【正文】 SVM鋼水連鑄下渣智能辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)第4章 基于SVM的鋼水下渣智能辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) Visual Basic 編程語(yǔ)言實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，即上位機(jī)控制軟件，可以通過串口通訊方式與下位機(jī)進(jìn)行通訊，控制實(shí)驗(yàn)操作、參數(shù)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和保存。常用的開發(fā)工具有Visual Basic、Labview、CVI和Visual C++。本論文采用Visual Basic作為上位機(jī)軟件的開發(fā)工具[70, 71]。Visual Basic是目前基于Windows平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用程序最迅速簡(jiǎn)便的程序設(shè)計(jì)工具語(yǔ)言之一，在軟件工程中得到廣泛的應(yīng)用。隨著Windows操作系統(tǒng)的普及和應(yīng)用軟件需求量的增大，Visual Basic程序的應(yīng)用也得到了更大的發(fā)展[45]。Visual Basic是一種面向?qū)ο蟮?、采用事件?qū)動(dòng)方式的一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它還具有可視化和結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)。Visual Basic的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）、Windows系統(tǒng)的內(nèi)部應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)和對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、開放式數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接（ODBC）等技術(shù)能使它高效、快速地開發(fā)圖形界面豐富的基于Windows的功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。Visual Basic具有以下特點(diǎn)：1）簡(jiǎn)單易學(xué)。BASIC（beginner’s allpurpose symbolic instruction code）語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言之一。Visual Basic是在BASIC語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的功能十分強(qiáng)大的初學(xué)者很容易入門的編程語(yǔ)言。2）可視化編程。利用傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的開發(fā)者在程序設(shè)計(jì)過程中看不到界面的實(shí)際顯示效果，開發(fā)者需要反復(fù)的調(diào)試才能達(dá)到滿意的效果。這樣，軟件的開發(fā)效率就比較低。Visual Basic中的“Visual”就是“可視化”的意思。Visual Basic的可視化設(shè)計(jì)工具使得開發(fā)者在程序設(shè)計(jì)過程中就可以直觀的設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的界面，從而降低了編程的難度，提高了編程的效率。3）面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。Visual Basic較高的版本（如Visual Basic ）具有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的特點(diǎn)。Visual Basic中的對(duì)象包括窗口和其中的部件，它們是數(shù)據(jù)和代碼的集合，擁有屬性、事件和方法三個(gè)成員。Visual Basic面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)使得它開發(fā)的應(yīng)用程序效率高、質(zhì)量高、易維護(hù)和易擴(kuò)展。4）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Visual Basic是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這種結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)是通過函數(shù)、子程序中的順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。Visual Basic的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)使得Visual Basic的編程效率很高。5）事件驅(qū)動(dòng)方式編程。Visual Basic是針對(duì)特定對(duì)象的特定事件進(jìn)行編程的。只有在某個(gè)事件被觸發(fā)時(shí)，對(duì)象才能對(duì)該事件進(jìn)行響應(yīng)。因?yàn)閂isual Basic已經(jīng)在事件代碼中給出了事件代碼的“頭”和“尾”，開發(fā)者就能少寫代碼從而節(jié)省一定的開發(fā)時(shí)間。在事件驅(qū)動(dòng)方式編程的語(yǔ)言中，開發(fā)者只需編寫響應(yīng)特定事件的程序而不必考慮其他無關(guān)的事件和不必關(guān)心什么時(shí)候發(fā)生什么事情。圖22 Visual Basic集成開發(fā)環(huán)境 Integrated development environment of Visual Basic6）具有強(qiáng)大的功能和和高度的可擴(kuò)充性。Visual Basic自身就有強(qiáng)大的功能，它能用簡(jiǎn)單的語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)。Visual Basic還具有高度的可擴(kuò)充性，它能使用第三方開發(fā)的ActiveX控件和訪問動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)及支持應(yīng)用程序接口等。Visual Basic高度的可擴(kuò)充性大大增強(qiáng)了Visual Basic的功能。Visual Basic強(qiáng)大的功能使得初學(xué)者能在較短的時(shí)間內(nèi)就能編寫較為復(fù)雜的應(yīng)用程序。 