（信号与信息处理专业论文）新型矿用热风炉自动控制系统的主体软件设计与实现.pdf

华北电力人学硕士学位论文 摘要 本文在分析了热风炉控制系统的发展现状以及目前存在的一些问题的基础上， 针对热风炉燃烧控制的特点，提出了一种以w i n d o w s 和工业p c 机作为软、硬件平 台的矿用热风炉控制系统。本系统软件采用v i s u a lc + + 6 0 以及面向对象、模块化的 程序设计方法，基于m f c 类库实现控制的稳定性、良好的可视性和灵活的扩展性。 在设计中，首先进行了用户需求分析，确定了软件应该具有的功能和性能，对 软件的结构进行模块划分。接着阐述了该系统软件的总体结构，并对其用户界面的 组成及操作过程作了详细的介绍，分析了软件各模块的基本原理和功能。然后详细 介绍了系统数据库的设计与实现，即在s q l s e r v e r 2 0 0 0 下创建数据记录系统中使用 到的数据库，利用a d o 技术实现对数据的存储、数据查询等。本文最后总结了研 究所取得的主要成果，并提出了在今后进一步的研究工作中应解决的一些问题。 关键词：热风炉，v c + + ，a d o 技术，控制系统 a b s t r a c t o nt h eb a s eo fa n a l y z i n gt h ep r e s e n td e v e l o p m e n to fc o n t r o ls y s t e mo ft h eh o t b l a s ts t o v e a n ds o m ee x i s t e n tp r o b l e m s t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dak i n do fc o n t r o ls y s t e mo ft h eh o t b l a s t s t o v ef o rm i n e sw h i c hi ss u p p o r t e db yw i n d o w sa n di n d u s t r yp ct h a ta r ea c t e da ss o f t w a r e a n dh a r d w a r ep l a t f o r m t h es o f t w a r es y s t e ma d o p t sv i s u a lc + + 6 0a n di sd e s i g n e du n d e rt h e o b j e c t o r i e n t e da n dm o d u l a r i z e dp r o g r a m m i n gm e t h o d b yt h es u p p o r to fp o w e r f u lt o o l so f m f cc l a s sl i b r a r y , t h ec o n t r o ls t a b i l i t y , b e t t e rv i s u a l i z a t i o na n df l e x i b l ee x p a n s i b i l i t yc a nb e a c h i e v e d f i r s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o n s u m e r s r e q u i r e si nd e s i g n ，d e t e r m i n e st h ef u n c t i o n sa n d c a p a b i l i t i e so ft h ed e s i g n i n gs o f t w a r e d i v i d e st h es t r u c t u r e so ft h es 1 3 l f t w a r ei n t om o d u l e s s e c o n d ，i te x p a t i a t e st h es y s t e ms o f t w a r e c o l l e c t i v i t yf r a m e ，a n da l s oi n t r o d u c e sd e t a i l e d l y f o r ma n do p e r a t i o n a lw a yo ft h eu s e r si n t e r f a c e b e s i d e s t h et h e s i sa l s of r a m e sa n d a c c o m p l i s h e se a c hm o d u l e t h e n i ti sd e t a i l e de x p l a i n e dt h ei m p l e m e n to ft h ed a t a b a s e m o d u l e ，t h a ti sc r e a t i n gd a t a b a s eu s e di nt h ed a t ar e g i s t e rs y s t e mo nt h eb a s i so fs q ls e r v e r 2 0 0 0a n dt h es t o r a g e t h ed a t a si n q u i r yu t i l i z i n gt h ea d os k i l l i nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e r , m a j o ra c h i e v a b l eo u t