秦 楠

(天津城建大學(xué) 控制與機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384)

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基于數(shù)據(jù)庫的建筑材料水分及定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

秦 楠

(天津城建大學(xué) 控制與機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384)

針對(duì)建筑材料中水分及定量誤差的問題，文中設(shè)計(jì)了基于近紅外線傳感器、AC6615數(shù)據(jù)采集卡、VB操作界面、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)過程中建筑材料水分及定量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過近紅外線不斷地映射到生產(chǎn)設(shè)備上快速移動(dòng)的建筑材料上，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，得到定量和水分值。將數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)曲線的方式顯示在監(jiān)控界面上，便于工作人員掌握材料生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行調(diào)整。

近紅外線；數(shù)據(jù)采集；VB界面；數(shù)據(jù)庫

建筑材料生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的加料過程，建筑材料的濕度等重要物理量無法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量[1-2]。生產(chǎn)中的保溫膜材料如涂層定量、水分含量等靜態(tài)檢測(cè)方法很多，但在建筑材料生產(chǎn)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法較少錯(cuò)誤!未找到引用源。[13]。而且材料參數(shù)會(huì)直接對(duì)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生較大影響，所以，建筑材料參數(shù)測(cè)量值必須要有較高的準(zhǔn)確性。當(dāng)前建筑材料生產(chǎn)缺少生產(chǎn)監(jiān)控，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料參數(shù)并能夠進(jìn)行有效調(diào)整的系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的建筑材料水分及定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)含有近紅外線傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)庫和經(jīng)過處理和顯示的VB上位機(jī)界面。由近紅外線傳感器采集材料電壓參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)理電路后再通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；上位機(jī)是以圖形化編程環(huán)境VB作為開發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料水分及定量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、存儲(chǔ)、查詢、報(bào)表打印等功能。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)采集原理

設(shè)計(jì)了一種用于建筑材料水分及定量監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，可對(duì)不同生產(chǎn)線上材料進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置其對(duì)應(yīng)的參數(shù)變化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用于實(shí)際生產(chǎn)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊分為測(cè)量部分和控制部分，如圖1所示，測(cè)量部分通過紅外線傳感器探測(cè)信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和同步信號(hào)進(jìn)行比較，采樣信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)[5-10]。上位機(jī)動(dòng)態(tài)顯示窗口顯示采集到的數(shù)據(jù)曲線圖，并實(shí)時(shí)保存到Access數(shù)據(jù)庫中。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程圖

1.2 水分定量補(bǔ)償及矯正

近紅外線穿過材料時(shí)，填料對(duì)射線的吸收能力是不同的，即傳感器對(duì)填料的靈敏度差距很大，對(duì)材料水分的靈敏度與纖維很接近。然而，由于材料中的水分含量相對(duì)較低，而材料的主要成份是CaCO3和滑石粉。當(dāng)材料水分及定量發(fā)生變化時(shí)，將會(huì)引起填料變送器輸出信號(hào)的變化，從而導(dǎo)致建筑材料填料測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差，影響測(cè)量精度[11-13]。

當(dāng)定量變化ΔB、水分變化ΔM時(shí)，引起填料、纖維測(cè)量誤差為

(1)

式中，A為填料；μC、μF分別為材料中水分、填料(或灰分)的質(zhì)量吸收系數(shù)；B為材料的定量；M為單位面積材料中的水分重量；C1為填料的失重系數(shù)。

表1給出了對(duì)CaCO3、滑石粉填料的分析，材料的水分及定量變化所產(chǎn)生的填料測(cè)量誤差。由表1可以看出，材料的水分及定量的變化對(duì)填料在線測(cè)量精度的影響需要補(bǔ)償矯正。材料的水分及定量在線補(bǔ)償校正有效的方法是，直接采集到材料的水分及定量測(cè)量的輸出信號(hào)，將被測(cè)得材料水分值、定量值代入式(2)中，算出填料量

(2)

I=I0e-uB

(3)

材料水分對(duì)近紅外線的吸收定理

表1 定量水分變化時(shí)的填料測(cè)量誤差

2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，基于VB語言設(shè)計(jì)程序，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，按照數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)誤差標(biāo)定，參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)圖形顯示，數(shù)字顯示，數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和查詢數(shù)據(jù)，打印數(shù)據(jù)的功能來設(shè)計(jì)材料監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的。系統(tǒng)包括同步顯示、單獨(dú)顯示、數(shù)據(jù)顯示、歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置、幫助、退出系統(tǒng)功能窗口。系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