智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn) 模塊技術(shù)性能鋼水下渣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F、RS232/485通訊轉(zhuǎn)換模塊DAM32開關(guān)電源、工控機(jī)組成。每個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊有8路模擬量通道。用來采集大包重量、中間包重量及鋼坯拉速數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)通訊轉(zhuǎn)換模塊上傳至上位機(jī)，上位機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、監(jiān)控。 1）隔離通訊轉(zhuǎn)換模塊DAM3210主要性能指標(biāo)隔離通訊轉(zhuǎn)換模塊DAM3210如圖23所示。圖23 隔離通訊轉(zhuǎn)換模塊DAM3210 Isolation munication conversion module DAM3210隔離通訊轉(zhuǎn)換模塊DAM3210的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）隔離RS232轉(zhuǎn)RS485模塊；（2）輸出：RS485標(biāo)準(zhǔn)；（3）輸入：RS232標(biāo)準(zhǔn)；（4）通訊速度自適應(yīng)；（5）支持多種傳輸速率和數(shù)據(jù)格式；（6）速率：300~115，200bps隔離；（7）電壓：3000VDC；（8）通訊距離：，；（9）功耗：；（10）電源：未調(diào)理 +10~+30VDC；2）數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F如圖24所示。圖24 數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F Data acquisition moduleDAM3058FDAM3058F主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）8路模擬量輸入模塊；（2）分辨率：16bit；（3）輸入通道：6路差分，2路單端/8路差分/8路單端；（4）采樣頻率：10Hz；（5）輸入類型：V，mV，mA；（6）滿量程漂移：25ppm/ 0C；（7）輸入阻抗：200MW；（8）零點(diǎn)漂移：20181。V/ 0C；（9）精度：；（10）CMR @ 50/60Hz：86dB；（11）NMR @ 50/60Hz：100dB；（12）電源：未調(diào)理 +10~+30VDC；（13）內(nèi)置看門狗；（14）隔離電壓：3000VDC；3）數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖25所示。圖25 DAM3058F的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Internal structure of DAM3058F 鋼水下渣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)連鑄下渣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成原理如圖26所示。圖26 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 Structural diagram of data acquisition system鋼水下渣數(shù)據(jù)采集裝置由2個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊DAM3058F完成2澆注子系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)。采集數(shù)據(jù)經(jīng)RS485總線上傳至DAM3210通訊轉(zhuǎn)換模塊，再經(jīng)RS232串口送計(jì)算機(jī)處理。 鋼水連鑄下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)鋼水連鑄下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置端子接線圖如圖27所示。圖27 數(shù)據(jù)采集裝置端子接線圖 Wiring scheme of data acquisition device terminals1）數(shù)據(jù)采集箱端子接線圖中，1端子接1采集模塊的六個(gè)通道，2端子接1采集模塊的兩個(gè)通道和2采集模塊的四個(gè)通道，3端子接485數(shù)據(jù)線和2采集模塊的四個(gè)通道。2）模擬量輸出模塊端子接線在配電屏中，模擬量輸出模塊的端子排列（從左至右，順序編號(hào)）如表4所示。表4 配電屏中的端子排列Table 4 Arrangement of the terminals in power distribution panel12345678910111213141516171819202122PNPNPNPNPNPNPNPNPNPNPN大包1臂稱重大包2臂稱重中間包稱重1鋼流拉速2鋼流拉速3鋼流拉速4鋼流拉速5鋼流拉速6鋼流拉速7鋼流拉速8鋼流拉速3）模擬量輸出模塊采集信號(hào)名稱模擬量輸出模塊采集信號(hào)是連鑄系統(tǒng)的連鑄機(jī)AB型號(hào)PLC配用的2個(gè)模擬量輸出模塊，采集現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的11路模擬量信號(hào)，如表5所示。表5 現(xiàn)場(chǎng)采集的11路模擬量信號(hào)Table 5 Onsite collection of 11 analog signals序號(hào)傳感器名稱輸出信號(hào)形式量程范圍數(shù)量1大包1臂稱重420mA0300（t）12大包2臂稱重420mA0300（t）13中間包稱重420mA0100（t）141鋼流拉速420mA05（m/s）152鋼流拉速420mA05（m/s）163鋼流拉速420mA05（m/s）174鋼流拉速420mA05（m/s）185鋼流拉速420mA05（m/s）196鋼流拉速420mA05（m/s）1107鋼流拉速420mA05（m/s）1118鋼流拉速420mA05（m/s）1 智能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)鋼水連鑄下渣時(shí)刻的預(yù)報(bào)通過編寫MATLAB的支持向量機(jī)工具箱函數(shù)并進(jìn)行測(cè)試和仿真來實(shí)現(xiàn)的，工控機(jī)的監(jiān)測(cè)界面是由優(yōu)秀的編程工具Visual Basic來實(shí)現(xiàn)的。 大包澆注工藝的軟件分析1）大包澆注工藝流程。大包澆注工藝流程如圖28所示。 坐包2分鐘左右預(yù)熱水口大約提前10分鐘關(guān)水口打開澆鑄摘水口掛水口關(guān)水口打開水口大包打開水口澆鑄完畢圖28 大包澆注工藝流程 Technology process of casting of large package1）澆注工藝曲線的MATLAB的M文件澆注工藝曲線的MATLAB的M文件如下：t1=0:120。