(紅河學(xué)院工學(xué)院，云南 蒙自 661100）程加堂，熊偉，艾莉
                                
    程加堂(1976-）男，河南固始人，講師，碩士，主要從事工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)智能控制方面的工作。

    摘要：針對昆明鋼鐵集團有限責任公司第二軋鋼廠(chǎng)加熱爐在鋼坯加熱過(guò)程中，由于加熱爐爐內熱狀態(tài)復雜，測溫技術(shù)有限，難以直接測出被加熱鋼坯的內部溫度，以確保適時(shí)出鋼。因此導致鋼坯加熱質(zhì)量不易保證，難以充分發(fā)揮加熱爐的效率，造成能源浪費嚴重，故對鋼坯加熱狀態(tài)可視化問(wèn)題的研究就顯得非常重要。鑒于此，本文首先運用VC++6.0軟件制作鋼坯三維溫度場(chǎng)的虛擬可視化操作界面，并用OpenGL進(jìn)行圖形化表現。實(shí)驗數據表明，該圖可以直觀(guān)、準確地反應鋼坯的加熱狀態(tài)，達到對鋼坯三維熱狀態(tài)可視化監控的目的，為實(shí)時(shí)出鋼提供依據。

    關(guān)鍵詞：鋼坯；三維熱狀態(tài)；可視化；OpenGL

    Abstract: During the process of heating up of the slab in furnace of the second steel mill factory of the Kunming Iron and Steel Company, due to the status complication of the heating slab and limitation of temperature measuring method, it is very difficult to measure directly the temperature of the Steelheating Furnace in order to insure the production of steel. As a result, the quality of slab heating and the efficiency of furnace cannot be guaranteed, which causes the serious waste of energy. Therefore, it is very important to analyze the hot state of slab. In this paper, we make use of VC++6.0 OpenGL to visualize the slab temperature field. The system interface provides nimble and succinct operation in visualization process of the slab temperature field. Experimental results show that visualization figure is able to indicate directly and accurately the heating status of reaction furnace and achieve the visual monitoring of 3D heat status, which therefore provides a basis for insuring steel production.

    Key words: Slab; Three Dimensional Hot State; Visualization; OpenGL 

    昆明鋼鐵集團有限責任公司第二軋鋼廠(chǎng)加熱爐屬于三段式連續加熱爐[1]，所采用的控制方案為：加熱爐的三個(gè)加熱段每一溫度段采用兩臺可編程單回路調節器構造的雙交叉限幅燃燒控制方案進(jìn)行控制，溫度設定按工藝要求設定，PID參數人工設定，在工況不穩定時(shí)可轉為手工操作。該加熱爐在運行中穩定性較差，能耗較高。為進(jìn)一步提高鋼坯的加熱質(zhì)量、提高加熱爐的效率，在原有燃燒控制系統[2] 的基礎上，依據熱傳學(xué)知識采用機理建模和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )辨識建模相結合的方法建立鋼坯加熱的模型預報系統，在保證產(chǎn)量和質(zhì)量[3]的前提下，實(shí)現以鋼坯溫度為目標的優(yōu)化預報。

    然而，在鋼坯加熱過(guò)程中，預測鋼坯加熱溫度需要進(jìn)行大量的數值計算，同時(shí)通過(guò)計算得出的大量結果也不夠直觀(guān)明確，因此，對于預測鋼坯加熱溫度的科學(xué)計算可視化問(wèn)題研究就顯得尤為重要。本文采用OpenGL[4-5] 虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)現鋼坯溫度場(chǎng)的可視化(可視化中的某個(gè)加熱時(shí)間點(diǎn)是以鋼坯進(jìn)入加熱爐開(kāi)始加熱為零點(diǎn)計時(shí)的），解決了鋼坯加熱溫度預報的計算數據量大、工程分析不直觀(guān)的問(wèn)題，為實(shí)時(shí)出鋼提供依據。

    1 可視化界面設計的實(shí)現過(guò)程

    (1）利用VC++6.0設置Op e nGL應用接口。在利用OpenGL開(kāi)發(fā)工具編制應用程序之前，首先應在工程中添加支持OpenGL的連接庫與頭文件，在項目工作區的類(lèi)視圖中，雙擊CDgwinView，在編輯框中的文件首部添加頭文件，并添加消息函數到視圖類(lèi)CDgwinView中。然后，設置OpenGL支持的Windows窗口風(fēng)格。之后設置、測試像素格式并使用渲染描述表。

    (2）利用VC++6.0軟件設置界面圖。設計該界面的簡(jiǎn)要步驟為：① 利用MFC APPWIZARD工具建立一個(gè)單文檔應用程序；② 利用資源編輯器制作一個(gè)命令操作對話(huà)框，作為命令操作視圖的界面；③ 為命令操作對話(huà)框建立一個(gè)相應的類(lèi)；④ 在CMAINFRAME中創(chuàng )建一個(gè)CMainFrame:OnCreateClient(）函數，用于窗口切分，產(chǎn)生相應的一個(gè)命令視圖和一個(gè)圖形繪制視圖；⑤ 為命令操作對話(huà)框內的每一個(gè)操作構件編寫(xiě)事件處理程序，同時(shí)編寫(xiě)命令操作對話(huà)框自身的實(shí)現函數，使之與每個(gè)操作構件變化相對應；⑥ 編寫(xiě)在圖形繪制視圖內顯示的繪圖函數，使之與命令操作視圖的操作相對應。

