基于MCGS的陶瓷工业隧道窑监控仿真论文含有毕业MCGS设计Word格式.docx
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InMCGSconfigurationsoftwareforthedevelopmentplatform,wedesignsimulationexperimentsmonitoringplatformcannotonlymonitorthetemperaturetunnelkiln,theexperimentaldatacanbecollectedtoestablishexperimentalreports,butalsooff-linesimulation,analogcontrol.
Thispaperdevelopedsimulationmonitoringsystem,usingMCGSconfigurationsoftwarefordataacquisition,controlinformationoutputandhuman-computerinteraction,etc.,mayeventuallyreachthetunnelkilnreal-timeconditionmonitoringpurposes,experimentaldatacollection,reporting,anddatacanbeoutputsimultaneousdisplay.Theresultsshowthatthesystemisrunning,usingtheconfigurationsoftwareMCGStunnelkilnforceramicindustrymonitoringisfeasible,MCGSconfigurationsoftwareintheceramickilnautomationandcontrolindustryhasgoodapplicationprospects.
Keywords:
MCGSconfigurationsoftware；
industrialshuttlekiln；
Simulation
1绪论
1.1陶瓷工业窑炉的发展及过程控制仿真的意义
窑炉是陶瓷生产中最重要的烧成设备。
我国陶瓷行业自古就有“生在成型，死在烧成”、“三分做，七分烧”及“陶瓷是火里求财”等行业谚语。
我国陶瓷历史悠久，又是最早发明与使用瓷器的国家，所以也是创建窑炉最早的国家。
从上溯万年前的野烧西安半坡遗址发掘的远在五千年前就建造的穴窑；
到距今两千五百年前的战国时代，南方就开始创建了依山而建的龙窑，北方创建了半倒焰的馒头窑；
至宋代，在山东、陕西等地，部分馒头窑已用煤作为燃料；
明代，在福建德化创建了阶级窑；
至明末清初，江西景德镇创建了景德镇窑。
当时我国陶瓷窑炉与陶瓷生产技术远远领先于世界各国，生产的精美陶瓷也远销世界各地，享誉全球。
陶瓷窑炉发展历史大体上可以划分为以下三个阶段：
（1）古代陶瓷窑炉（公元1850年以前）
古代陶瓷窑炉是手工作坊式的盛产经济下出现的，其中最具有代表的窑型是我国的景德镇窑和龙窑。
景德镇窑壁薄，外形近似半个平卧在地的鸭蛋，故又称鸭蛋窑；
其地微倾。
斜向上直通烟囱，这正符合热烟气向上自然流动的规律，加上它独特的形状有利于减少窑内温差；
此类窑在还原焰下烧制出的“薄如纸、白如玉、声如磬”的精美瓷器，使景德镇获得了享誉世界的“瓷都”称号。
龙窑多依山而建，形状像卧龙，故称为龙窑；
依山而建的窑底形成15°
～20°
的倾斜角，也适应了热气流自然向上的规律，而且加火孔在每个窑室的窑顶，自下部窑室点火投入木柴，依次逐步向上面的窑室投入木柴，热烟气逐一流经上一个窑室，最后通向烟囱，极大地提高热利用率，但窑内温差大。
（2）近代陶瓷窑炉（公元1850～1950年）
近代陶瓷窑炉是在英国工业革命开始以后，欧美近代工业发展中形成的。
其中代表性的窑型有倒焰窑与隧道窑。
倒焰窑是由半倒焰式馒头窑进化而来，20世纪初日本陶瓷界将我国创建的馒头窑改进为倒焰窑。
倒焰窑室因火焰流动情况命名的，火焰从燃烧室上升至窑顶，受到窑顶的阻挡，同时窑底部有吸火孔，由通过烟囱支烟道的吸力使火焰向下倒行，经匣钵柱的间隙进入吸火孔，经烟道由烟囱排出。
由于焙烧制品时热烟气自上而下流动，符合气体分流法则，有利于消除窑内水平温差，加上燃烧可以用煤或重油，在旧式陶瓷窑中是比较合理的，但与隧道窑相比，热耗要高得多，故现已基本被淘汰了。
隧道窑是由龙窑与轮窑进化而来，机械化的隧道窑是1889年由法国人福基罗创建而成。
隧道窑由窑车作为制品的输送工具，火焰自烧成带水平流向窑头预热坯体后再经烟道流经烟囱排出，生产效率高，热利用率也高，属于近代最先进的窑型，一直沿用至今。
（3）现代陶瓷窑炉（公元1950至今）
现代陶瓷窑炉是在第二次世界大战以后，现代工业发展的基础上产生的。
其中代表性的窑型有梭式窑、现代隧道窑及辊道窑。
近60年来，陶瓷窑炉的发展发生了质的飞跃，达到了陶瓷窑炉技术的新的高峰。
现代陶瓷窑炉技术的飞速发展，一是靠能源工业的进步，我国陶瓷工业窑炉经历了柴烧、煤烧、烧重油到用煤气及轻柴油等清洁能源的发展过程；
二是靠耐火材料工业的进步，五十余年来涌现了以陶瓷纤维和高温轻质耐火材料做陶瓷工业窑炉的筑炉材料，大大地降低了窑体散热损失，减轻减薄了窑体；
三是以高速烧嘴为代表的燃烧技术的进步，保证了窑内温度场的均匀，显著提高了产品的质量，实现了快速烧成；
四是以计算机技术为代表的窑炉自动控制技术的不断进步，使以CPU为核心的许多智能控制仪表及计算机应用于陶瓷工业窑炉的温度、压力与气氛的控制，减少了人工因素的干扰，确保了烧成制度的稳定。
现代陶瓷工业窑炉可分为连续式窑炉和间歇式窑炉。
连续式窑炉如隧道窑和辊道窑；
间歇式窑炉包括倒焰窑、梭式窑等。
隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。
