摘 要 本文介紹了自行設(shè)計(jì)的建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該軟件可模擬實(shí)際火災(zāi)，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受火試驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過(guò)組態(tài)王軟件完成，并具有主界面顯示功能、溫度壓力控制功能、報(bào)警功能、存儲(chǔ)功能、打印功能、生成報(bào)表功能、觀察歷史數(shù)據(jù)等功能。

關(guān)鍵詞 耐火試驗(yàn)爐，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，組態(tài)王

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，高層建筑也越來(lái)越普及。然而我們?cè)谙硎芨呖萍汲晒耐瑫r(shí)，卻面臨著各種火災(zāi)的威脅。為了進(jìn)一步了解火災(zāi)對(duì)建筑構(gòu)件的危害程度，本人設(shè)計(jì)了耐火試驗(yàn)爐，并對(duì)火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析構(gòu)件溫度與變形數(shù)據(jù)的關(guān)系，對(duì)爐溫的實(shí)際時(shí)間溫度曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確定構(gòu)件耐火強(qiáng)度極限。試驗(yàn)爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9978對(duì)試件受火面的升溫要求而設(shè)計(jì)的。

2自動(dòng)控制系統(tǒng)的耐火控制原理及開(kāi)發(fā)軟件

2.1 試驗(yàn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

耐火試驗(yàn)爐的燃料為液化氣，由電磁調(diào)節(jié)閥控制液化氣的流量以及空氣流量來(lái)改變爐內(nèi)溫度與壓力。該系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、6支熱電偶傳感器、1支壓力傳感器、空/燃比例閥、手動(dòng)閥門(mén)、集中安裝在儀表柜上的6臺(tái)數(shù)字顯示儀(帶1～5Ｖ的標(biāo)準(zhǔn)輸出)、模擬量輸入輸出通道、爐壁上的六個(gè)點(diǎn)火燒嘴等設(shè)備組成。與被控對(duì)象電磁調(diào)節(jié)閥共同構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)爐控制結(jié)構(gòu)框圖

2.2 開(kāi)發(fā)軟件組態(tài)王

該實(shí)驗(yàn)爐控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所使用的組態(tài)王為version6.5版本，是某自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的、基于windows98/NT系統(tǒng)下運(yùn)行、在流行PC機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包。它充分利用了windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)更具有通用性，并且可應(yīng)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

圖２ 試驗(yàn)爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主程序框圖

組態(tài)王軟件包由工程瀏覽器和畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成，工程瀏覽器內(nèi)嵌畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)使用非常方便。首先，它包含的圖庫(kù)較豐富，有各類(lèi)儀器、儀表、管道等圖形，可以直接調(diào)出來(lái)使用，大大提高了使用效率；其次，由于其內(nèi)嵌于工程瀏覽器中，可以很方便地調(diào)用瀏覽器中數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量，并且各個(gè)畫(huà)面都可以編寫(xiě)自己的程序，以達(dá)到不同的應(yīng)用目的。

3試驗(yàn)爐控制系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)的主要功能模塊

本系統(tǒng)軟件具有設(shè)置溫度壓力控制、報(bào)警窗口、觀察歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、生成歷史報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表以及主監(jiān)控畫(huà)面等功能?？刂葡到y(tǒng)主程序框圖如圖2所示。

3.2 登陸界面

進(jìn)入組態(tài)王，在工程瀏覽器里點(diǎn)擊View圖標(biāo)，可進(jìn)入運(yùn)行系統(tǒng)界面。在該界面上有6個(gè)按鈕，分別為主界面、報(bào)警窗口、溫度壓力控制、報(bào)表、暫時(shí)離開(kāi)和打開(kāi)。在６個(gè)按鈕中，除了“打開(kāi)”按鈕不是灰色，其余五個(gè)按鈕均為灰色，表示此時(shí)只有“打開(kāi)”按鈕可用。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，進(jìn)入用戶(hù)登陸界面，操作如下：

（1） 選擇用戶(hù)。該系統(tǒng)開(kāi)設(shè)了系統(tǒng)管理員和一般用戶(hù)，根據(jù)用戶(hù)級(jí)別的不同，具有的權(quán)限也不同；

（2） 口令。 針對(duì)不同的用戶(hù)，輸入不同的密碼。

在完成以上兩項(xiàng)操作，且獲得系統(tǒng)認(rèn)可后，單擊確定鍵進(jìn)入主界面，此時(shí)6個(gè)按鈕全部可選，即進(jìn)入試驗(yàn)爐控制系統(tǒng)。

圖3 系統(tǒng)主界面

3.3 主界面

主畫(huà)面顯示功能模塊將所有燒成中的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（溫度、壓力、流量等參數(shù)）形象直觀地顯示在屏幕上，并且實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化，方便用戶(hù)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化來(lái)進(jìn)行燃燒爐的燒成操作（如圖3所示）。

3.4 報(bào)警窗口

報(bào)警窗口將提供超溫、超壓、熄火、故障等異常情況時(shí)的報(bào)警。

當(dāng)報(bào)警和事件發(fā)生時(shí)，組態(tài)王把這些信息存于內(nèi)存中的緩沖區(qū)中，報(bào)警和事件在緩沖區(qū)中是以先進(jìn)先出的隊(duì)列形式存儲(chǔ)，所以只有最近的報(bào)警和事件在內(nèi)存中。當(dāng)緩沖區(qū)達(dá)到指定數(shù)目或記錄定時(shí)時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警和記錄事件信息。報(bào)警的記錄可以是文本文件、開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)或打印機(jī)。另外，用戶(hù)可以從人機(jī)界面提供的報(bào)警窗中查看報(bào)警和事件信息。