    2 鋼坯三維溫度場(chǎng)的虛擬可視化實(shí)現

    2.1 操作界面及其功能

    操作界面的過(guò)程其實(shí)就是旋轉、縮放、切割等相應編輯框內進(jìn)行相應參數的設置過(guò)程。通過(guò)參數設置實(shí)現任意角度和位置地觀(guān)察鋼坯的熱狀態(tài)。(當不進(jìn)行旋轉和切割操作參數輸入時(shí)，輸入時(shí)間后，可視化界面展現的是鋼坯在該時(shí)刻的熱狀態(tài)一個(gè)主視圖。）

    在進(jìn)行圖形的相關(guān)操作時(shí)，只要輸入某項或某幾項操作相關(guān)參數，每單擊一次“可視化”按鈕，就對該時(shí)刻的圖形進(jìn)行一次相關(guān)的操作，通過(guò)連續地單擊“可視化”按鈕，操作就連續進(jìn)行。點(diǎn)擊“監測”按鈕可隨時(shí)了解鋼坯加熱過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵參數(爐溫、表面溫度、中心溫度）的曲線(xiàn)。共設計了6個(gè)操作組合框：旋轉操作組合框；縮放操作組合框；切割操作組合框；顏色溫度對照表組合框；數值曲線(xiàn)組合框；加熱條件及輸出組合框。

他們的主要作用是：

    (1）旋轉操作組合框旋轉操作可以讓視圖中鋼坯實(shí)現單獨繞X軸、Y軸、Z軸方向旋轉，以及繞任意兩軸或三軸同時(shí)旋轉。

    ( 2 ） 縮放操作組合框 縮放操作可以讓視圖中鋼坯實(shí)現單獨沿X軸、沿Y軸、沿Z軸方向縮放，以及沿任意兩軸或三軸同時(shí)縮放。

    ( 3 ） 切割操作組合框 切割操作是通過(guò)使用附加剪切面的方法來(lái)實(shí)現。A，B，C，D為附加剪切面方程中的系數，即。在編輯窗口中輸入相應剪切面的系數，點(diǎn)擊“可視化實(shí)現”按鈕，可實(shí)現單面和雙面切割。若只輸入該組合框中剪切面1或2任一系數值， 執行單面切割；剪切面1和2的系數值都輸入，則實(shí)現雙面切割。

    (4）顏色溫度對照表組合框 顏色溫度對照表是為了方便對比查詢(xún)圖形繪制視圖中鋼坯加熱狀態(tài)的視圖所代表的鋼坯的三維熱狀態(tài)的數值范圍。

    (5）數值曲線(xiàn)組合框 雖然對應相應的“顏色溫度對照表”，可以直觀(guān)地了解到鋼坯的加熱情況，但為了更加準確地掌握鋼坯的加熱狀態(tài)，界面中提供了“監測”功能，讓操作人員隨時(shí)了解鋼坯在整個(gè)加熱過(guò)程的加熱曲線(xiàn)。

    (6）加熱條件及輸出組合框 加熱條件及輸出是向操作人員提供了鋼坯各時(shí)刻的加熱狀態(tài)的具體數值。

    2.2 鋼坯可視化效果

    根據前面所述，使用雙面切割并旋轉后第7 min的可視化效果如圖1所示。(預熱段）
   
    實(shí)現圖1的相關(guān)參數為繞X軸旋轉11°，使用剪切面1( -x-2y+4.7=0）和剪切面2( x-y+4=0）。
              
                             圖1  雙面切割并旋轉后第7 min的可視化效果圖
   
    雙面切割并旋轉后的第21 min的可視化效果如圖2所示。
             
                                圖2   雙面切割并旋轉后第21 min的可視化效果圖

      實(shí)現圖2 的相關(guān)參數為繞X 軸旋轉1 3 ° ， 繞Y 軸旋轉1 0 ° ； 使用剪切面1 (2x+y+6=0 ） 和剪切面2( -2x+3y+7=0）。

    雙面切割并旋轉后的第26 min的可視化效果如圖3所示。
              
                              圖3  雙面切割并旋轉后的第26 min的可視化效果圖
   
    實(shí)現圖3 的相關(guān)參數為繞X軸旋轉3 5 ° ， 繞Y軸旋轉48°，繞Z軸旋轉25°；使用剪切面1( 2x+y+6=0）和剪切面2( -2x+3y+8=0）。

    3 結束語(yǔ)

    本文建立了鋼坯的三維熱狀態(tài)虛擬現實(shí)可視化系統,該系統比較正確地實(shí)現了對鋼坯加熱動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行有效的觀(guān)測，達到對鋼坯三維熱狀態(tài)可視化監控的目的。在對鋼坯三維溫度場(chǎng)進(jìn)行虛擬現實(shí)可視化的研究方面，提供了一個(gè)思路。

    因加熱爐內實(shí)際環(huán)境復雜，目前所建的模型是在對爐內鋼坯環(huán)境進(jìn)行了一定的假設條件下完成的，而熱輻射、爐壁反射是否與現場(chǎng)吻合，鋼坯與導軌接觸時(shí)產(chǎn)生的黑印等實(shí)際工程情況，還需要在實(shí)際工程應用時(shí)進(jìn)行必要的修正。同時(shí)該操作界面的功能略顯單一，只能對鋼坯加熱過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵參數進(jìn)行可視化監測，還需對各種功能進(jìn)行進(jìn)一步的強化和細化。

    其它作者：熊偉(1965-），男，云南人，副教授，主要從事過(guò)程自動(dòng)化方面的工作；艾莉(1978-），女，湖北人，講師，碩士，主要從事過(guò)程自動(dòng)化方面的工作。

    參考文獻：

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    [2] 蘭東輝. 軋鋼蓄熱式加熱爐的控制[J]. 控制工程，2004，11(3）: 261-262.

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    [5] 李穎. OpenGL技術(shù)應用實(shí)例精粹[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社，2001.

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第二期