基于VB鋁電解槽溫度監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)初探

姚志國，菅鎖軍

（中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)股份有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善 010051）

0 引言

鋁電解工藝過程受到很多參數(shù)的影響，其中溫度就是一個重要的工藝指標(biāo)。由于電解槽內(nèi)高溫、強(qiáng)腐蝕熔體的限制，一直沒有能滿足工業(yè)電解鋁生產(chǎn)要求的測溫方法。目前電解槽溫度測量有儀器測溫和間接測溫兩種。間接測量方式是通過計(jì)算機(jī)或數(shù)學(xué)方法，分析與電解溫度相關(guān)的影響因素，通過不接觸測溫得出電解溫度，以達(dá)到監(jiān)測電解質(zhì)溫度的目的。本文采用VB匯編語言和ANSYS軟件進(jìn)行鋁電解溫度監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電解溫度的監(jiān)測。

1 系統(tǒng)開發(fā)原理

1.1 ANSYS二次開發(fā)簡介

ANSYS有限元軟件是進(jìn)行熱、結(jié)構(gòu)等方面分析的工程應(yīng)用軟件，為滿足各類用戶的要求，ANSYS軟件為用戶提供了二次開發(fā)工具，其中APDL（參數(shù)化設(shè)計(jì)語言）是最常用的開發(fā)語言。參數(shù)化設(shè)計(jì)是將模型的尺寸、條件等用參數(shù)的形式表示，APDL程序允許輸入比較復(fù)雜的參數(shù)，這樣就使得用戶有權(quán)控制任何設(shè)計(jì)或是分析屬性，減少了大量的工作。

采用APDL語言編制，并使ANSYS自動運(yùn)行的程序也稱為命令流文件，其文件格式有txt等幾種類型，用戶可以直接編寫命令文件。如果用戶不能非常熟練地使用APDL進(jìn)行命令流的編制，則可以將所要分析的工程問題先使用圖形用戶操作界面（GUI）進(jìn)行分析，分析完成后ANSYS會自動根據(jù)GUI操作形成APDL命令流文件，用戶只需對這個文件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷木湍艿玫剿璧拿盍魑募?/p>

1.2 系統(tǒng)開發(fā)流程

雖然APDL參數(shù)化語言有較為強(qiáng)大的功能，但仍存在程序結(jié)構(gòu)不清晰等方面的不足。為克服APDL語言的缺點(diǎn)，眾多學(xué)者結(jié)合其他編程語言進(jìn)行ANSYS二次開發(fā)，Visual Basic匯編語言就是其中的一種。

用戶利用VB可以開發(fā)出友好的界面，ANSYS命令流由VB進(jìn)行后臺封裝，用戶只需在界面中輸入計(jì)算所需的參數(shù)，系統(tǒng)就會自動調(diào)用ANSYS在后臺運(yùn)行，進(jìn)行建模、求解和后處理等操作，最后將結(jié)果顯示給用戶。具體來說就是通過執(zhí)行VB的代碼，形成APDL命令流文件，后臺調(diào)用啟動ANSYS，將形成的命令流輸入到后臺運(yùn)行的ANSYS軟件中，ANSYS軟件就會按照APDL命令流進(jìn)行分析計(jì)算，系統(tǒng)讀取計(jì)算結(jié)果并顯示給用戶。系統(tǒng)開發(fā)的流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)流程

2 系統(tǒng)開發(fā)方法

2.1 系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)文件的形成

APDL命令流可以在VB程序中通過“Print”命令逐句寫入，形成命令流文件。但是對于復(fù)雜的仿真計(jì)算，逐句寫入太過繁瑣。為簡化程序，在編制好的APDL命令流中添加 “/input”命令，用 VB 中 的“Print”命令將相應(yīng)的參數(shù)值嵌入到命令流中，形成新的命令流文件，具體如圖2、圖3所示，VB代碼中的‘E＼＊＼＊.txt’為數(shù)據(jù)文件的路徑。

圖2 Print輸出代碼

圖3 生成的命令流文件

VB程序生成新的命令流文件后，就可以調(diào)用ANSYS軟件。VB利用窗口函數(shù)shell（）來調(diào)用ANSYS軟件，調(diào)用的核心代碼如下：