设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带——烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或在抽烟风机的作用下，沿着隧道方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。
在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却隧道窑内的后一段的制品，鼓入的冷风流经制品而被加热后，再抽出送入干燥室作为干燥生胚的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。
隧道窑相比其他窑炉，具有生产连续化、周期短，产量大、节省能料和劳动力，提高产品的品质等优点。
在市场经济的当代，隧道窑的这些特点使得隧道窑炉在与其他型窑炉的竞争中具有了无与伦比的优势。
在现在社会中，基于组态软件的仿真实验监控平台在过程控制中的应用越来越广泛了，基于组态软件的仿真平台既能对不同的工程和社会应用问题实现建模、仿真、分析和可视化，又能对一般工控过程系统进行实时仿真和监控仿真系统或与之进行数据交换和资源共享。
该仿真平台已成功地在一些实际工控系统的过程仿真与优化控制、辅助决策分析和教学仿真实验等方而得到应用，获得了较好的经济和社会效益。
正是因为仿真实验监控平台的应用，给我们带了诸多好处，我们只需要根据现实情况，建立控制系统模型，然后进行仿真，我们只需要通过了解仿真程序的运行状况可以得知模型的特征和行为，从而判断真实系统的特征和行为。
这样我们就可以通过反复的调试来得到我们满意的结果，这样就提高了工作的效率。
随着计算机技术及窑炉技术的进一步发展，计算机仿真、人工智能、专家系统、神经网络等在陶瓷窑炉热工过程的基础研究方面得到广泛的应用，特别是为陶瓷窑炉的智能控制的研究与实现提供了有效的方法。
美国的E.Martinez等人对用人工神经网络模型预测陶瓷产品质量进行研究，曾令可等人应用BP神经网络的反向算法，采用单层网络进行了窑炉温度场分布的仿真研究。
胡国林教授等人采用人工智能系统辨识技术对陶瓷窑炉烧成工况的系统研究，都取得了很好的成果。
同时，人工智能技术的应用，也为窑炉这一复杂的系统的自动控制提供了新发策略和方法。
1.2窑炉仿真技术的应用和发展
科学技术发展到21世纪，系统仿真学科已经形成较为完善的体系。
由于仿真技术具有有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点，目前，其已在航空航天、化工、电力、核能、机械、国防等部门得到广泛的应用和发展。
广泛应用取决于两个因素，一是当今计算机硬、软件技术的飞速发展进步；
二是个别工业部门在技术进步中的迫切需要。
越来越多的人们已体会到，仿真是一种先进的、经济的、实用的、有效的技术手段。
仿真技术在窑炉设计和实际操作过程中的应用主要表现在以下几个方面：
（1）控制系统的设计和优化。
陶瓷窑炉采用自动控制的主要目的是在综合能耗最小的情况下获得满足工艺要求的良好制品。
随着计算机的应用和发展，出现了几种新的控制方法。
但其设计必须以对象的动态的特性为依据。
按照工程要求，应进行多种控制方案的比较、选择。
在设计阶段，这些工作很难找到实际对象做实验，即使能做现场实验，也会由于周期长、投资大而影响生产。
因此，使用有效的方法是做仿真实验。
（2）在设计和制造阶段，可以用仿真方法，分析窑炉设备结构参数对动态性能的影响，从而找出在结构上，设计上改善其动态性能的途径。
（3）用于运行分析。
对处于调试运行阶段和在役的窑炉，分析运行工况变化，运行条件，对整个窑炉系统的工作状态的影响，从而提出从设备结构上，运行措施和程序上，改善系统动态特性，提高设备效率，排除系统缺陷，提高运行可靠性的方法。
（4）事故模拟和事故预测。
当重大事故发生后，可以用仿真的方法，重现事故，进行事故原因分析，放事故尚未发生时，可以利用仿真的方法，预测事故，观察和分析结果，找出对策。
此外，人们还可以通过仿真，制定运行规程和对已有的规程和事故规程进行评估。
随着计算机技术的发展，针对陶瓷工业窑炉的计算机仿真研究也正成为一种新兴的热工研究方法。
目前对连续式窑炉，隧道窑、辊道窑等研究的较多，采用现代窑炉方法对陶瓷窑炉的热工性能及控制策略进行的探索也取得了令人满意的成果。
这些新型的研究方法的使用为现代陶瓷窑炉的标准化，系列化和自动化提供了重要的理论依据。
1.3论文主要内容和目的
本论文的主要任务是用MCGS组态软件来设计一个过程控制仿真实验监控平台，以实现对隧道窑炉的模拟控制。
仿真实验监控平台隧道窑炉模拟控制系统用户窗口和画面的制作。
在这个画面中都包括两个部分:
动画画面、曲线显示模块和策略控制模块。
在绪论中本文主要介绍了过程控制仿真的重要意义以及过程控制仿真在国内外的发展和运用情况。
在第二章中详细的介绍了MCGS的特点、构成、MCGS软件的界而；
介绍了MCGS组态软件的工作方式，包括MCGS与设备通讯之间的通讯，MCGS怎样产生动画效果，MCGS如何实施远程多机监控等；
同时简单介绍了MCGS组态软件的操作方式；
重点介绍了组建工程的一般过程。
在第三章中首先简单介绍了设计任务和要求，包括设计的原理图，系统变量，及设计的目的等。
然后通过隧道窑炉模拟监控系统的组态过程，介绍如何应用MCGS组态软件完成一个工程。
在此工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报表曲线显示与打印等多项组态操作。
在第四章中简单介绍了运用MCGS来建立本次工程的流程。
最后是论文的总结和参考文献的列举。
2MCGS组态软件
2.1MCGS简介
MCGS全称MonitorandControlGeneratedSystem，是一套基于Windows平合的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
使用MCGS，用户无须具备机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全而，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。