c o m e sb yr e s e a r c h i n ga r es u m m a r i z e d ，a n daf e wi s s u e st ob es o l v e da r e a d v a n c e di nf a r t h e rr e s e a r c hf o rt h ef u t u r e w a n gy i n g ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gm i n g k e yw o r d s ：h o tb l a s ts t o v e ，v c + + ，a d os k i l l ，c o n t r o ls y s t e m 华北电力人学硕士学位论文 摘要 本文在分析了热风炉控制系统的发展现状以及目前存在的一些问题的基础上， 针对热风炉燃烧控制的特点，提出了一种以w i n d o w s 和工业p c 机作为软、硬件平 台的矿用热风炉控制系统。本系统软件采用v i s u a lc + + 6 0 以及面向对象、模块化的 程序设计方法，基于m f c 类库实现控制的稳定性、良好的可视性和灵活的扩展性。 在设计中，首先进行了用户需求分析，确定了软件应该具有的功能和性能，对 软件的结构进行模块划分。接着阐述了该系统软件的总体结构，并对其用户界面的 组成及操作过程作了详细的介绍，分析了软件各模块的基本原理和功能。然后详细 介绍了系统数据库的设计与实现，即在s q l s e r v e r 2 0 0 0 下创建数据记录系统中使用 到的数据库，利用a d o 技术实现对数据的存储、数据查询等。本文最后总结了研 究所取得的主要成果，并提出了在今后进一步的研究工作中应解决的一些问题。 关键词：热风炉，v c + + ，a d o 技术，控制系统 a b s t r a c t o nt h eb a s eo fa n a l y z i n gt h ep r e s e n td e v e l o p m e n to fc o n t r o ls y s t e mo ft h eh o t b l a s ts t o v e a n ds o m ee x i s t e n tp r o b l e m s t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dak i n do fc o n t r o ls y s t e mo ft h eh o t b l a s t s t o v ef o rm i n e sw h i c hi ss u p p o r t e db yw i n d o w sa n di n d u s t r yp ct h a ta r ea c t e da ss o f t w a r e a n dh a r d w a r ep l a t f o r m t h es o f t w a r es y s t e ma d o p t sv i s u a lc + + 6 0a n di sd e s i g n e du n d e rt h e o b j e c t o r i e n t e da n dm o d u l a r i z e dp r o g r a m m i n gm e t h o d b yt h es u p p o r to fp o w e r f u lt o o l so f m f cc l a s sl i b r a r y , t h ec o n t r o ls t a b i l i t y , b e t t e rv i s u a l i z a t i o na n df l e x i b l ee x p a n s i b i l i t yc a nb e a c h i e v e d f i r s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o n s u m e r s r e q u i r e si nd e s i g n ，d e t e r m i n e st h ef u n c t i o n sa n d c a p a b i l i t i e so ft h ed e s i g n i n gs o f t w a r e d i v i d e st h es t r u c t u r e so ft h es 1 3 l f t w a r ei n t om o d u l e s s e c o n d ，i te x p a t i a t e st h es y s t e ms o f t w a r e c o l l e c t i v i t yf | a m e ，a n da l s oi n t r o d u c e sd e t a i l e d l y f o r ma n do p e r a t i o n a lw a yo ft h eu s e r si n t e r f a c e b e s i d e s t h et h e s i sa l s of r a m e sa n d a c c o m p l i s h e se a c hm o d u l e t h e n i ti sd e t a i l e de x p l a i n e dt h ei m p l e m e n to ft h ed a t a b a s e m o d u l e ，t h a ti sc r e