基于虛擬儀器技術(shù)的磚窯監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

夏王霞

【摘 要】本文以實(shí)現(xiàn)磚窯生產(chǎn)過程中溫度監(jiān)測為目標(biāo)，利用虛擬儀器技術(shù)功能模塊對(duì)磚窯在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)測，便于人機(jī)交換界面管理。所做的工作主要包括以下三方面：①根據(jù)功能要求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體方案，②利用LABVIEW軟件平臺(tái)完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和編程工作，③連接了硬件，進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】磚窯；虛擬儀器；LABVIEW；溫度監(jiān)測

0 引言

磚塊作為建筑業(yè)的主要材料之一，在社會(huì)房地產(chǎn)發(fā)展中的需求越來愈大，對(duì)磚塊質(zhì)量的要求也越來越高。傳統(tǒng)的磚塊往往會(huì)因火力不夠，窯溫過低，而無法燒透。而如果火力太猛，空氣對(duì)流太劇烈，窯內(nèi)的火苗會(huì)被氣流卷起，這樣會(huì)導(dǎo)致磚燒得過火，出窯后磚會(huì)變形。而且傳統(tǒng)燒磚過程也需要有人看護(hù)，用肉眼觀察火候來生產(chǎn)，造成燒結(jié)質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益不高，環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，為解決這些問題，無論從考慮社會(huì)價(jià)值還是經(jīng)濟(jì)價(jià)值的角度，都有必要采用現(xiàn)代的監(jiān)測與控制手段，對(duì)磚塊生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測。

而用虛擬儀器技術(shù)建立一個(gè)磚窯監(jiān)測系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率，改善工作環(huán)境，改進(jìn)磚坯質(zhì)量，已成為適應(yīng)時(shí)代的需要。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。簡單的說，虛擬儀器就是在通過計(jì)算機(jī)上加上LABview軟件和硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)就像是在操作他自己設(shè)計(jì)的專用的電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個(gè)用戶都可以通過改寫軟件的辦法方便的改變和增減儀器系統(tǒng)的功能，即“軟件就是儀器”。而NI-DAQMX是虛擬儀器軟件數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)發(fā)展的新一代產(chǎn)品，能夠更快速得創(chuàng)建、測試并發(fā)布使用高性能的測試測量應(yīng)用程序。NI-DAQMX測量服務(wù)軟件，除了具備數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)的基本功能之外，還具備更高的工作效率，更多的性能優(yōu)勢，在虛擬儀器技術(shù)領(lǐng)域儀器基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集方面保持著行業(yè)領(lǐng)先地位。

1 系統(tǒng)方案的確定

本次設(shè)計(jì)針對(duì)磚窯群主要是采用了裝有LabVIEW軟件的計(jì)算機(jī)、對(duì)于溫度監(jiān)測部分每個(gè)磚窯體分配了32個(gè)熱電偶傳感器、32個(gè)信號(hào)調(diào)理器和4個(gè)多路開關(guān)，每個(gè)窯體的32個(gè)熱電偶在窯內(nèi)的平面分布：在窯體的頂部一共擺放三排，左邊和右邊一排8個(gè)熱電偶，中間16個(gè)熱電偶，熱電偶溫度傳感器將采集到的信號(hào)通過調(diào)理器隔離，放大，濾波等操作，在經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的測試軟件程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示出來，同時(shí)通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制信號(hào)，發(fā)送給外部調(diào)理設(shè)備選擇溫度點(diǎn)信號(hào)，系同一溫度循檢的形式進(jìn)行溫度測量。

對(duì)焙燒溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，其功能主要滿足如下要求：

1）磚窯溫度采集。選擇合適的傳感器和其調(diào)離器，構(gòu)建磚窯多路溫度采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)采集。要求溫度監(jiān)測范圍在300～1200℃，精度控制在1℃以內(nèi)。

2）數(shù)據(jù)處理顯示等。對(duì)采集的溫度信號(hào)的標(biāo)定、補(bǔ)償處理、數(shù)據(jù)顯示和溫度數(shù)據(jù)保存等。

3）超限報(bào)警處理。溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，需進(jìn)行聲光報(bào)警。

4）數(shù)據(jù)查詢。能夠?qū)Σ杉臏囟葦?shù)據(jù)查詢。

5）圖形顯示。能夠把采集到的數(shù)據(jù)用圖形顯示和理想溫度曲線進(jìn)行比較。

6）用戶登錄和管理。用戶合法性登錄驗(yàn)證，管理員能夠進(jìn)行用戶管理。

2 虛擬儀器軟件模塊設(shè)計(jì)

虛擬儀器設(shè)計(jì)軟件分為兩大模塊：管理模塊和測試模塊。其功能、軟件面板圖如下所示（圖1、圖2）。

此畫面為1號(hào)窯的沒啟動(dòng)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)主畫面，指示燈都是閃爍燈，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)溫度監(jiān)測點(diǎn)，也即為溫度超限報(bào)警點(diǎn)，沒啟動(dòng)時(shí)指示燈全為黑色，當(dāng)閃爍燈為綠色時(shí)即為溫度正常顯示點(diǎn)，顯示為青色時(shí)為溫度高溫報(bào)警點(diǎn)，顯示為藍(lán)色是為溫度低溫報(bào)警點(diǎn)。

3 連接硬件，進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)

