的服务器，其上位机程序逡逑负责与ＰＣＩ数据采集卡直接交互，完成湿度数据的采集，并上传到ＳＱＬ邋Ｓｅｒｖｅｒ逡逑数据库，实现数据的存储。同时，实现对整个光纤感湿光缆的各个分区温度情况逡逑Ｗ实时曲线的形式显示，并实现系统的基本配置等功能。内网监控设备，是指安逡逑装有系统客户端的ＰＣ，其上位机程序负责与ＤＴＳ测温系统进行Ｓｏｃｋｅｔ网络通信，逡逑二者建立连接后
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF351;TP274

【参考文献】