基于VB铝电解槽温度监测系统开发初探

2015-12-31姚志国菅锁军

机械工程与自动化 2015年1期

姚志国，菅锁军

（中盐吉兰泰盐化集团股份有限公司，内蒙古阿拉善 010051）

0 引言

铝电解工艺过程受到很多参数的影响，其中温度就是一个重要的工艺指标。由于电解槽内高温、强腐蚀熔体的限制，一直没有能满足工业电解铝生产要求的测温方法。目前电解槽温度测量有仪器测温和间接测温两种。间接测量方式是通过计算机或数学方法，分析与电解温度相关的影响因素，通过不接触测温得出电解温度，以达到监测电解质温度的目的。本文采用VB汇编语言和ANSYS软件进行铝电解温度监测系统的开发，利用计算机软件技术实现对电解温度的监测。

1 系统开发原理

1.1 ANSYS二次开发简介

ANSYS有限元软件是进行热、结构等方面分析的工程应用软件，为满足各类用户的要求，ANSYS软件为用户提供了二次开发工具，其中APDL（参数化设计语言）是最常用的开发语言。参数化设计是将模型的尺寸、条件等用参数的形式表示，APDL程序允许输入比较复杂的参数，这样就使得用户有权控制任何设计或是分析属性，减少了大量的工作。

采用APDL语言编制，并使ANSYS自动运行的程序也称为命令流文件，其文件格式有txt等几种类型，用户可以直接编写命令文件。如果用户不能非常熟练地使用APDL进行命令流的编制，则可以将所要分析的工程问题先使用图形用户操作界面（GUI）进行分析，分析完成后ANSYS会自动根据GUI操作形成APDL命令流文件，用户只需对这个文件进行适当的修改就能得到所需的命令流文件。

1.2 系统开发流程

虽然APDL参数化语言有较为强大的功能，但仍存在程序结构不清晰等方面的不足。为克服APDL语言的缺点，众多学者结合其他编程语言进行ANSYS二次开发，Visual Basic汇编语言就是其中的一种。

用户利用VB可以开发出友好的界面，ANSYS命令流由VB进行后台封装，用户只需在界面中输入计算所需的参数，系统就会自动调用ANSYS在后台运行，进行建模、求解和后处理等操作，最后将结果显示给用户。具体来说就是通过执行VB的代码，形成APDL命令流文件，后台调用启动ANSYS，将形成的命令流输入到后台运行的ANSYS软件中，ANSYS软件就会按照APDL命令流进行分析计算，系统读取计算结果并显示给用户。系统开发的流程如图1所示。

图1 系统开发流程

2 系统开发方法

2.1 系统动态数据文件的形成

APDL命令流可以在VB程序中通过“Print”命令逐句写入，形成命令流文件。但是对于复杂的仿真计算，逐句写入太过繁琐。为简化程序，在编制好的APDL命令流中添加 “/input”命令，用 VB 中的“Print”命令将相应的参数值嵌入到命令流中，形成新的命令流文件，具体如图2、图3所示，VB代码中的‘E＼＊＼＊.txt’为数据文件的路径。

图2 Print输出代码

图3 生成的命令流文件

VB程序生成新的命令流文件后，就可以调用ANSYS软件。VB利用窗口函数shell（）来调用ANSYS软件，调用的核心代码如下：

其中：□表示空格。

2.2 系统分析过程的监测

VB调用ANSYS软件时，ANSYS在后台运行，用户不能直观地看到ANSYS的运行情况，因此就需要采用VB中的计时器来检查ANSYS的运行情况。设计时，在系统的界面中添加Timer控件，将计时器Timer的激活（Enabled）属性设为关（False），时间间隔（Interval）设为1 000ms，计时器就会每1s检查一次ANSYS的运行状况。ANSYS在计算时会生成file.err文件，如果file.err为空，则后台出错，否则表示计算完成。因此可以通过检查file.err文件来判断运算的情况。但分析复杂问题时，由于ANSYS运行时间较长，检测到file.err文件为空时，ANSYS仍然在计算，为了避免系统出现判断错误的情况，在系统中采用两个计时器来判断ANSYS的计算情况。

2.3 系统分析结果的读取

为了在VB中直接查看ANSYS结果数据，需要先使用APDL语言在命令流里添加一些后处理命令，将需要的结果文件以“＊.txt”或“＊.jpg”文件形式保存到工作路径中。图片文件可以利用VB的读取命令，在VB界面中显示给用户；而文本文件可以通过VB中的顺序文件访问方法进行读取，其核心代码如下所示：

3 系统界面设计与算例分析

3.1 系统的功能

本系统借助VB 6.0进行开发，利用VB封装APDL命令流，用户只需输入必要的铝电解工艺参数，系统会自动进行后台运算分析，最后将结果显示在系统界面中。初步开发的系统，可以实现以下两个方面的功能：

（1）用户对输入的各项参数确认后方可进行分析，在分析过程中，系统始终监测ANSYS后台运行的情况，分析完成或出现错误时系统会对用户进行提醒。

（2）根据用户输入的各项参数，结合预先编好的APDL命令流文件，生成新的命令流文件，在后台进行铝电解槽模型的读入和分析计算，得到计算结果文件，并将结果文件显示给用户，供用户采集电解槽温度数据和进行结果分析。

3.2 系统设计

系统开发的目的是用户可以方便地利用计算机进行铝电解温度监测，因此，系统的界面设计应注重使用的方便性和可视性。系统的欢迎界面如图4所示。

图4 欢迎界面

用户在系统参数输入界面（见图5）输入相关参数，利用输入的参数生成新的APDL命令流文件，调用ANSYS将APDL命令流文件输入到ANSYS中，进行电解槽温度仿真计算。

图5 参数输入界面

为防止用户输入参数有误，在输入完成点击“确定”后，系统会弹出提示界面，并在提示界面中显示输入的各项参数，以便用户对输入的参数进行确认核对。当用户确认参数输入无误后，系统自动进行分析，ANSYS分析完成后，弹出求解完成对话框，点击求解完成对话框中的“确定”按钮，系统读取求解结果，并将求解的结果和输入的参数一同在图6所示的界面中显示，供用户查看和记录温度数据。

图6中所示的ANSYS等温线图，是用系统进行的一个算例分析结果，算例采用的是160kA电解槽1/2二维模型，系统计算结果与相同条件下ANSYS软件分析结果基本相同。