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摘 要 本文介绍了自行设计的建筑构件耐火试验炉计算机控制系统。该软件可模拟实际火灾，对构件进行受火试验。系统设计主要通过组态王软件完成，并具有主界面显示功能、温度压力控制功能、报警功能、存储功能、打印功能、生成报表功能、观察历史数据等功能。
关键词 耐火试验炉,计算机控制系统,组态王
1引言
随着经济的迅速发展,城市的建设规模越来越大,高层建筑也越来越普及。然而我们在享受高科技成果的同时,却面临着各种火灾的威胁。为了进一步了解火灾对建筑构件的危害程度,本人设计了耐火试验炉,并对火灾过程进行模拟实验。通过实验分析构件温度与变形数据的关系,对炉温的实际时间温度曲线进行实时监测,以确定构件耐火强度极限。试验炉的自动控制系统是根据国家标准GB9978对试件受火面的升温要求而设计的。
2自动控制系统的耐火控制原理及开发软件
2.1 试验炉自动控制系统原理
耐火试验炉的燃料为液化气,由电磁调节阀控制液化气的流量以及空气流量来改变炉内温度与压力。该系统主要由工业控制计算机、6支热电偶传感器、1支压力传感器、空/燃比例阀、手动阀门、集中安装在仪表柜上的6台数字显示仪(带1～5Ｖ的标准输出)、模拟量输入输出通道、炉壁上的六个点火烧嘴等设备组成。与被控对象电磁调节阀共同构成一个闭环调节系统。如图1所示。
图1 试验炉控制结构框图
2.2 开发软件组态王
该实验炉控制系统开发所使用的组态王为version6.5版本，是某自动化软件科技有限公司开发的、基于windows98/NT系统下运行、在流行PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包。它充分利用了windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。控制系统更具有通用性，并且可应用PC机丰富的软件资源进行二次开发。
图２ 试验炉计算机控制系统主程序框图
组态王软件包由工程浏览器和画面运行系统两部分组成，工程浏览器内嵌画面开发系统使用非常方便。首先，它包含的图库较丰富，有各类仪器、仪表、管道等图形，可以直接调出来使用，大大提高了使用效率；其次，由于其内嵌于工程浏览器中，可以很方便地调用浏览器中数据库中的变量，并且各个画面都可以编写自己的程序，以达到不同的应用目的。
3试验炉控制系统
3.1 控制系统的主要功能模块
本系统软件具有设置温度压力控制、报警窗口、观察历史数据、实时数据、生成历史报表、实时报表以及主监控画面等功能。控制系统主程序框图如图2所示。
3.2 登陆界面
进入组态王，在工程浏览器里点击View图标，可进入运行系统界面。在该界面上有6个按钮，分别为主界面、报警窗口、温度压力控制、报表、暂时离开和打开。在６个按钮中，除了“打开”按钮不是灰色，其余五个按钮均为灰色，表示此时只有“打开”按钮可用。用鼠标点击“打开”按钮，进入用户登陆界面，操作如下：
（1） 选择用户。该系统开设了系统管理员和一般用户，根据用户级别的不同，具有的权限也不同；
（2） 口令。 针对不同的用户，输入不同的密码。
在完成以上两项操作，且获得系统认可后，单击确定键进入主界面，此时6个按钮全部可选，即进入试验炉控制系统。
图3 系统主界面
3.3 主界面
主画面显示功能模块将所有烧成中的监控数据（温度、压力、流量等参数）形象直观地显示在屏幕上，并且实时跟踪监控数据的变化，方便用户根据监控数据的变化来进行燃烧炉的烧成操作（如图3所示）。
3.4 报警窗口
报警窗口将提供超温、超压、熄火、故障等异常情况时的报警。
当报警和事件发生时，组态王把这些信息存于内存中的缓冲区中，报警和事件在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警和事件在内存中。当缓冲区达到指定数目或记录定时时间到时，系统将自动报警和记录事件信息。报警的记录可以是文本文件、开放式数据库或打印机。另外，用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。
3.5 升温曲线
温度控制功能模块显示烧成温度曲线，并且可以任意移动、放大、缩小来观察，操作十分简便。
在温控曲线中，纵轴代表温度值，横轴对应时间的变化，同时将每一个温度采样点显示在曲线中，运行环境中还提供左右两个游标，当工程人员把游标放在某一个温度的采样点上时，该采样点的注释值就可以显示出来。此图显示的就是试验炉标准升温曲线。
3.6 压力曲线
压力控制功能模块显示烧成压力曲线，可以任意移动、放大、缩小来观察。
3.7 报 表
报表包括实时数据报表和历史数据报表，通过画面中左上角的报表菜单选择功能，分别实现报表的打印、存储等功能。
图4 组态王报表界面
