在過程工業(yè)中，回轉窯是重要的生產設備，它被廣泛應用于我國的冶金、建材等行業(yè)中。但目前我國的回轉窯能耗高、熱效率低，在一定程度上限制了相關工業(yè)的發(fā)展。其中一個重要原因是，我國在這方面的檢測和監(jiān)控技術還比較落后，國內大多數回轉窯仍采用人工看火的手段，根據看火工的經驗來判斷窯內工作狀況，從而給出相應的控制操作。由于現場的人工看火要面對很高的溫度和惡劣的工作環(huán)境，這難免影響操作工做出準確的判斷，影響生產質量。為此，國內一些大中型企業(yè)陸續(xù)采用了工業(yè)電視看火系統(tǒng)，以遠距離監(jiān)視窯內工況，實現從人工看火到計算機看火的轉變。這在一定程度上促進了過程工業(yè)生產效率和質量的穩(wěn)定與提高。

　　目前，國內使用的工業(yè)電視系統(tǒng)通常采用計算機――圖像采集卡――攝像機來構成對回轉窯的計算機看火。而且傳統(tǒng)的工業(yè)電視機系統(tǒng)大多都是針對一個回轉窯而設計的，并且是一次對一點進行觀測。這樣效率低，預測的準確度也不夠理想?？紤]到現場總線具有通信速率和總線利用率高、開放性好、系統(tǒng)成本低、可實現遠距離傳輸等特點，及DSP具有高效的數字信號處理的特點，因此本文在現有的工業(yè)電視系統(tǒng)基礎上采用現場總線和DSP技術對窯爐監(jiān)控系統(tǒng)，在硬件方面著重做了一些新的設計，其目的是為了在水泥廠、化工企業(yè)等大型工業(yè)控制的企業(yè)中，實現對工業(yè)過程進行一對多點的監(jiān)控，從而減輕操作人員的工作負擔，且提高生產效率和質量。

　　1．系統(tǒng)的硬件結構設計
　　系統(tǒng)是基于CAN現場總線和TMS320C6202(以下簡稱為C6202)數字信號處理芯片開發(fā)的，主要用于大型過程工業(yè)中，同時對多個回轉窯工況進行監(jiān)控。系統(tǒng)主要由總監(jiān)控室、數字信號處理與分析模塊、CAN現場總線和現場看火顯示模塊等組成。系統(tǒng)的工作原理是多個工作現場分別利用CCD攝像機攝取窯內工況，然后將得到的標準視頻信號經過視頻分配器，一路信號送給一個彩色電視機顯示；另一路信號則進行數據采集和A／D轉換后，通過現場總線傳輸到數字處理與分析模塊。該模塊利用C6202對得到的數字信號進行實時數據處理和分析，最后將分析的結果傳送給主監(jiān)控室的PC機上。這樣一方面現場操作人員可以通過現場的彩色電視機來觀察窯內燃燒情況，另一方面總監(jiān)控室的工作人員可以通過得到的圖像數據分析結果，及時掌握各個工作場地的工況，以實現計算機看火的目的，并可以及時對各工作場地進行控制。

　　2.各模塊的接口設計
　?、贁底痔幚?、分析模塊和總線接口。數字處理與分析模塊主要由高速數字處理芯片DSP及其外部擴展的FLASH存儲器和SRAM存儲器等組成。其主要作用是：對總線傳來的數字視頻信號進行圖像增強、圖像分割、特征量提取(如對火焰圖像的灰度統(tǒng)計處理)等，利用相應的圖像處理和識別算法得到我們所需要的數據，并將它儲存到DSP外部的SRAM存儲器中。模塊是CAN總線上的主節(jié)點，它實現了對各個從節(jié)點的數據處理和分析，并對從節(jié)點進行協(xié)調控制。該模塊提供了INTEL和Motorola兩種尋址方式，且地址總線和數據總線是復用的，而C6202的數據地址總線是分開的，無法和sJAl000的AD7~AD0直接連接。C6202與sJAl000接口的具體設計方法，請參見《TMC6000系列DSPS的原理和應用》一書。②現場看火模塊與總線接口?，F場總線控制系統(tǒng)(FCS)是一個純數字系統(tǒng)，它實現了信號傳輸的全數字化，提高了信號的可靠性、準確性，實現了檢錯、糾錯功能。因此，我們在從節(jié)點模塊的設計中包括了模擬信號的轉化和采集。經CCD攝像機輸出的復合模擬視頻信號，通過視頻分配器分為兩路視頻信號，一路直接供給電視機顯示；另一路經視頻輸入處理芯片SAA71 1 1A完成A／D轉換。在這里我們使用CPLD來模擬12C總線接口的SDA和SCL，以實現數據傳送。SAA71 1 lA對攝像機的輸入信號進行A／D轉換，輸出4：2：2格式的YUV信號。每幀圖像分為奇場和偶場，其采樣點數量多不易處理和存儲。這里我們在CPLD中設計了一個控制電路將4：2：2格式轉化成CIF或QCIF圖像格式進行存儲。其方法是對SAA711l的輸出視頻數字數據采集奇場，舍棄偶場，然后隔一點保存一點即可得到CIF格式圖像，在此基礎上使其行頻率降低一倍，每行的采樣頻率也降低一倍即可得到QCIF格式圖像。采用這種丟掉偶場的方式也會使圖像更加穩(wěn)定。③數據處理模塊與PC機接口。該模塊主要是實現C6202與PC機的接口設計。由于考慮實時性的要求，我們采用擴展異步通信芯片TLl6C750來實現C6202和PC機高速串行通信。TL16C750是耵公司的異步通信芯片，其內部共有11個寄存器用于實現通信參數的設置；引腳A2~A0為片內寄存器的選擇信號；D7~D0為它的雙向8位數據線引腳；其片選信號由CSO、CS1、CS2共同作用(為了簡便一般將CS0、CS1接高電平，只控制CS2即可)；／ADS是其地址選通信號端，當該引腳有效時可將CSO、CS1、CS2及A0、A1、A2鎖存在TL16C750內部；XIN和XOUT需接外部時鐘信號或晶振。通過對C6202的時序及TL16C750的分析，我們設計的TL16C750與PC串行通信部分的硬件連接電路，將TL16C750的地址線A0-A2、數據線D0-D7分別和DSP的地址總線XA2~XA4外部數據線XD0~XD7直接相連；將DSP端的/XOE、/XCEO、/XRE、/XWE、XA5也接入FPGA，經過邏輯譯碼生成控制信號，而選通信號CS0、CS1、CS2、讀寫信號RD1／WR1、復位信號MR從FPGA輸出。使用了FPGA一方面可以對TL16C750的地址靈活配置，另一方面也可以靈活生成TL16C750的復位、選通和讀寫信號，從而增強系統(tǒng)的靈活性，方便系統(tǒng)調試。

　　綜上所述，利用高效的數字處理芯片TMS320C6202和CAN現場總線技術，并結合靈活可靠的可編程邏輯器件CPLD／FPGA，可實現對大型過程工業(yè)中多個回轉窯同時進行計算機看火的目的；還可以配備相應的計算機軟件，對各個回轉窯的圖像數據進行同時分屏觀測。該系統(tǒng)設計不僅適合于水泥廠等多回轉窯的工況檢測，而且也可用于類似工業(yè)中的多目標實時監(jiān)控系統(tǒng)中，具有廣闊的應用前景。