其中：□表示空格。

2.2 系統(tǒng)分析過程的監(jiān)測

VB調(diào)用ANSYS軟件時(shí)，ANSYS在后臺運(yùn)行，用戶不能直觀地看到ANSYS的運(yùn)行情況，因此就需要采用VB中的計(jì)時(shí)器來檢查ANSYS的運(yùn)行情況。設(shè)計(jì)時(shí)，在系統(tǒng)的界面中添加Timer控件，將計(jì)時(shí)器Timer的激活（Enabled）屬性設(shè)為關(guān)（False），時(shí)間間隔（Interval）設(shè)為1 000ms，計(jì)時(shí)器就會每1s檢查一次ANSYS的運(yùn)行狀況。ANSYS在計(jì)算時(shí)會生成file.err文件，如果file.err為空，則后臺出錯，否則表示計(jì)算完成。因此可以通過檢查file.err文件來判斷運(yùn)算的情況。但分析復(fù)雜問題時(shí)，由于ANSYS運(yùn)行時(shí)間較長，檢測到file.err文件為空時(shí)，ANSYS仍然在計(jì)算，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)判斷錯誤的情況，在系統(tǒng)中采用兩個計(jì)時(shí)器來判斷ANSYS的計(jì)算情況。

2.3 系統(tǒng)分析結(jié)果的讀取

為了在VB中直接查看ANSYS結(jié)果數(shù)據(jù)，需要先使用APDL語言在命令流里添加一些后處理命令，將需要的結(jié)果文件以“＊.txt”或“＊.jpg”文件形式保存到工作路徑中。圖片文件可以利用VB的讀取命令，在VB界面中顯示給用戶；而文本文件可以通過VB中的順序文件訪問方法進(jìn)行讀取，其核心代碼如下所示：

3 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)與算例分析

3.1 系統(tǒng)的功能

本系統(tǒng)借助VB 6.0進(jìn)行開發(fā)，利用VB封裝APDL命令流，用戶只需輸入必要的鋁電解工藝參數(shù)，系統(tǒng)會自動進(jìn)行后臺運(yùn)算分析，最后將結(jié)果顯示在系統(tǒng)界面中。初步開發(fā)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下兩個方面的功能：

（1）用戶對輸入的各項(xiàng)參數(shù)確認(rèn)后方可進(jìn)行分析，在分析過程中，系統(tǒng)始終監(jiān)測ANSYS后臺運(yùn)行的情況，分析完成或出現(xiàn)錯誤時(shí)系統(tǒng)會對用戶進(jìn)行提醒。

（2）根據(jù)用戶輸入的各項(xiàng)參數(shù)，結(jié)合預(yù)先編好的APDL命令流文件，生成新的命令流文件，在后臺進(jìn)行鋁電解槽模型的讀入和分析計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果文件，并將結(jié)果文件顯示給用戶，供用戶采集電解槽溫度數(shù)據(jù)和進(jìn)行結(jié)果分析。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開發(fā)的目的是用戶可以方便地利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行鋁電解溫度監(jiān)測，因此，系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)應(yīng)注重使用的方便性和可視性。系統(tǒng)的歡迎界面如圖4所示。

圖4 歡迎界面

用戶在系統(tǒng)參數(shù)輸入界面（見圖5）輸入相關(guān)參數(shù)，利用輸入的參數(shù)生成新的APDL命令流文件，調(diào)用ANSYS將APDL命令流文件輸入到ANSYS中，進(jìn)行電解槽溫度仿真計(jì)算。

圖5 參數(shù)輸入界面

為防止用戶輸入?yún)?shù)有誤，在輸入完成點(diǎn)擊“確定”后，系統(tǒng)會彈出提示界面，并在提示界面中顯示輸入的各項(xiàng)參數(shù)，以便用戶對輸入的參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)核對。當(dāng)用戶確認(rèn)參數(shù)輸入無誤后，系統(tǒng)自動進(jìn)行分析，ANSYS分析完成后，彈出求解完成對話框，點(diǎn)擊求解完成對話框中的“確定”按鈕，系統(tǒng)讀取求解結(jié)果，并將求解的結(jié)果和輸入的參數(shù)一同在圖6所示的界面中顯示，供用戶查看和記錄溫度數(shù)據(jù)。

圖6中所示的ANSYS等溫線圖，是用系統(tǒng)進(jìn)行的一個算例分析結(jié)果，算例采用的是160kA電解槽1/2二維模型，系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與相同條件下ANSYS軟件分析結(jié)果基本相同。

圖6 結(jié)果顯示界面

4 結(jié)論

本文結(jié)合VB匯編語言與ANSYS APDL參數(shù)化語言的優(yōu)點(diǎn)，利用Shell等函數(shù)實(shí)現(xiàn)VB對ANSYS的調(diào)用，設(shè)計(jì)出易于操作的鋁電解溫度仿真分析系統(tǒng)，并初步開發(fā)了鋁電解溫度監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)界面友好，實(shí)際操作簡單，可初步實(shí)現(xiàn)鋁電解溫度監(jiān)測的功能，為系統(tǒng)進(jìn)一步的開發(fā)打下基礎(chǔ)。

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