3.5 升溫曲線(xiàn)

溫度控制功能模塊顯示燒成溫度曲線(xiàn)，并且可以任意移動(dòng)、放大、縮小來(lái)觀察，操作十分簡(jiǎn)便。

在溫控曲線(xiàn)中，縱軸代表溫度值，橫軸對(duì)應(yīng)時(shí)間的變化，同時(shí)將每一個(gè)溫度采樣點(diǎn)顯示在曲線(xiàn)中，運(yùn)行環(huán)境中還提供左右兩個(gè)游標(biāo)，當(dāng)工程人員把游標(biāo)放在某一個(gè)溫度的采樣點(diǎn)上時(shí)，該采樣點(diǎn)的注釋值就可以顯示出來(lái)。此圖顯示的就是試驗(yàn)爐標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)。

3.6 壓力曲線(xiàn)

壓力控制功能模塊顯示燒成壓力曲線(xiàn)，可以任意移動(dòng)、放大、縮小來(lái)觀察。

3.7 報(bào) 表

報(bào)表包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，通過(guò)畫(huà)面中左上角的報(bào)表菜單選擇功能，分別實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印、存儲(chǔ)等功能。

圖4 組態(tài)王報(bào)表界面

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊可以調(diào)出正在變化的溫度值與壓力值，非常直觀方便。生成報(bào)表模塊可以任選以往的歷史數(shù)據(jù)生成歷史報(bào)表或者實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成實(shí)時(shí)報(bào)表，同時(shí)可以根據(jù)自己的喜好改變報(bào)表生成的格式；生成的報(bào)表文件為文本文件，可以用word、記事本、寫(xiě)字板等文本編輯工具軟件打開(kāi)、編輯、打印(如圖4所示)。

3.8 工程運(yùn)行系統(tǒng)保密功能

為了保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性和保密性，進(jìn)入控制系統(tǒng)，需要驗(yàn)證用戶(hù)密碼，因而設(shè)計(jì)了暫時(shí)離開(kāi)按鈕。點(diǎn)擊此按鈕，屏幕畫(huà)面就屏蔽掉，6個(gè)按鈕中除了重新進(jìn)入以外，其它按鈕都是灰色的，都不可選。點(diǎn)擊重新進(jìn)入按鈕就彈出登錄框，選擇用戶(hù)、輸入密碼后重新進(jìn)入控制系統(tǒng)。

3.9 退出控制系統(tǒng)

點(diǎn)擊退出按鈕，進(jìn)入退出界面，并提示是否真的要退出。如果要退出，單擊“確定”即可退出試驗(yàn)爐控制系統(tǒng)；單擊“取消”返回到主界面。

4系統(tǒng)的試用

本課題研究開(kāi)發(fā)的耐火試驗(yàn)爐計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)模擬各類(lèi)建筑構(gòu)件，包括承重墻和非承重墻、樓板和水平屋頂(有或無(wú)吊頂)、梁、柱進(jìn)行受火試驗(yàn)，對(duì)實(shí)際火災(zāi)進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，模擬過(guò)程與實(shí)際條件吻合度高，并且爐溫和爐壓的控制也取得了滿(mǎn)意的效果。圖5為模擬實(shí)時(shí)升溫曲線(xiàn)圖。

圖5 試驗(yàn)爐計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)

在整個(gè)模擬升溫過(guò)程中(0～1 300℃左右)，對(duì)混凝土建筑構(gòu)件的各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，包括混凝土建筑構(gòu)件的各種物理特性、耐火程度以及損害程度等。模擬火災(zāi)的同時(shí)對(duì)構(gòu)件還進(jìn)行荷載試驗(yàn)(加載量的多少以及荷載的計(jì)算方法)、記錄試驗(yàn)情況并分析構(gòu)件溫度與變形數(shù)據(jù)的關(guān)系、對(duì)爐溫的實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定了構(gòu)件耐火強(qiáng)度極限。

4結(jié)論

本試驗(yàn)爐控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1） 運(yùn)行于windows95/98/NT下，整個(gè)圖形界面風(fēng)格也是windows風(fēng)格，界面一致性好、數(shù)據(jù)顯示形象直觀、易學(xué)易用；

（2） 功能完備，各個(gè)功能模塊窗口之間切換方便；

（3） 控制方式為PID位置式控制方式，控制精度較高；

（4） 進(jìn)入控制系統(tǒng)，需要驗(yàn)證用戶(hù)密碼。數(shù)據(jù)安全性、保密性強(qiáng)；

（5） 在需要切換到手動(dòng)操作時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。

正常情況下，按設(shè)置好的溫度曲線(xiàn)用自動(dòng)控制軟件可以很好地控制整個(gè)燒成過(guò)程，但是如果出現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)故障、計(jì)算機(jī)病毒、操作人員嚴(yán)重操作失誤等原因，而引起自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)法控制時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，此時(shí)可以通過(guò)外部開(kāi)關(guān)強(qiáng)行退出計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，而進(jìn)入手動(dòng)控制燒成方式。

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