周歧剛

(樂山師范學院 物理與電子工程學院，四川 樂山　614004)

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基于VEE的玄武巖纖維拉絲池窯溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

周歧剛

(樂山師范學院 物理與電子工程學院，四川 樂山614004)

摘要：連續(xù)玄武巖纖維及其增強復合材料強度高、化學性能穩(wěn)定、電絕緣性好，廣泛用于航空航天、石油化工、建筑、汽車等領(lǐng)域，但目前面臨著生產(chǎn)成本高等困境。大規(guī)模池窯生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維是降低其成本的有效途徑之一。本文利用虛擬儀器技術(shù)，通過軟件開發(fā)平臺Keysight VEE編寫程序協(xié)同人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，設(shè)計開發(fā)連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯的溫度計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有控制成本低，效率高，用戶操作界面友好等特點。

關(guān)鍵詞：連續(xù)玄武巖纖維；虛擬儀器技術(shù)；人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器

0引言

連續(xù)玄武巖纖維是由單一的玄武巖礦石為原料在高溫下熔化和拉絲制造而成，其生產(chǎn)原料是天然存在的，是唯一不添加任何其他原料的純天然的新型高技術(shù)纖維。同時，由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其它堿金屬氧化物排出，使玄武巖連續(xù)纖維的制造過程對環(huán)境危害較小，是21世紀高新的“綠色工業(yè)材料”。玄武巖連續(xù)纖維增強的復合材料其強度、化學穩(wěn)定性、電絕緣性能均較好，因此廣泛用于航空航天、石油化工、建筑、汽車等領(lǐng)域。連續(xù)玄武巖纖維是重要的國家級安全戰(zhàn)略物質(zhì)，是支撐高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新材料，也是促進國民經(jīng)濟相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品升級換代的基礎(chǔ)材料，代表著世界綠色材料的發(fā)展方向，玄武巖纖維被列為我國重點發(fā)展的四大纖維之一[1-3]。

我國玄武巖資源十分豐富, 因此研究開發(fā)和合理利用玄武巖資源具有重大的經(jīng)濟意義和社會意義。連續(xù)玄武巖纖維項目被列為科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金、國家級火炬計劃等。然而，相比國外我國有關(guān)玄武巖纖維的生產(chǎn)和應用方面的研究起步較晚，目前仍然面臨著生產(chǎn)成本高，產(chǎn)能不足等問題，導致相關(guān)下游應用產(chǎn)業(yè)鏈還沒有培育起來等方面的問題。降低玄武巖纖維及其相關(guān)制品價格，從而培育這一新的萬億級產(chǎn)業(yè)鏈最關(guān)鍵的問題是降低玄武巖纖維的生產(chǎn)成本。玄武巖連續(xù)纖維的規(guī)?；a(chǎn)是降低成本、提高產(chǎn)能的有效途徑之一。目前玄武巖纖維的規(guī)模化生產(chǎn)設(shè)備一般都采用能大規(guī)模生產(chǎn)玄武巖纖維的池窯，典型的全電熔池窯由爐體，熔化池，均化分配池，料道，供料口，排料裝置等組成。全面監(jiān)測和精確控制池窯內(nèi)各部位的溫度是能生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的最重要條件之一，本文利用虛擬儀器技術(shù)，通過軟件開發(fā)平臺Keysight VEE編寫的程序作為核心，與人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器協(xié)同作用，設(shè)計開發(fā)全面監(jiān)測和精確控制連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯內(nèi)各部位的溫度計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng)，方法簡便，成本低，效率高，效果好。

1Keysight VEE簡介

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機擁有強大的功能，借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，并利用軟件來實現(xiàn)計算機與傳統(tǒng)測試設(shè)備的結(jié)合，以此形成虛擬儀器的監(jiān)測和控制系統(tǒng)已成為主要發(fā)展方向。從而使傳統(tǒng)測試儀器在數(shù)據(jù)的傳送、儲存以及處理等方面的局限將迎刃而解。虛擬儀器的優(yōu)勢大大的降低了監(jiān)測、控制和數(shù)據(jù)采集的成本，是物美價廉的解決工業(yè)控制的方案，其效率和可靠性與傳統(tǒng)儀器相比大大提高。[4]

在各種虛擬儀器技術(shù)中，Keysight VEE(原agilent VEE)是一款使用方便的圖形編程工具,并且具有出色的連通性(GPIB、串行、LAN),可在進行分析時自動執(zhí)行測試與測量任務,并提供報告，無論是從編譯速度、程序質(zhì)量上還是從執(zhí)行速度以及使用的靈活性上都是一個巨大的飛躍。VEE作為一個完善的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了自動控制領(lǐng)域的廣泛認可。 VEE適用于產(chǎn)品的跟蹤測試，包括從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)及品質(zhì)控制等一系列的產(chǎn)品制造過程。VEE不但在產(chǎn)品設(shè)計階段創(chuàng)建快速簡單的程序，它還提供一個速度更快、功能更強大的用戶開發(fā)環(huán)境、界面以及功能控件，使得用戶可以更直接地針對產(chǎn)品生產(chǎn)與制造的整個周期。[5]

2連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯及溫度監(jiān)測和控制

連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯內(nèi)需要監(jiān)測和控制眾多的溫度，圖1是連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯示意圖，在圖1中，玄武巖纖維生產(chǎn)池窯的熔化池，均化分配池，拉絲漏板等處需要溫度監(jiān)測和控制。