MCGS其有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航大等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。
2.2MCGS的构成
2.2.1MCGS组态软件的系统构成
MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。
组态环境相当少一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。
运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。
两部分互相独立，又紧密相关。
MCGS组态环境是生成用户应用系统工作环境，由可执行程序MCGS.exe支持，其存放于MCGS目录的Program二子目录中。
用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。
MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序MCGSRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。
在运行环境中完成对工程的控制工作。
2.2.2MCGS组态软件界面简介
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
主控窗口:
是工程的主窗口或主框架。
在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的扣一开或关闭。
主要的组态操作包括:
定义工程的名称，编制工程菜单，设计封而图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
设备窗口:
是连接和驱动外部设备的工作环境。
在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设一各用的数据变量。
用户窗口:
本窗口主要用于设置工程中人机交互的界而，诸如:
生成各种动画显示画面、报警偷出、数据图表等。
实时数据库:
是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
运行策略:
本窗口主要完成工程运行流程的控制。
包括编写控制程序，选用各种功能构件，如:
数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。
2.3MCGS组态软件的功能和特点
与同类组态软件相比，MCGS组态软件具有以下特点:
●全中文、可视化、面向窗口的组态开发界而，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于MicrosoftWindows95/98/Mc/NT/2000等多种操作系统。
●庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，能够快速地开发出集图像、声音动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
●全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
●支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；
此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合大衣无缝。
●简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。
●强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
●方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
●完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。
此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。
●强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
●良好的可扩充性，可通过OPC,DDE,ODBC,ActiveX}等机制，方便地扩展MCGS5.1组态软件的功能，井与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
●提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。
在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计一算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。
2.4MCGS组态软件的工作方式
MCGS与设备通讯之间的通讯:
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB,VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS产生动画效果:
MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如:
一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。
所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢?
