基于虚拟仪器技术的砖窑监测系统设计

2016-02-22夏王霞

科技视界 2016年5期

夏王霞

【摘要】本文以实现砖窑生产过程中温度监测为目标，利用虚拟仪器技术功能模块对砖窑在生产过程中实现了实时温度数据的采集及监测，便于人机交换界面管理。所做的工作主要包括以下三方面：①根据功能要求设计了系统总体方案，②利用LABVIEW软件平台完成了系统软件的设计和编程工作，③连接了硬件，进行了系统监测实验。

【关键词】砖窑；虚拟仪器；LABVIEW；温度监测

0 引言

砖块作为建筑业的主要材料之一，在社会房地产发展中的需求越来愈大，对砖块质量的要求也越来越高。传统的砖块往往会因火力不够，窑温过低，而无法烧透。而如果火力太猛，空气对流太剧烈，窑内的火苗会被气流卷起，这样会导致砖烧得过火，出窑后砖会变形。而且传统烧砖过程也需要有人看护，用肉眼观察火候来生产，造成烧结质量不稳定，经济效益不高，环境污染大等缺点，为解决这些问题，无论从考虑社会价值还是经济价值的角度，都有必要采用现代的监测与控制手段，对砖块生产进行监测。

而用虚拟仪器技术建立一个砖窑监测系统，提高生产效率，改善工作环境，改进砖坯质量，已成为适应时代的需要。虚拟仪器是基于计算机的仪器。简单的说，虚拟仪器就是在通过计算机上加上LABview软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时就像是在操作他自己设计的专用的电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个用户都可以通过改写软件的办法方便的改变和增减仪器系统的功能，即“软件就是仪器”。而NI-DAQMX是虚拟仪器软件数据采集驱动发展的新一代产品，能够更快速得创建、测试并发布使用高性能的测试测量应用程序。NI-DAQMX测量服务软件，除了具备数据采集驱动的基本功能之外，还具备更高的工作效率，更多的性能优势，在虚拟仪器技术领域仪器基于计算机技术的数据采集方面保持着行业领先地位。

1 系统方案的确定

本次设计针对砖窑群主要是采用了装有LabVIEW软件的计算机、对于温度监测部分每个砖窑体分配了32个热电偶传感器、32个信号调理器和4个多路开关，每个窑体的32个热电偶在窑内的平面分布：在窑体的顶部一共摆放三排，左边和右边一排8个热电偶，中间16个热电偶，热电偶温度传感器将采集到的信号通过调理器隔离，放大，滤波等操作，在经数据采集卡进入计算机。计算机上运行的测试软件程序对输入的数据进行分析处理，将结果由计算机显示出来，同时通过数据采集卡输出控制信号，发送给外部调理设备选择温度点信号，系同一温度循检的形式进行温度测量。

对焙烧温度实时监测软件结构进行总体设计，其功能主要满足如下要求：

1）砖窑温度采集。选择合适的传感器和其调离器，构建砖窑多路温度采集系统，实现温度信号采集。要求温度监测范围在300～1200℃，精度控制在1℃以内。

2）数据处理显示等。对采集的温度信号的标定、补偿处理、数据显示和温度数据保存等。

3）超限报警处理。温度超出设定范围时，需进行声光报警。

4）数据查询。能够对采集的温度数据查询。

5）图形显示。能够把采集到的数据用图形显示和理想温度曲线进行比较。

6）用户登录和管理。用户合法性登录验证，管理员能够进行用户管理。

2 虚拟仪器软件模块设计

虚拟仪器设计软件分为两大模块：管理模块和测试模块。其功能、软件面板图如下所示（图1、图2）。

此画面为1号窑的没启动时温度监测系统主画面，指示灯都是闪烁灯，每个点代表一个温度监测点，也即为温度超限报警点，没启动时指示灯全为黑色，当闪烁灯为绿色时即为温度正常显示点，显示为青色时为温度高温报警点，显示为蓝色是为温度低温报警点。

3 连接硬件，进行系统监测实验

所有的实验程序都编好后，就可以连接硬件进行仿真。为了事先了解设备的连接情况，需要先对设备数据采集卡及信号调理器进行测试，对设备的测试过程，是利用数据采集技术（DAQ）在MAM上创建任务选择测试设备，进入设备测试窗口。这里LABVIEW的任务和MAM上的任务的设置必须一样。如果有不一样，则LABVIEW采集程序会报告出错。由于实验设备的欠缺，本次实验只用一个热电偶传感器和SCC调理器进行测试，首先按照系统硬件设计连接好线，将传感器接到SCC调理器的J7模块2，3端口，如图3所示。再将调理器连接计算机进行验证。

4 实验结果

连接设置好后调试SCC调理器，调好后退出MAX程序，运行LABVIEW软件，实验结果如下图所示，由于本次实验只采集一路温度测点信号，即设计程序左一号测点为实验测点，其他测点用虚拟运行仿真。图中的青色点为超温报警测点，蓝色点为低温报警测点，绿色点为正常显示测点，白色曲线（温度曲线1-8）为实际温度曲线，红色曲线为设定的理想温度曲线。切换中、右可以看到中间和右边监测点的温度曲线变化（图4）。

对应于以上的实验结果，数据显示中会有相应的采集时间、报警明细点及各个监测点的温度显示，这有助于工作人员很快了解哪一点的温度超限及超限温度的程度。其相应数据显示如图5所示，1号为实验结果，给热电偶传感器加热时数据值会变大。

图5

至此，用LABVIEW设计的砖窑温度监测系统已全部结束，其仿真实验监测结果取得较理想的效果。总的来说，设计基本达到目的，符合要求。

5 总结

砖窑窑群多路温度监测系统是一种新型的工业自动监测系统，并且以此为基础只要根据温度传感器测出的温度值与理想值进行比较，由控制中心发出控制指令即可以实现理想目的。其系统可以节省大批人力，并能成倍的提高制砖的效率和成品的质量。而温度是工业设备中需要检测的重要物理参数，随着测试技术的发展，分布式温度测试系统成为趋势。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术，网络技术，数字处理、标准总线技术和软件工程方法，代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向，将其应用于多路温度测试取得了较好的测试效果，达到了基于虚拟仪器的砖窑温度监测系统设计的预期目的。

本文主要完成了如下的研究工作：

1）查阅了大量文献资料，对热电偶温度传感器的性能及测温方法和虚拟仪器技术有比较深入的认识。

2）完成了温度测试系统的硬件部分设计。根据测量要求，选择了合适的温度测量元件和数据采集卡，利用这些器件组建了温度数据采集系统，满足测温系统的测试需求。

3）设计并开发了基于LabVIEW的虚拟仪器的砖窑温度监测系统软件。对软件功能模块进行了划分，完成了管理模块和测试模块设计和编程工作。编写了数据采集程序，处理标定程序、数据存储、超限报警程序、用户登录和管理程序、数据查询程序等，实现对外部温度信号的采集、处理等功能

4）进行了温度采集测试实验。利用硬件系统配合系统软件，在实验室进行了测试，经过实测得到温度数据。

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