圖1　連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯

3人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器簡介

要監(jiān)測和控制連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯內(nèi)溫度分布，目前適合溫度、壓力、流量、液位、濕度等精確控制的人工智能調(diào)節(jié)器是理想的控制器，具有成本低，功能強，監(jiān)控精度高等特點。例如本系統(tǒng)中采用的廈門宇電AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器。例如，廈門宇V7.0的AI-708/708P/808/808P型人工智能溫度控制器，具有的主要特點有：輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精度高達0.2級；采用先進的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定(AT)功能；采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿足各種應用場合的需要，交貨迅速且維護方便；人性化設(shè)計的操作方法，易學易用；全球通用的100~240 VAC輸入范圍開關(guān)電源或24VDC電源供電，并具備多種外型尺寸供客戶選擇；具備10個LED指示燈的顯示面板；具有加熱/冷卻雙輸出功能，第二輸出可自由定義為電流或時間比例輸出規(guī)格；報警采用單邊回差；支持多達4路報警及事件輸出操作；采樣速度高，能實現(xiàn)快速的閥門控制等。[6]

4連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯溫度監(jiān)測和控制的VEE實現(xiàn)方法

圖2是玄武巖纖維生產(chǎn)池窯溫度監(jiān)測和控制的軟硬件系統(tǒng)框圖。而圖3是基于VEE的該系統(tǒng)程序流程圖。該系統(tǒng)工作過程如下：VEE程序通過定時觸發(fā)，讀取AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器各監(jiān)控點的溫度并將所有測試到的各參數(shù)寫入文檔，同時在用戶交互程序面板上作出圖形顯示；VEE程序判斷各溫度點的實際測試溫度值與要求的溫度值的偏差情況，通過指令在AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器的協(xié)同作用下對池窯溫度分布進行調(diào)控，使池窯溫度達到要求的拉絲條件。

圖2　基于VEE的玄武巖纖維拉絲池窯溫度監(jiān)控系統(tǒng)框圖

圖3基于VEE的玄武巖纖維生產(chǎn)池窯溫度監(jiān)控程序框圖

5結(jié)論

利用虛擬儀器技術(shù)，通過軟件開發(fā)平臺Keysight VEE編寫程序協(xié)同人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，設(shè)計開發(fā)出連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)池窯的溫度計算機輔助監(jiān)測和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得大規(guī)模池窯生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的工藝控制變得更加簡單有效，從而極大地節(jié)省了其生產(chǎn)成本。

參考文獻：

[1]王寧. 玄武巖纖維及其改性瀝青的性能研究[D].中國地質(zhì)大學,2013.

[2]阮曉東. CFB:新世紀的新材料[J]. 新經(jīng)濟導刊,2014,03:54-58.

[3]劉克杰,朱華蘭,彭濤,王鳳德. 無機特種纖維介紹(一)[J]. 合成纖維,2013,05:32-37.

[4]趙耀,韓正英,高業(yè)勝. Agilent VEE光纖布拉格光柵波長測試系統(tǒng)[J]. 中國測試,2015,02:69-71.

[5]Vincent Foo. Agilent VEE 9．0中的多線程[J]. 國外電子測量技術(shù),2008,12:62-63.

[6]不止于大功能再進化——宇電大屏系列人工智能溫度控制器/工業(yè)調(diào)節(jié)器[J]. 中國儀器儀表,2015,08:14.

《化工設(shè)計通訊》征訂啟事

《化工設(shè)計通訊》雜志系經(jīng)國家新聞出版廣電總署批準國內(nèi)外公開發(fā)行的全國性化工科技期刊，創(chuàng)刊于1975年，由湖南化工醫(yī)藥設(shè)計院主辦。是全國化工系統(tǒng)優(yōu)秀期刊和省一級期刊。被《中國學術(shù)期刊(光盤版)》、《萬方數(shù)據(jù)-數(shù)字化期刊群》、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》、《中國化學化工文摘》等收錄。發(fā)行范圍遍及全國各省市化工主管部門、設(shè)計院、科研院(所)、中小氮肥、復混肥、化工企業(yè)、大專院校、圖書館及信息部門。主要報道化工產(chǎn)品的設(shè)計、研究、生產(chǎn)、建設(shè)、技改、教學等方面的新工藝、新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料。稿源來自全國化工行業(yè)各條戰(zhàn)線，刊登文章突出針對性、實用性、科學性、創(chuàng)造性和效益性，以解決化工設(shè)計和生產(chǎn)中遇到的實際問題。

主要欄目：氮肥技術(shù)、化肥工業(yè)、設(shè)計總結(jié)、生產(chǎn)實踐、應用探討、無機化工、化工設(shè)備、環(huán)保治理、學術(shù)研究和項目信息報道等。

讀者對象：從事化工生產(chǎn)、設(shè)計、研究、管理和教學的工程技術(shù)人員、管理干部、技術(shù)工人、大專院校師生及信息人員和營銷人員等。

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VEE-based basalt fiber drawing tank furnace temperature monitoring system design

ZhouQi-gang

(Leshan Teachers College of Physics and Electronic Engineering, Leshan 614004,China)

Abstract：The continuous basalt fiber and reinforced high-strength composite materials, chemical stability, good electrical insulation, widely used in aerospace, petrochemical, construction, automotive and other fields, but the dilemma facing higher production costs. Large-scale production of continuous basalt fiber tank furnace is one of the effective ways to reduce their costs. In this paper, virtual instrument technology, programming artificial intelligence industry regulator by collaborative software development platform Keysight VEE, design and development of continuous basalt fiber production temperature furnaces computer-aided monitoring system, which has a low control costs, high efficiency, user-friendly interface and so on.

Key words：continuous basalt fiber; virtual instrument technology; AI industry regulator

中圖分類號：TQ171.77+6

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6490(2015)06-0022-03

作者簡介：周歧剛(1976.2-)重慶市，男，博士，講師，研究方向：功能材料。

收稿日期：2015-11-26