2.2 監(jiān)控軟件的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

材料監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件用VB軟件和Access數(shù)據(jù)庫來支持，操作系統(tǒng)采用通用的Win7/Microsoft XP軟件系統(tǒng)，圖形界面全漢化，操作簡單。點(diǎn)擊系統(tǒng)生成的exe文件，運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡來采集數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Access數(shù)據(jù)庫，以便日后查詢，打印出所需要的各類報(bào)表。

2.3 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)

在VB的平臺(tái)上建立數(shù)據(jù)庫管理程序，需要通過ODBC控件完成以下步驟：(1)先打開Access數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫文件，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)源；(2)在PC機(jī)中配置ODBC參數(shù)；(3)在VB平臺(tái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序，用ADO對(duì)象模型，通過ODBC接口與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互。

2.4 監(jiān)控軟件功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面采用模塊化分布，所有的功能都在模塊管理區(qū)中，單擊各個(gè)圖標(biāo)可以進(jìn)行任意的切換。

功能塊主要分為：參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，報(bào)表打印，幫助菜單，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能圖

參數(shù)設(shè)置：針對(duì)不同的材料，可設(shè)置不同的參數(shù)范圍，大幅提高了系統(tǒng)的利用效率。參數(shù)范圍設(shè)置可在后臺(tái)參數(shù)設(shè)置文件中進(jìn)行修改參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)文件自行加載參數(shù)。

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示：監(jiān)測(cè)到的材料數(shù)據(jù)信息可以通過圖形的形式直觀顯示出來，也可以通過表格數(shù)據(jù)的形式顯示，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)與Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，便于數(shù)據(jù)查詢。

報(bào)表輸出：通過歷史查詢菜單可進(jìn)行曲線數(shù)據(jù)查詢和表格數(shù)據(jù)查詢，點(diǎn)擊界面中的報(bào)表打印按鈕即可進(jìn)行報(bào)表的打印。

3 系統(tǒng)測(cè)試

監(jiān)控軟件界面屬于常規(guī)操作界面，工作人員操作方便。以建筑材料生產(chǎn)車間實(shí)際應(yīng)用為例，監(jiān)控界面按功能劃分，操作界面可分為曲線同步顯示、單獨(dú)顯示、數(shù)據(jù)顯示、歷史曲線等部分。其中曲線同步顯示界面主要作用是完成檢測(cè)過程中畫面顯示，并直觀的顯示出每次檢測(cè)到的材料代號(hào)。

圖4 4通道曲線同步顯示

圖5 4通道數(shù)據(jù)顯示

4 結(jié)束語

本文對(duì)建筑材料水分及定量監(jiān)控系統(tǒng)的若干技術(shù)進(jìn)行了研究，能夠?qū)Χ鄺l生產(chǎn)線的建筑材料進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，為制造出高標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料提供了技術(shù)支持[14-15]。在該系統(tǒng)中，采用近紅外線傳感器，不用和被測(cè)材料直接接觸，傳感器使用壽命有效延長，上位機(jī)系統(tǒng)界面按模塊化設(shè)計(jì)，畫面清晰、操作簡單。

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Building Material Moisture and Quantitative Monitoring System Based on Database Design

QIN Nan

(School of Control and Mechanical Engineering,Tianjin Chengjian University,Tianjin 300384,China)

For building materials factory, the quality of building materials review is very important. In order to real time accurately building materials in the process of production water and quantitative monitoring, design based on near infrared sensors, AC6615 data acquisition card, VB interface, database storage monitoring system. By near infrared mapping to the production equipment unceasingly fast moving building materials, collect data for operation, with quantitative and water two values. To save the data into the ACCESS database, through the acquisition card transfer to PC interface, can display real-time curve, can also according to data.

near infrared；data acquisition；VB interface;database

2015- 11- 07

秦楠(1992-)，女，碩士研究生。研究方向：建筑電氣與智能化。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.11.029

TN219;TP2744.52

A

1007-7820(2016)11-101-03