G=210。g1=Gt1*。t2=121:150。g2=0。t3=151:1660。g3=G（1200）*（t3151）*。t4=1661:1691。g4=0。t5=1692:2292。g5=G（1200）*（1660161）*（t51692）*。plot（t1,g1,39。g39。,t2,g2,39。b39。,t3,g3,39。b39。,t4,g4,39。b39。,t5,g5,39。r39。）運(yùn)行M文件，得到澆注工藝曲線如圖29所示。 圖29 澆注工藝曲線 Curve of the casting technology2）大包澆注工藝曲線分析智能檢測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)是延長(zhǎng)中間澆注段，縮短拆水口后期的澆注段。前期澆注段和后期澆注段由于沒有安裝水口，澆注速度快，曲線斜率較大。中間澆注段段安裝水口后，澆注速度減慢，曲線斜率相應(yīng)減小。 智能檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程圖1）軟件要求（1）每當(dāng)換包后，軟件可實(shí)時(shí)識(shí)別大包轉(zhuǎn)臂的傳感器號(hào)（2轉(zhuǎn)臂），并開始監(jiān)測(cè)大包重量變化，并作為澆注計(jì)時(shí)起點(diǎn)（時(shí)—分—秒）。（2）畫出鋼水連鑄澆注工藝過程曲線，并給出澆注終點(diǎn)時(shí)刻（時(shí)—分—秒）和每包總的澆注時(shí)間。（3）由公式計(jì)算得出水口出鋼水的注速。2）智能檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程圖智能檢測(cè)系統(tǒng)的程序流程圖如圖30所示。初始化樣本數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前大包稱重、中間包稱重和鋼流拉速，當(dāng)大包重量變化速率超過設(shè)定值，開始澆注；監(jiān)測(cè)大包重量變化速率、大包澆鑄流速和大包鋼水總澆出量，判斷澆注終點(diǎn)時(shí)刻，顯示總澆筑時(shí)間。實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼包臨界液位的監(jiān)測(cè)，提高鋼水收得率和鋼水長(zhǎng)度。3）工控機(jī)監(jiān)測(cè)界面的軟件實(shí)現(xiàn)鋼水連鑄下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)的工控機(jī)的監(jiān)控界面是中控室操作人員進(jìn)行工藝調(diào)度的主要依據(jù)，所以監(jiān)控界面不僅要簡(jiǎn)潔、清晰，還要充分表達(dá)出主要運(yùn)行參數(shù)及工藝過程。這些要求Visual Basic編寫的應(yīng)用程序很容易滿足。用Visual Basic編寫的檢測(cè)界面能夠?qū)崿F(xiàn)如下需求。（1）顯示出每包的澆注工藝曲線，并給出澆注開始、停止時(shí)刻，每包總的澆注時(shí)間。這些參數(shù)是中控室操作人員要記錄的重要生產(chǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)。（2）顯示大包原始重量及大包重量、中間包重量和8路拉速的實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)。（3）顯示用重量檢測(cè)法、鋼水注速檢測(cè)法和大包重量變化率法得出的數(shù)據(jù)。（4）有聲光報(bào)警提示。圖30 程序流程圖 Figure of program flowchart 鋼水連鑄下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分析 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析程序結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)運(yùn)行參數(shù)波形進(jìn)行局部放大分析，采用相關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)，提高信噪比。采用數(shù)學(xué)模型方法，對(duì)大包下渣參數(shù)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。 程序結(jié)構(gòu)如圖31所示。圖31 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析分析程序結(jié)構(gòu)框圖 Structure diagram of program of acquisition and analysis 數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)采集與前期系統(tǒng)調(diào)試為提高鋼水連鑄下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的模擬采集和分析；對(duì)程序進(jìn)行反復(fù)調(diào)試以適應(yīng)連鑄現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)要求；變換不同的給定信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示等指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試。采集裝置實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)如圖32所示。模塊搜索、串口設(shè)置、數(shù)據(jù)模擬采集界面如圖33所示。完成對(duì)模擬信號(hào)采集裝置的通訊、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理、邏輯判斷，在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)多路數(shù)據(jù)采集、處理、運(yùn)算和將輸出量輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，給出下渣判斷信息和鋼水液面識(shí)別值的模擬畫面顯示，將鋼水停注信息傳給顯示裝置，再通過接口電路向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種控制指令，指揮整個(gè)鋼水下渣智能檢測(cè)系統(tǒng)有條不紊地工作。圖32 采集裝置實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) Lab Tests with the acquisition device圖33 模塊搜索、串口設(shè)置、數(shù)據(jù)模擬采集界面 Interface of module search, serial port settings and