基于图像处理的水泥回转窑模糊控制系统软件设计

张晓晖 包头轻工职业技术学院 014035

【文章摘要】

随着基于Windows 操作系统监控软件的流行，计算机监控系统也为我们提供了一个“Windows on Plants”，本文利用图像处理方法实现对水泥回转窑烧成带温度及窑速的实时检测， 并在此基础上研究对回转窑的模糊控制，从而开发了一个水泥回转窑的监控系统。

【关键词】

图像处理；水泥回转窑；模糊控制 软件设计

1 系统简介

本控制系统需要实现图像的实时采集、显示，实时处理；对烧成带温度实时检测；实现窑速的实时检测并通过变频器对窑速进行控制，最终实现数据的保存与显示。该系统在PC 机上开发，选用Windows 环境下最重要的应用开发系统[1]Visual C++ 作为检测系统软件设计的开发工具。

2 用户操作主界面

图1 水泥回转窑监控系统界面

3 软件具体功能实现的程序设计

在智能控制系统中，除了利用CCD 摄像机在无接触的情况下感知外部信息，还必须有实时地将摄像机产生视频信号转化为可处理数字图像信息的图像采集卡。图像采集卡是工业图像采集必不可少的硬件设备。

3.1 图像采集和显示

1）打开图像采集卡

图像采集卡安装好以后，要对其初始化才能发挥它的采集处理功能。图像采集卡的开始操作和初始化参数的设置需要在应用程序的初始化中完成，图像卡的结束操作在应用程序退出前执行。

2）图像显示

为了能在监控界面正常清楚的显示经过采集卡处理后的图像，在主框架应用程序中设置了图像输出窗口的位置以及图像显示调节窗口。图像输出窗口在视图类CCView 的构造函数中添加初始化代码。当应用程序终止运行时，应首先结束视频显示过程，再退出应用程序。

3）图像的实时采集

要想实现对水泥回转窑的实时监测， 软件系统必须具有实时数据采集、实时数据处理和实时数据显示功能。为使经采集卡处理后的图像能在监控界面上正常清楚地显示，在主框架应用程序中需要设置图像输出窗口的位置及图像显示调节窗口。

4）连续的图像显示与存储

在VC ＋ ＋ 环境下要实现连续显示可以通过设置计时器或者调用GetTickCount() 函数。如果时间要求不是非常精确，就可以通过设置计时器实现。

3.2 图像处理

1）烧成带温度实时检测

本文因为对水泥回转窑的模糊控制进行了研究，而烧成带的温度（即熟料温度）是进行控制的输入量之一，因而要对其进行检测，主要是根据灰度值来计算，利用回转窑图像，得到整个区域的灰度信息。灰度与温度之间存在很强的关联，理论上从灰度信息可以计算出温度。在温度检测过程中，首先对烧成带的每个测量区域计算了其总像素点个数和总灰度值。

2）窑速的实时检测

a 彩色图像生成灰度图像

在应用图像处理技术时，进行窑速检测中我们用灰度图可以节省运算速度。温度测量仍用彩色图。

b 窑速检测功能实现

窑速检测的软件是通过设置一个定时器来实现的，将定时器的时间间隔设置为500ms，也就是第一次的特征区出现35s 以后每0.5s 判断一次，并同时统计判断次数，以便最后计算窑的转动周期。这样就实现了窑速的实时检测，并将结果输出到了水泥回转窑监控界面上。

3）窑尾废气温度检测

窑尾废气温度主要是通过传感器得到的。( 因为本文是在实验室环境下的模拟，因而此时传感器采集到的是室温。)

4 模糊控制

在模糊控制的程序实现中，对于窑头喂煤量的控制设计成CTransducer 类，窑尾废气温度的检测通过CSensor 类实现， 而模糊控制器则设计成一个CFuzzyCal 类。

 　　 class CFuzzyCal

{

 　　public:

 　　　CFuzzyCal();

 　　　virtual ~CFuzzyCal();

 　private:

 　　　f l o a t fMaxEwTempe,fMinEwTempe;

 　　　f l o a t fMaxEfTempe,fMinEfTempe;

 　　　float fMaxYSpeed,fMinYSpeed;

 　　　float fMaxfVf,fMinfVf;

 　　　float fMaxfVm,fMinfVm;

 　　　int NumLimit(float fInput, const float fMax,const float fMin );

 　　　float FuzzyTable[5][5][3];

 　public:

v o i d D o F u z z y C a l ( c o n s t f l o a t fEwTempe, const float fEfTempe, float& fVf, float& fVm ,float& fYSpeed);

 　};

 　　　　　　　　　　　　……

 　　　｝

5 图像存储与查询功能及实现

本文采用具有数据库管理功能的SQL Server 2000 作为数据库开发工具， 以ADO 作为访问数据库的方法。在ADO 对象模型中，有连接()、记录集() 和命令()3 个主要对象。建立的图像数据库采用Access 数据库形式，通过ODBC 数据库访问技术实现对数据库的存储和查询。为了在项（project）中添加数据库功能，在项目建立之初需要核选Database view with file support 选项，同时需在Data Source 中添加数据库资源。

6 小结

因为本文是在基于图象处理的基础上实现对水泥回转窑内的烧成带温度、窑速实时检测及利用传感器实时测得窑尾废气温度，根据模糊控制原理实现对水泥回转窑的控制，所以本文从图像的实时采集、连续图像的显示、烧成带温度和窑速实时检测、以及模糊控制等几方面，详细阐述了水泥回转窑监控软件系统程序的实现过程，同时将检测到的数据存储于数据库，此系统适合于蒙西高新材料股份有限公司水泥窑的控制系统，具有一定的现实意义。

【参考文献】

[1] [ 美].Steve Holzner.Visual [M] C++ 高级编程. 北京：人民邮电出版社，2000.2:229-249

[2] 罗建模，王珊.SQL Server 数据库系统基础[M]. 北京: 高等教育出版社，2002:2-8

【作者简介】　　

张晓晖（1973.10—），女，汉族，内蒙古赤峰市人，包头轻工职业技术学院教师，讲师，研究生，研究方向： 机电一体化技术，控制012