实时数据模块可以调出正在变化的温度值与压力值，非常直观方便。生成报表模块可以任选以往的历史数据生成历史报表或者实时数据生成实时报表，同时可以根据自己的喜好改变报表生成的格式；生成的报表文件为文本文件，可以用word、记事本、写字板等文本编辑工具软件打开、编辑、打印(如图4所示)。
3.8 工程运行系统保密功能
为了保证系统的数据安全性和保密性，进入控制系统，需要验证用户密码，因而设计了暂时离开按钮。点击此按钮，屏幕画面就屏蔽掉，6个按钮中除了重新进入以外，其它按钮都是灰色的，都不可选。点击重新进入按钮就弹出登录框，选择用户、输入密码后重新进入控制系统。
3.9 退出控制系统
点击退出按钮，进入退出界面，并提示是否真的要退出。如果要退出，单击“确定”即可退出试验炉控制系统；单击“取消”返回到主界面。
4系统的试用
本课题研究开发的耐火试验炉计算机仿真系统模拟各类建筑构件，包括承重墙和非承重墙、楼板和水平屋顶(有或无吊顶)、梁、柱进行受火试验，对实际火灾进行了模拟。结果表明，模拟过程与实际条件吻合度高，并且炉温和炉压的控制也取得了满意的效果。图5为模拟实时升温曲线图。
图5 试验炉计算机仿真系统实时温度曲线
在整个模拟升温过程中(0～1 300℃左右)，对混凝土建筑构件的各项性能进行实时检测，包括混凝土建筑构件的各种物理特性、耐火程度以及损害程度等。模拟火灾的同时对构件还进行荷载试验(加载量的多少以及荷载的计算方法)、记录试验情况并分析构件温度与变形数据的关系、对炉温的实时温度曲线进行实时监测，确定了构件耐火强度极限。
4结论
本试验炉控制系统具有以下特点：
（1） 运行于windows95/98/NT下，整个图形界面风格也是windows风格，界面一致性好、数据显示形象直观、易学易用；
（2） 功能完备，各个功能模块窗口之间切换方便；
（3） 控制方式为PID位置式控制方式，控制精度较高；
（4） 进入控制系统，需要验证用户密码。数据安全性、保密性强；
（5） 在需要切换到手动操作时，可以实现无扰切换。
正常情况下，按设置好的温度曲线用自动控制软件可以很好地控制整个烧成过程，但是如果出现计算机操作系统故障、计算机病毒、操作人员严重操作失误等原因，而引起自动控制系统无法控制时，系统发出警报，此时可以通过外部开关强行退出计算机自动控制系统，而进入手动控制烧成方式。
参考文献
1 杨献勇.热工过程自动控制[M].北京：清华大学出版社.2000，10，1
2 北京亚控自动化软件有限公司.Kingview Version5.1使用手册[Z]
3 马伟光.建筑构件耐火极限试验炉自动控制系统的设计[J].机械制造与自动化，2003，2
关键词 耐火试验炉,计算机控制系统,组态王
1引言
随着经济的迅速发展,城市的建设规模越来越大,高层建筑也越来越普及。然而我们在享受高科技成果的同时,却面临着各种火灾的威胁。为了进一步了解火灾对建筑构件的危害程度,本人设计了耐火试验炉,并对火灾过程进行模拟实验。通过实验分析构件温度与变形数据的关系,对炉温的实际时间温度曲线进行实时监测,以确定构件耐火强度极限。试验炉的自动控制系统是根据国家标准GB9978对试件受火面的升温要求而设计的。
2自动控制系统的耐火控制原理及开发软件
2.1 试验炉自动控制系统原理
耐火试验炉的燃料为液化气,由电磁调节阀控制液化气的流量以及空气流量来改变炉内温度与压力。该系统主要由工业控制计算机、6支热电偶传感器、1支压力传感器、空/燃比例阀、手动阀门、集中安装在仪表柜上的6台数字显示仪(带1～5Ｖ的标准输出)、模拟量输入输出通道、炉壁上的六个点火烧嘴等设备组成。与被控对象电磁调节阀共同构成一个闭环调节系统。如图1所示。
图1 试验炉控制结构框图
2.2 开发软件组态王
该实验炉控制系统开发所使用的组态王为version6.5版本，是某自动化软件科技有限公司开发的、基于windows98/NT系统下运行、在流行PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包。它充分利用了windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。控制系统更具有通用性，并且可应用PC机丰富的软件资源进行二次开发。
图２ 试验炉计算机控制系统主程序框图
组态王软件包由工程浏览器和画面运行系统两部分组成，工程浏览器内嵌画面开发系统使用非常方便。首先，它包含的图库较丰富，有各类仪器、仪表、管道等图形，可以直接调出来使用，大大提高了使用效率；其次，由于其内嵌于工程浏览器中，可以很方便地调用浏览器中数据库中的变量，并且各个画面都可以编写自己的程序，以达到不同的应用目的。
3试验炉控制系统
3.1 控制系统的主要功能模块
本系统软件具有设置温度压力控制、报警窗口、观察历史数据、实时数据、生成历史报表、实时报表以及主监控画面等功能。控制系统主程序框图如图2所示。