所有的實(shí)驗(yàn)程序都編好后，就可以連接硬件進(jìn)行仿真。為了事先了解設(shè)備的連接情況，需要先對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)采集卡及信號(hào)調(diào)理器進(jìn)行測試，對(duì)設(shè)備的測試過程，是利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)（DAQ）在MAM上創(chuàng)建任務(wù)選擇測試設(shè)備，進(jìn)入設(shè)備測試窗口。這里L(fēng)ABVIEW的任務(wù)和MAM上的任務(wù)的設(shè)置必須一樣。如果有不一樣，則LABVIEW采集程序會(huì)報(bào)告出錯(cuò)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的欠缺，本次實(shí)驗(yàn)只用一個(gè)熱電偶傳感器和SCC調(diào)理器進(jìn)行測試，首先按照系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)連接好線，將傳感器接到SCC調(diào)理器的J7模塊2，3端口，如圖3所示。再將調(diào)理器連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

連接設(shè)置好后調(diào)試SCC調(diào)理器，調(diào)好后退出MAX程序，運(yùn)行LABVIEW軟件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，由于本次實(shí)驗(yàn)只采集一路溫度測點(diǎn)信號(hào)，即設(shè)計(jì)程序左一號(hào)測點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)測點(diǎn)，其他測點(diǎn)用虛擬運(yùn)行仿真。圖中的青色點(diǎn)為超溫報(bào)警測點(diǎn)，藍(lán)色點(diǎn)為低溫報(bào)警測點(diǎn)，綠色點(diǎn)為正常顯示測點(diǎn)，白色曲線（溫度曲線1-8）為實(shí)際溫度曲線，紅色曲線為設(shè)定的理想溫度曲線。切換中、右可以看到中間和右邊監(jiān)測點(diǎn)的溫度曲線變化（圖4）。

對(duì)應(yīng)于以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示中會(huì)有相應(yīng)的采集時(shí)間、報(bào)警明細(xì)點(diǎn)及各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的溫度顯示，這有助于工作人員很快了解哪一點(diǎn)的溫度超限及超限溫度的程度。其相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示如圖5所示，1號(hào)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給熱電偶傳感器加熱時(shí)數(shù)據(jù)值會(huì)變大。

圖5

至此，用LABVIEW設(shè)計(jì)的磚窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)已全部結(jié)束，其仿真實(shí)驗(yàn)監(jiān)測結(jié)果取得較理想的效果?？偟膩碚f，設(shè)計(jì)基本達(dá)到目的，符合要求。

5 總結(jié)

磚窯窯群多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)是一種新型的工業(yè)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，并且以此為基礎(chǔ)只要根據(jù)溫度傳感器測出的溫度值與理想值進(jìn)行比較，由控制中心發(fā)出控制指令即可以實(shí)現(xiàn)理想目的。其系統(tǒng)可以節(jié)省大批人力，并能成倍的提高制磚的效率和成品的質(zhì)量。而溫度是工業(yè)設(shè)備中需要檢測的重要物理參數(shù)，隨著測試技術(shù)的發(fā)展，分布式溫度測試系統(tǒng)成為趨勢。虛擬儀器技術(shù)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字處理、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程方法，代表了測量儀器與自動(dòng)測試系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，將其應(yīng)用于多路溫度測試取得了較好的測試效果，達(dá)到了基于虛擬儀器的磚窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期目的。

本文主要完成了如下的研究工作：

1）查閱了大量文獻(xiàn)資料，對(duì)熱電偶溫度傳感器的性能及測溫方法和虛擬儀器技術(shù)有比較深入的認(rèn)識(shí)。

2）完成了溫度測試系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)。根據(jù)測量要求，選擇了合適的溫度測量元件和數(shù)據(jù)采集卡，利用這些器件組建了溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足測溫系統(tǒng)的測試需求。

3）設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于LabVIEW的虛擬儀器的磚窯溫度監(jiān)測系統(tǒng)軟件。對(duì)軟件功能模塊進(jìn)行了劃分，完成了管理模塊和測試模塊設(shè)計(jì)和編程工作。編寫了數(shù)據(jù)采集程序，處理標(biāo)定程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、超限報(bào)警程序、用戶登錄和管理程序、數(shù)據(jù)查詢程序等，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部溫度信號(hào)的采集、處理等功能

4）進(jìn)行了溫度采集測試實(shí)驗(yàn)。利用硬件系統(tǒng)配合系統(tǒng)軟件，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測試，經(jīng)過實(shí)測得到溫度數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張邦星.隧道機(jī)磚窯窯內(nèi)溫度檢測系統(tǒng)的研究[N].宜賓師專學(xué)報(bào)，1991，1：59-61.

[2]鄭林偉.閩南紅磚窯的傳統(tǒng)燒制工藝[J].中國科技史雜志，2005，3（26）：249-256.

[3]松桂，范軍.高精度磚窯專用測溫儀投入生產(chǎn)[J].磚瓦世界，1986，（18）：16.

[4]黃定先，孟興壽.磚窯企業(yè)的粉塵高溫危害因素調(diào)查[J].浙江預(yù)防醫(yī)學(xué)，2000，12（11）：29-30.

[5]李彥軍.淺析煤矸石制磚窯爐焙燒控制要點(diǎn)[J].2005，6：24.

[6]史君潔.節(jié)能省錢的新型磚窯[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，1988，4：22.

[7]楊永軍.溫度測量技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展概述[J].計(jì)測技術(shù)，2009，29（4）：62-65.

[8]倪震楚.現(xiàn)代溫度測量技術(shù)綜述[J].消防理論研究，2003，22（4）：270-272.

[9]龍華偉，顧永剛.LabVIEW8.2.1與DAQ數(shù)據(jù)采集[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[責(zé)任編輯：王楠]