基于VB鋁電解槽溫度監測系統開發初探

姚志國，菅鎖軍

（中鹽吉蘭泰鹽化集團股份有限公司，內蒙古 阿拉善 010051）

0 引言

鋁電解工藝過程受到很多參數的影響，其中溫度就是一個重要的工藝指標。由于電解槽內高溫、強腐蝕熔體的限制，一直沒有能滿足工業電解鋁生產要求的測溫方法。目前電解槽溫度測量有儀器測溫和間接測溫兩種。間接測量方式是通過計算機或數學方法，分析與電解溫度相關的影響因素，通過不接觸測溫得出電解溫度，以達到監測電解質溫度的目的。本文采用VB匯編語言和ANSYS軟件進行鋁電解溫度監測系統的開發，利用計算機軟件技術實現對電解溫度的監測。

1 系統開發原理

1.1 ANSYS二次開發簡介

ANSYS有限元軟件是進行熱、結構等方面分析的工程應用軟件，為滿足各類用戶的要求，ANSYS軟件為用戶提供了二次開發工具，其中APDL（參數化設計語言）是最常用的開發語言。參數化設計是將模型的尺寸、條件等用參數的形式表示，APDL程序允許輸入比較復雜的參數，這樣就使得用戶有權控制任何設計或是分析屬性，減少了大量的工作。

采用APDL語言編制，并使ANSYS自動運行的程序也稱為命令流文件，其文件格式有txt等幾種類型，用戶可以直接編寫命令文件。如果用戶不能非常熟練地使用APDL進行命令流的編制，則可以將所要分析的工程問題先使用圖形用戶操作界面（GUI）進行分析，分析完成后ANSYS會自動根據GUI操作形成APDL命令流文件，用戶只需對這個文件進行適當的修改就能得到所需的命令流文件。

1.2 系統開發流程

雖然APDL參數化語言有較為強大的功能，但仍存在程序結構不清晰等方面的不足。為克服APDL語言的缺點，眾多學者結合其他編程語言進行ANSYS二次開發，Visual Basic匯編語言就是其中的一種。

用戶利用VB可以開發出友好的界面，ANSYS命令流由VB進行后臺封裝，用戶只需在界面中輸入計算所需的參數，系統就會自動調用ANSYS在后臺運行，進行建模、求解和后處理等操作，最后將結果顯示給用戶。具體來說就是通過執行VB的代碼，形成APDL命令流文件，后臺調用啟動ANSYS，將形成的命令流輸入到后臺運行的ANSYS軟件中，ANSYS軟件就會按照APDL命令流進行分析計算，系統讀取計算結果并顯示給用戶。系統開發的流程如圖1所示。

圖1 系統開發流程

2 系統開發方法

2.1 系統動態數據文件的形成

APDL命令流可以在VB程序中通過“Print”命令逐句寫入，形成命令流文件。但是對于復雜的仿真計算，逐句寫入太過繁瑣。為簡化程序，在編制好的APDL命令流中添加 “/input”命令，用 VB 中 的“Print”命令將相應的參數值嵌入到命令流中，形成新的命令流文件，具體如圖2、圖3所示，VB代碼中的‘E＼＊＼＊.txt’為數據文件的路徑。

圖2 Print輸出代碼

圖3 生成的命令流文件

VB程序生成新的命令流文件后，就可以調用ANSYS軟件。VB利用窗口函數shell（）來調用ANSYS軟件，調用的核心代碼如下：

其中：□表示空格。

2.2 系統分析過程的監測

VB調用ANSYS軟件時，ANSYS在后臺運行，用戶不能直觀地看到ANSYS的運行情況，因此就需要采用VB中的計時器來檢查ANSYS的運行情況。設計時，在系統的界面中添加Timer控件，將計時器Timer的激活（Enabled）屬性設為關（False），時間間隔（Interval）設為1 000ms，計時器就會每1s檢查一次ANSYS的運行狀況。ANSYS在計算時會生成file.err文件，如果file.err為空，則后臺出錯，否則表示計算完成。因此可以通過檢查file.err文件來判斷運算的情況。但分析復雜問題時，由于ANSYS運行時間較長，檢測到file.err文件為空時，ANSYS仍然在計算，為了避免系統出現判斷錯誤的情況，在系統中采用兩個計時器來判斷ANSYS的計算情況。

2.3 系統分析結果的讀取

為了在VB中直接查看ANSYS結果數據，需要先使用APDL語言在命令流里添加一些后處理命令，將需要的結果文件以“＊.txt”或“＊.jpg”文件形式保存到工作路徑中。圖片文件可以利用VB的讀取命令，在VB界面中顯示給用戶；而文本文件可以通過VB中的順序文件訪問方法進行讀取，其核心代碼如下所示：

3 系統界面設計與算例分析

3.1 系統的功能

本系統借助VB 6.0進行開發，利用VB封裝APDL命令流，用戶只需輸入必要的鋁電解工藝參數，系統會自動進行后臺運算分析，最后將結果顯示在系統界面中。初步開發的系統，可以實現以下兩個方面的功能：

（1）用戶對輸入的各項參數確認后方可進行分析，在分析過程中，系統始終監測ANSYS后臺運行的情況，分析完成或出現錯誤時系統會對用戶進行提醒。

（2）根據用戶輸入的各項參數，結合預先編好的APDL命令流文件，生成新的命令流文件，在后臺進行鋁電解槽模型的讀入和分析計算，得到計算結果文件，并將結果文件顯示給用戶，供用戶采集電解槽溫度數據和進行結果分析。

3.2 系統設計

系統開發的目的是用戶可以方便地利用計算機進行鋁電解溫度監測，因此，系統的界面設計應注重使用的方便性和可視性。系統的歡迎界面如圖4所示。

圖4 歡迎界面

用戶在系統參數輸入界面（見圖5）輸入相關參數，利用輸入的參數生成新的APDL命令流文件，調用ANSYS將APDL命令流文件輸入到ANSYS中，進行電解槽溫度仿真計算。

圖5 參數輸入界面

為防止用戶輸入參數有誤，在輸入完成點擊“確定”后，系統會彈出提示界面，并在提示界面中顯示輸入的各項參數，以便用戶對輸入的參數進行確認核對。當用戶確認參數輸入無誤后，系統自動進行分析，ANSYS分析完成后，彈出求解完成對話框，點擊求解完成對話框中的“確定”按鈕，系統讀取求解結果，并將求解的結果和輸入的參數一同在圖6所示的界面中顯示，供用戶查看和記錄溫度數據。

圖6中所示的ANSYS等溫線圖，是用系統進行的一個算例分析結果，算例采用的是160kA電解槽1/2二維模型，系統計算結果與相同條件下ANSYS軟件分析結果基本相同。

圖6 結果顯示界面

4 結論

本文結合VB匯編語言與ANSYS APDL參數化語言的優點，利用Shell等函數實現VB對ANSYS的調用，設計出易于操作的鋁電解溫度仿真分析系統，并初步開發了鋁電解溫度監測系統，系統界面友好，實際操作簡單，可初步實現鋁電解溫度監測的功能，為系統進一步的開發打下基礎。

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