方法是:
图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接。
工程运行流程的有效控制:
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。
MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。
所有的操作均采用而向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。
2.5MCGS组态软件的操作方式
系统工作台面:
是MCGS组态操作的工作台面。
鼠标双击Windows桌面上的“MCGS组态环境”图标，或执行“开始”菜单中的“MCGS组态环境”菜单项，弹出的窗口即为MCGS的工作台窗口，设有:
标题栏:
显示“MCGS组态环境工作台”标题、工程文件名称和所在目录；
菜单条:
设置MCGS的菜单系统。
参见“MCGS组态软件用户指南”附录所列MCGS菜单及快捷键列表；
工具条:
设有对象编辑和组态用的工具按钮。
不同的窗口设有不同功能的工具条按钮，其功能详见附表。
工作台而:
进行组态操作和属性设置。
上部设有五个窗口标签，分别对应主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库和运行策略五大窗口。
鼠标单击标签按钮，即可将相应的窗口激活，进行组态操作；
工作台右侧还设有创建对象和对象组态用的功能按钮；
组态工作窗口:
是创建和配置图形对象、数据对象和各种构件的工作环境，又称为对象的编辑窗口。
主要包括组成1_程框架的五大窗口，即:
主控窗口，用户窗口，设备窗口，实时数据库和运行策略。
分别完成工程命名和属性设置，动画设计，设备连接，编写控制流程，定义数据变量等项组态操作。
属性设置窗口:
是设置对象各种特征参数的工作环境，又称属性设置对话框。
对象不同，属性窗口的内容各异，但结构形式大体相同。
主要由下列几部分组成，窗口标题:
位于窗口顶部，显示“×
×
属性设置”字样的标题；
窗口标签:
不同属性的窗口分页排列，窗口标签作为分页的标记，各类窗口分页排列，鼠标单击窗口标牧，即可将相应的窗口页激活，进行属性设置；
输入框:
设置属性的输入框，左侧标有属性注释文字，框内输入属性内容。
为了便于用户操作，许多输入框的右侧带有“?
”、“▼”、“…”等标志符号的选项按钮，鼠标单击此按钮，弹出列表框，鼠标双击所需要的项日，即可将其设置于输入框内；
单选按钮:
带有“o”或“☉”标记的属性设定器件。
同一设置栏内有多个选项讯时，只能选择其一；
复选框:
带有“□”标一记的属性设定器件。
同一设置栏内有多个选项框时，可以设置多个；
功能按钮:
一般设有“检查[C]”、“确认[Y]”、“取消[N]”、“帮助[H]”四种按钮；
图形库工具箱，MCGS为用户提供了丰富的组态资源，包括系统图形工具箱。
进入用户窗口，鼠标点击工具条中的“工具”按钮，打开图形工具箱，其中设有各种图远、图符、组合图形及动画构件的位图图符。
利用这些最基本的图形元素，可以制作出任何复杂的图形。
参见“MCGS组态软件用户指南”；
设备构件工具箱:
进入设备窗口，鼠标点击工具条中的“工具箱”按钮，们一开设备构件工具箱窗口，其中设有与工控行业经常选用的监控设备相匹配的各种设备构件。
选用所需的构件，放置到设备窗口中，经过属性设置和通道连接后，该构件即可实现对外部设备的驱动和控制；
策略构件工具箱:
进入运行策略组态窗口，鼠标点击工具条中的“工具箱”按钮，打开策略构件工具箱，工具箱内包括所有策略功能构件。
选用所需的构件，生成用户策略模块，实现对系统运行流程的有效控制；
对象元件库:
对象元件库是存放组态完好并具有通用价值动画图形的图形库便于对组态成果的重复利用。
进入用户窗口的组态窗口，执行“工具”菜单中的“对象元件库管理”菜单命令，或者打开系统图形工具箱，选择“插入元件”图标，可打开对象元件库管理窗口，进行存放图形的操作；
工具按钮一览:
工作台窗口的工具条一栏内，排列标有各种位图图标的按钮，简称为工具按钮。
许多按钮的功能与菜单条中的菜单命令相同，但操作更为简便，因此在组态操作中经常使用。
2.6组建新工程的一般过程
工程项目系统分析:
分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通逆与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。
工程立项搭建框架:
MCGS称为建立新土程。
主要内容包括:
定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口名称，指定存盘
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