基于VEE的玄武岩纤维拉丝池窑温度监控系统设计

周歧刚

(乐山师范学院 物理与电子工程学院，四川 乐山　614004)



基于VEE的玄武岩纤维拉丝池窑温度监控系统设计

周歧刚

(乐山师范学院 物理与电子工程学院，四川 乐山614004)

摘要：连续玄武岩纤维及其增强复合材料强度高、化学性能稳定、电绝缘性好，广泛用于航空航天、石油化工、建筑、汽车等领域，但目前面临着生产成本高等困境。大规模池窑生产连续玄武岩纤维是降低其成本的有效途径之一。本文利用虚拟仪器技术，通过软件开发平台Keysight VEE编写程序协同人工智能工业调节器，设计开发连续玄武岩纤维生产池窑的温度计算机辅助监控系统，该系统具有控制成本低，效率高，用户操作界面友好等特点。

关键词：连续玄武岩纤维；虚拟仪器技术；人工智能工业调节器

0引言

连续玄武岩纤维是由单一的玄武岩矿石为原料在高温下熔化和拉丝制造而成，其生产原料是天然存在的，是唯一不添加任何其他原料的纯天然的新型高技术纤维。同时，由于玄武岩熔化过程中没有硼和其它碱金属氧化物排出，使玄武岩连续纤维的制造过程对环境危害较小，是21世纪高新的“绿色工业材料”。玄武岩连续纤维增强的复合材料其强度、化学稳定性、电绝缘性能均较好，因此广泛用于航空航天、石油化工、建筑、汽车等领域。连续玄武岩纤维是重要的国家级安全战略物质，是支撑高科技产业发展的新材料，也是促进国民经济相关领域产品升级换代的基础材料，代表着世界绿色材料的发展方向，玄武岩纤维被列为我国重点发展的四大纤维之一[1-3]。

我国玄武岩资源十分丰富, 因此研究开发和合理利用玄武岩资源具有重大的经济意义和社会意义。连续玄武岩纤维项目被列为科技型中小企业创新基金、国家级火炬计划等。然而，相比国外我国有关玄武岩纤维的生产和应用方面的研究起步较晚，目前仍然面临着生产成本高，产能不足等问题，导致相关下游应用产业链还没有培育起来等方面的问题。降低玄武岩纤维及其相关制品价格，从而培育这一新的万亿级产业链最关键的问题是降低玄武岩纤维的生产成本。玄武岩连续纤维的规模化生产是降低成本、提高产能的有效途径之一。目前玄武岩纤维的规模化生产设备一般都采用能大规模生产玄武岩纤维的池窑，典型的全电熔池窑由炉体，熔化池，均化分配池，料道，供料口，排料装置等组成。全面监测和精确控制池窑内各部位的温度是能生产连续玄武岩纤维的最重要条件之一，本文利用虚拟仪器技术，通过软件开发平台Keysight VEE编写的程序作为核心，与人工智能工业调节器协同作用，设计开发全面监测和精确控制连续玄武岩纤维生产池窑内各部位的温度计算机辅助监控系统，方法简便，成本低，效率高，效果好。

1Keysight VEE简介

随着计算机技术的不断发展，计算机拥有强大的功能，借助计算机强大的数据处理能力，并利用软件来实现计算机与传统测试设备的结合，以此形成虚拟仪器的监测和控制系统已成为主要发展方向。从而使传统测试仪器在数据的传送、储存以及处理等方面的局限将迎刃而解。虚拟仪器的优势大大的降低了监测、控制和数据采集的成本，是物美价廉的解决工业控制的方案，其效率和可靠性与传统仪器相比大大提高。[4]

