核电厂数字自动化仪表控制兼容性设计

赵鹏

中核辽宁核电有限公司 辽宁葫芦岛 125000

图像处理的数字仪表字符自动识别工作一直是我国发展仪表设计事业当中重点关注的话题。本文将对图像处理的数字仪表程序设计当中算法的主要流程作出分析，以此来为实现针对字符图像的有效识别提供必要的指导意见。使用数字图像处理技术和数字图像识别技术来实现针对数字仪表的有效识别，这不仅可以有效提高相应工作的执行效率，更能实现获取数据精确性的重大提升。实际在实现针对七段数码管式出租车计价器的自动识别时，可以使用视觉函数库OpenCV及C++语言程序来实施相应的工作任务。OpenCV由一些C++程序和部分C函数构成，其最为典型的特点即是其能够有效实现针对计算机视觉层面以及图像处理层面的多类通用算法，而且还具备较强的图像处理能力和矩阵运算能力，不仅如此，OpenCV在VC开发环境下能够实现其库函数的直接调用，这对实现程序编写流程的有效简化具有重大的促进意义。

1 图像预处理

1.1 图像灰度处理和滤波

当采集到彩色图片后，需要对原图像进行灰度及区域识别的处理，便于后面部分的处理。滤波的目的是为了去除图像中的杂点或者噪声，使得图片只剩下待识别的指针和其所指区域。经典的滤波方法为线性滤波法，例如邻域平均法等，而以中值滤波为代表的非线性滤波方法由于在保护图像边缘和细节方面的优势而得到了广泛的应用，在中值滤波中又以自适应中值滤波在去除噪声和保存细节两方面效果最好。但随着脉冲噪声密度的增大，上述滤波器的性能随之下降，本文采用结合了均值滤波和自适应中值滤波两者优点的改进型自适应中值滤波算法。然后对灰度图像进行区域提取，提取出所需要的信息空间[1]。

1.2 二值化处理

执行完一次中值滤波平滑处理工作之后，接下来便是进行相应的二值化处理工作，这是因为，图像的主要组成部分是物体的背景和图案，增设二值化处理操作能够有效实现物体图像从物体背景中的必要分割。实施完二值化处理操作之后，原本的由256个值表示的灰度图就会转变成只有255（全白）和0（全黑）这两个亮度值。实际在执行图像二值化处理操作过程当中，其最为关键的步骤是对一个阈值实现必要的确定工作，然后再基于这个阈值而将图像总目标从图像背景中分割出来。一般来讲，可以基于整幅图像的基本信息并调用cvThreshold函数而实现图像最优阈值的确定，然后再依照全局阈值法中相应的大律法执行法则而实现变换阀值的精确获取。cvThreshold是OpenCV库中的一个函数，其最为典型的应用即是用于针对灰度图像的阈值操作，而后即可相应实现二值图像的有效获取。

2 核电厂数字自动化仪表控制兼容性设计

2.1 冗余CAN总线设计

在仪控系统设计中，考虑到需要监控的仪表设备会出现加入与删除的操作，同时为提高仪控系统的使用兼容性，在总线设计中采用具有国际统一标准的现场总线，CAN（Conteoller Area Network），即局域网控制器。由于使用基于数据的工作方式，各节点之间没有地址上的关联，因此满足核电厂复杂使用环境的需求。由于核电厂仪表控制系统工作环境较为复杂，因此其对于系统的可靠性有较高要求。虽采用的CAN总线具有较强的检错与纠错能力，但在核电厂的实际应用环境下，无论是传输介质的损坏、总线控制器或驱动器的损坏均会对数据传输产生不可修复的影响。为解决该问题，设计一种冗余CAN总线的拓扑结构，保证数据的正常传输。冗余总线系统采用A、B互为热备份的设计方式。其中，每套总线均包含独立的电缆、总线驱动及控制系统，从而实现全面的冗余备份。

2.2 穿线识别法

实现数字仪表字符的有效识别，可以采用穿线识别法，这种识别方法的执行机理是利用7段数码管的基本特征而进行相应的字符图像识别流程，其主要是通过实现7个显示段基本特征的提取工作而完成针对字符的精确判断。ABCDEFG7个显示段经过特殊排列而构成7段数码管，这7个显示段的长短以及粗细程度都基本保持一致，而且其都是水平或者垂直状态的显示段。在对穿线识别法进行实际的实施时，可以先对字符作出平行于水平方向的分割线L1和L2，再基于水平方向而将字符分割成3部分，并对这3部分分别执行从左至右的扫描工作，如果其某一部分存在笔段，就可以将其记为“1”，否则记为“0”。这一应用方案可用于检测DEFG段是否存在笔段。而后，再对字符做垂直于水平方向的平分线L3，以这种方式按照垂直方向而将字符分割成两部分，再对这两部分分别进行从上到下的扫描工作，如果其某一部分存在笔段，则可以将其记为“1”，否则记为“0”，而这一应用方案则可用于检测ABC段是否存在笔段[2-3]。

3 结语

基于OSI七层模型、核电厂实际工作环境及核电厂对仪控系统的特殊要求，同时考虑实际工作中仪控系统会受到静电、浪涌、电磁辐射、脉冲群等的影响，从过程、现场、单元和管理等4个部分进行，并采用冗余CAN总线提高系统的可靠性，设计实现一种具有强兼容性的核电厂数字自动化仪表控制系统。同时对该系统进行EMI试验，试验结果表明其达到工业二级标准，可在核电厂环境下进行使用。为我国核电厂后续仪控系统的设计及升级具有较强的指导意义。