基于虛擬儀器技術的磚窯監測系統設計

夏王霞

【摘 要】本文以實現磚窯生產過程中溫度監測為目標，利用虛擬儀器技術功能模塊對磚窯在生產過程中實現了實時溫度數據的采集及監測，便于人機交換界面管理。所做的工作主要包括以下三方面：①根據功能要求設計了系統總體方案，②利用LABVIEW軟件平臺完成了系統軟件的設計和編程工作，③連接了硬件，進行了系統監測實驗。

【關鍵詞】磚窯；虛擬儀器；LABVIEW；溫度監測

0 引言

磚塊作為建筑業的主要材料之一，在社會房地產發展中的需求越來愈大，對磚塊質量的要求也越來越高。傳統的磚塊往往會因火力不夠，窯溫過低，而無法燒透。而如果火力太猛，空氣對流太劇烈，窯內的火苗會被氣流卷起，這樣會導致磚燒得過火，出窯后磚會變形。而且傳統燒磚過程也需要有人看護，用肉眼觀察火候來生產，造成燒結質量不穩定，經濟效益不高，環境污染大等缺點，為解決這些問題，無論從考慮社會價值還是經濟價值的角度，都有必要采用現代的監測與控制手段，對磚塊生產進行監測。

而用虛擬儀器技術建立一個磚窯監測系統，提高生產效率，改善工作環境，改進磚坯質量，已成為適應時代的需要。虛擬儀器是基于計算機的儀器。簡單的說，虛擬儀器就是在通過計算機上加上LABview軟件和硬件，使得使用者在操作這臺計算機時就像是在操作他自己設計的專用的電子儀器。在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵，任何一個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的功能，即“軟件就是儀器”。而NI-DAQMX是虛擬儀器軟件數據采集驅動發展的新一代產品，能夠更快速得創建、測試并發布使用高性能的測試測量應用程序。NI-DAQMX測量服務軟件，除了具備數據采集驅動的基本功能之外，還具備更高的工作效率，更多的性能優勢，在虛擬儀器技術領域儀器基于計算機技術的數據采集方面保持著行業領先地位。

1 系統方案的確定

本次設計針對磚窯群主要是采用了裝有LabVIEW軟件的計算機、對于溫度監測部分每個磚窯體分配了32個熱電偶傳感器、32個信號調理器和4個多路開關，每個窯體的32個熱電偶在窯內的平面分布：在窯體的頂部一共擺放三排，左邊和右邊一排8個熱電偶，中間16個熱電偶，熱電偶溫度傳感器將采集到的信號通過調理器隔離，放大，濾波等操作，在經數據采集卡進入計算機。計算機上運行的測試軟件程序對輸入的數據進行分析處理，將結果由計算機顯示出來，同時通過數據采集卡輸出控制信號，發送給外部調理設備選擇溫度點信號，系同一溫度循檢的形式進行溫度測量。

對焙燒溫度實時監測軟件結構進行總體設計，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離器，構建磚窯多路溫度采集系統，實現溫度信號采集。要求溫度監測范圍在300～1200℃，精度控制在1℃以內。

2）數據處理顯示等。對采集的溫度信號的標定、補償處理、數據顯示和溫度數據保存等。

3）超限報警處理。溫度超出設定范圍時，需進行聲光報警。

4）數據查詢。能夠對采集的溫度數據查詢。

5）圖形顯示。能夠把采集到的數據用圖形顯示和理想溫度曲線進行比較。

6）用戶登錄和管理。用戶合法性登錄驗證，管理員能夠進行用戶管理。

2 虛擬儀器軟件模塊設計

虛擬儀器設計軟件分為兩大模塊：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號窯的沒啟動時溫度監測系統主畫面，指示燈都是閃爍燈，每個點代表一個溫度監測點，也即為溫度超限報警點，沒啟動時指示燈全為黑色，當閃爍燈為綠色時即為溫度正常顯示點，顯示為青色時為溫度高溫報警點，顯示為藍色是為溫度低溫報警點。

3 連接硬件，進行系統監測實驗

所有的實驗程序都編好后，就可以連接硬件進行仿真。為了事先了解設備的連接情況，需要先對設備數據采集卡及信號調理器進行測試，對設備的測試過程，是利用數據采集技術（DAQ）在MAM上創建任務選擇測試設備，進入設備測試窗口。這里LABVIEW的任務和MAM上的任務的設置必須一樣。如果有不一樣，則LABVIEW采集程序會報告出錯。由于實驗設備的欠缺，本次實驗只用一個熱電偶傳感器和SCC調理器進行測試，首先按照系統硬件設計連接好線，將傳感器接到SCC調理器的J7模塊2，3端口，如圖3所示。再將調理器連接計算機進行驗證。

4 實驗結果

連接設置好后調試SCC調理器，調好后退出MAX程序，運行LABVIEW軟件，實驗結果如下圖所示，由于本次實驗只采集一路溫度測點信號，即設計程序左一號測點為實驗測點，其他測點用虛擬運行仿真。圖中的青色點為超溫報警測點，藍色點為低溫報警測點，綠色點為正常顯示測點，白色曲線（溫度曲線1-8）為實際溫度曲線，紅色曲線為設定的理想溫度曲線。切換中、右可以看到中間和右邊監測點的溫度曲線變化（圖4）。

對應于以上的實驗結果，數據顯示中會有相應的采集時間、報警明細點及各個監測點的溫度顯示，這有助于工作人員很快了解哪一點的溫度超限及超限溫度的程度。其相應數據顯示如圖5所示，1號為實驗結果，給熱電偶傳感器加熱時數據值會變大。

圖5

至此，用LABVIEW設計的磚窯溫度監測系統已全部結束，其仿真實驗監測結果取得較理想的效果?？偟膩碚f，設計基本達到目的，符合要求。

5 總結

磚窯窯群多路溫度監測系統是一種新型的工業自動監測系統，并且以此為基礎只要根據溫度傳感器測出的溫度值與理想值進行比較，由控制中心發出控制指令即可以實現理想目的。其系統可以節省大批人力，并能成倍的提高制磚的效率和成品的質量。而溫度是工業設備中需要檢測的重要物理參數，隨著測試技術的發展，分布式溫度測試系統成為趨勢。虛擬儀器技術綜合運用了計算機技術，網絡技術，數字處理、標準總線技術和軟件工程方法，代表了測量儀器與自動測試系統未來的發展方向，將其應用于多路溫度測試取得了較好的測試效果，達到了基于虛擬儀器的磚窯溫度監測系統設計的預期目的。

本文主要完成了如下的研究工作：

1）查閱了大量文獻資料，對熱電偶溫度傳感器的性能及測溫方法和虛擬儀器技術有比較深入的認識。

2）完成了溫度測試系統的硬件部分設計。根據測量要求，選擇了合適的溫度測量元件和數據采集卡，利用這些器件組建了溫度數據采集系統，滿足測溫系統的測試需求。

3）設計并開發了基于LabVIEW的虛擬儀器的磚窯溫度監測系統軟件。對軟件功能模塊進行了劃分，完成了管理模塊和測試模塊設計和編程工作。編寫了數據采集程序，處理標定程序、數據存儲、超限報警程序、用戶登錄和管理程序、數據查詢程序等，實現對外部溫度信號的采集、處理等功能

4）進行了溫度采集測試實驗。利用硬件系統配合系統軟件，在實驗室進行了測試，經過實測得到溫度數據。

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[責任編輯：王楠]