在各种虚拟仪器技术中，Keysight VEE(原agilent VEE)是一款使用方便的图形编程工具,并且具有出色的连通性(GPIB、串行、LAN),可在进行分析时自动执行测试与测量任务,并提供报告，无论是从编译速度、程序质量上还是从执行速度以及使用的灵活性上都是一个巨大的飞跃。VEE作为一个完善的图形化软件开发环境得到了自动控制领域的广泛认可。 VEE适用于产品的跟踪测试，包括从产品设计、生产及品质控制等一系列的产品制造过程。VEE不但在产品设计阶段创建快速简单的程序，它还提供一个速度更快、功能更强大的用户开发环境、界面以及功能控件，使得用户可以更直接地针对产品生产与制造的整个周期。[5]

2连续玄武岩纤维生产池窑及温度监测和控制

连续玄武岩纤维生产池窑内需要监测和控制众多的温度，图1是连续玄武岩纤维生产池窑示意图，在图1中，玄武岩纤维生产池窑的熔化池，均化分配池，拉丝漏板等处需要温度监测和控制。

图1　连续玄武岩纤维生产池窑

3人工智能工业调节器简介

要监测和控制连续玄武岩纤维生产池窑内温度分布，目前适合温度、压力、流量、液位、湿度等精确控制的人工智能调节器是理想的控制器，具有成本低，功能强，监控精度高等特点。例如本系统中采用的厦门宇电AI人工智能工业调节器。例如，厦门宇V7.0的AI-708/708P/808/808P型人工智能温度控制器，具有的主要特点有：输入采用数字校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格，测量精度高达0.2级；采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定(AT)功能；采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应用场合的需要，交货迅速且维护方便；人性化设计的操作方法，易学易用；全球通用的100~240 VAC输入范围开关电源或24VDC电源供电，并具备多种外型尺寸供客户选择；具备10个LED指示灯的显示面板；具有加热/冷却双输出功能，第二输出可自由定义为电流或时间比例输出规格；报警采用单边回差；支持多达4路报警及事件输出操作；采样速度高，能实现快速的阀门控制等。[6]

4连续玄武岩纤维生产池窑温度监测和控制的VEE实现方法

图2是玄武岩纤维生产池窑温度监测和控制的软硬件系统框图。而图3是基于VEE的该系统程序流程图。该系统工作过程如下：VEE程序通过定时触发，读取AI人工智能工业调节器各监控点的温度并将所有测试到的各参数写入文档，同时在用户交互程序面板上作出图形显示；VEE程序判断各温度点的实际测试温度值与要求的温度值的偏差情况，通过指令在AI人工智能工业调节器的协同作用下对池窑温度分布进行调控，使池窑温度达到要求的拉丝条件。

图2　基于VEE的玄武岩纤维拉丝池窑温度监控系统框图

图3基于VEE的玄武岩纤维生产池窑温度监控程序框图

5结论

利用虚拟仪器技术，通过软件开发平台Keysight VEE编写程序协同人工智能工业调节器，设计开发出连续玄武岩纤维生产池窑的温度计算机辅助监测和控制系统，该系统使得大规模池窑生产连续玄武岩纤维的工艺控制变得更加简单有效，从而极大地节省了其生产成本。

参考文献：

[1]王宁. 玄武岩纤维及其改性沥青的性能研究[D].中国地质大学,2013.

[2]阮晓东. CFB:新世纪的新材料[J]. 新经济导刊,2014,03:54-58.

[3]刘克杰,朱华兰,彭涛,王凤德. 无机特种纤维介绍(一)[J]. 合成纤维,2013,05:32-37.

[4]赵耀,韩正英,高业胜. Agilent VEE光纤布拉格光栅波长测试系统[J]. 中国测试,2015,02:69-71.

[5]Vincent Foo. Agilent VEE 9．0中的多线程[J]. 国外电子测量技术,2008,12:62-63.

[6]不止于大功能再进化——宇电大屏系列人工智能温度控制器/工业调节器[J]. 中国仪器仪表,2015,08:14.

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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

中图分类号：TQ171.77+6

文献标志码：A

文章编号：1003-6490(2015)06-0022-03

作者简介：周歧刚(1976.2-)重庆市，男，博士，讲师，研究方向：功能材料。

收稿日期：2015-11-26