3.2 登陆界面
进入组态王，在工程浏览器里点击View图标，可进入运行系统界面。在该界面上有6个按钮，分别为主界面、报警窗口、温度压力控制、报表、暂时离开和打开。在６个按钮中，除了“打开”按钮不是灰色，其余五个按钮均为灰色，表示此时只有“打开”按钮可用。用鼠标点击“打开”按钮，进入用户登陆界面，操作如下：
（1） 选择用户。该系统开设了系统管理员和一般用户，根据用户级别的不同，具有的权限也不同；
（2） 口令。 针对不同的用户，输入不同的密码。
在完成以上两项操作，且获得系统认可后，单击确定键进入主界面，此时6个按钮全部可选，即进入试验炉控制系统。
图3 系统主界面
3.3 主界面
主画面显示功能模块将所有烧成中的监控数据（温度、压力、流量等参数）形象直观地显示在屏幕上，并且实时跟踪监控数据的变化，方便用户根据监控数据的变化来进行燃烧炉的烧成操作（如图3所示）。
3.4 报警窗口
报警窗口将提供超温、超压、熄火、故障等异常情况时的报警。
当报警和事件发生时，组态王把这些信息存于内存中的缓冲区中，报警和事件在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警和事件在内存中。当缓冲区达到指定数目或记录定时时间到时，系统将自动报警和记录事件信息。报警的记录可以是文本文件、开放式数据库或打印机。另外，用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。
3.5 升温曲线
温度控制功能模块显示烧成温度曲线，并且可以任意移动、放大、缩小来观察，操作十分简便。
在温控曲线中，纵轴代表温度值，横轴对应时间的变化，同时将每一个温度采样点显示在曲线中，运行环境中还提供左右两个游标，当工程人员把游标放在某一个温度的采样点上时，该采样点的注释值就可以显示出来。此图显示的就是试验炉标准升温曲线。
3.6 压力曲线
压力控制功能模块显示烧成压力曲线，可以任意移动、放大、缩小来观察。
3.7 报 表
报表包括实时数据报表和历史数据报表，通过画面中左上角的报表菜单选择功能，分别实现报表的打印、存储等功能。
图4 组态王报表界面
实时数据模块可以调出正在变化的温度值与压力值，非常直观方便。生成报表模块可以任选以往的历史数据生成历史报表或者实时数据生成实时报表，同时可以根据自己的喜好改变报表生成的格式；生成的报表文件为文本文件，可以用word、记事本、写字板等文本编辑工具软件打开、编辑、打印(如图4所示)。
3.8 工程运行系统保密功能
为了保证系统的数据安全性和保密性，进入控制系统，需要验证用户密码，因而设计了暂时离开按钮。点击此按钮，屏幕画面就屏蔽掉，6个按钮中除了重新进入以外，其它按钮都是灰色的，都不可选。点击重新进入按钮就弹出登录框，选择用户、输入密码后重新进入控制系统。
3.9 退出控制系统
点击退出按钮，进入退出界面，并提示是否真的要退出。如果要退出，单击“确定”即可退出试验炉控制系统；单击“取消”返回到主界面。
4系统的试用
本课题研究开发的耐火试验炉计算机仿真系统模拟各类建筑构件，包括承重墙和非承重墙、楼板和水平屋顶(有或无吊顶)、梁、柱进行受火试验，对实际火灾进行了模拟。结果表明，模拟过程与实际条件吻合度高，并且炉温和炉压的控制也取得了满意的效果。图5为模拟实时升温曲线图。
图5 试验炉计算机仿真系统实时温度曲线
在整个模拟升温过程中(0～1 300℃左右)，对混凝土建筑构件的各项性能进行实时检测，包括混凝土建筑构件的各种物理特性、耐火程度以及损害程度等。模拟火灾的同时对构件还进行荷载试验(加载量的多少以及荷载的计算方法)、记录试验情况并分析构件温度与变形数据的关系、对炉温的实时温度曲线进行实时监测，确定了构件耐火强度极限。
4结论
本试验炉控制系统具有以下特点：
（1） 运行于windows95/98/NT下，整个图形界面风格也是windows风格，界面一致性好、数据显示形象直观、易学易用；
（2） 功能完备，各个功能模块窗口之间切换方便；
（3） 控制方式为PID位置式控制方式，控制精度较高；
（4） 进入控制系统，需要验证用户密码。数据安全性、保密性强；
（5） 在需要切换到手动操作时，可以实现无扰切换。
正常情况下，按设置好的温度曲线用自动控制软件可以很好地控制整个烧成过程，但是如果出现计算机操作系统故障、计算机病毒、操作人员严重操作失误等原因，而引起自动控制系统无法控制时，系统发出警报，此时可以通过外部开关强行退出计算机自动控制系统，而进入手动控制烧成方式。
参考文献
1 杨献勇.热工过程自动控制[M].北京：清华大学出版社.2000，10，1
2 北京亚控自动化软件有限公司.Kingview Version5.1使用手册[Z]
3 马伟光.建筑构件耐火极限试验炉自动控制系统的设计[J].机械制造与自动化，2003，2