a t i n gd a t a b a s eu s e di nt h ed a t ar e g i s t e rs y s t e mo nt h eb a s i so fs q ls e r v e r 2 0 0 0a n dt h es t o r a g e t h ed a t a si n q u i r yu t i l i z i n gt h ea d os k i l l i nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e r , m a j o ra c h i e v a b l eo u t c o m e sb yr e s e a r c h i n ga r es u m m a r i z e d ，a n daf e wi s s u e st ob es o l v e da r e a d v a n c e di nf a r t h e rr e s e a r c hf o rt h ef u t u r e w a n gy i n g ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i a n gm i n g k e yw o r d s ：h o tb l a s ts t o v e ，v c + + ，a d os k i l l ，c o n t r o ls y s t e m 士= 1明明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文新型矿用热风炉自动控制系统的主体软件 设计与实现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特 l , j ) j l l 以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 圣挞。 e t 期：塑：呈： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：圣级 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 概述 第一章引言 矿井加暖系统在矿产、冶金、化工等工业中得到了广泛的应用，其主要用于井 下防冻和通风。随着计算机与自动化技术的飞速发展，在工业控制系统中，计算机 逐渐取代了常规的模拟仪表来完成工业控制系统的调节和控制。采用计算机对工业 控制系统进行调节和控制，大大提高了系统的控制质量，是工业控制系统技术装备 的根本性变革。对高效节能、环保安全等矿井加暖系统相关技术的研究是目前的研 究热点问题之一，而重点是对热风炉自动控制系统相关技术的研究。 本课题来源于太原中博研究院的矿用环保热风炉自动控制系统项目，主要完成 热风炉自动控制系统主体软件的设计与实现。 ，2 国内外热风炉控制系统研究动态 在2 0 世纪9 0 年代，我国的热风炉燃烧控制多为手动控制，即把助燃风机风量 开到最大，然后手动调节煤气量来控制拱顶温度和废气温度。这种调节过程煤气不 能充分燃烧，造成严重的能源浪费。近年来，运用比较成功的方法是建立数学模 型，这种方法的基础是热风炉的热平衡计算，依此获得控制模型。该方法能对燃烧 速率进行控制，使输入的流量最佳化。最近几年，国外在热风炉学模型开发及应用 上虽有新的进展心1 ，但数学模型相当复杂，在温度管理期，由于缺少精确的残热推 断和温度分布的数学模型，还需手工设定，并且设备费用昂贵，在国内很少采用。 根据实际情况，热风炉的操作主要包括两大部分，即燃烧控制和自动换炉。对 于这两部分操作，国内外的大中型高炉的热风炉都已部分自动化了，但主要是基础 自动化1 。上世纪7 0 年代，由于高炉大型化、高风温和较大风量，要求热风炉提 供稳定的、满足高炉生产需要的一定温度和流量的热风，而且要节省能源，即要求 有完善的基础自动化，以及带有数学模型并对基础自动化系统进行优化设定的过程 自动化。近年来国内外都在致力于热风炉的智能控制研究h 儿5 1 ，有关矿井加暖系统 技术的发展很快，其主要表现在2 个方面：一是对高效节能、环保安全等矿井加暖 系统相关技术的研究；二是对大型、高j x l 温矿井加暖系统产品的研究。主要表现为： ( 1 ) 应用动态分析和机电一体化、计算机监控等新技术，如采用模糊控制技 术，实现了热风炉燃烧的智能控制，不仅替代了人工操作，而且取得了较好的控制 效果。 ( 2 ) 采用新型、可靠性高的关键元部件技术，如先进的大功率送风机与耐热 1 华北电力大学硕士学位论文 高强度管道、电磁阀等。 综合国内外现状，热风炉控制系统一般大都采用p l c 、工控机和组态软件来实 现。而这类控制系统都大多应用于钢厂等一些大型控制系统中，对于中小规模控制 系统，像矿用热风炉控制系统，目前，国内外有关机构尽管对这些系统的热效率， 节能，环保及其相关技术的研究很重视，但尚缺乏实用意义上节能、环保的矿井井 下加暖系统的研究成果和相关产品的设计。故需要面对我国的操作和自动化以及维 护水平的现状，开发适合于我国实际情况的、且低成本和便于推广的热风炉控制系 统。 1 3 本课题的研究意义和主要工作 在我国存在着大量的中小规模控制系统，其自动化程度不高，生产效率比较低。 随着计算机软、硬件技术的发展，计算机测控系统及技术取得了长足的进步，用计 算机控制系统取代传统的测控仪表，用现代的控制算法取代老式的算法，已经成为 当今工业控制系统在设计和改造时必须解决的问题。新型的工业自动控制系统正以 标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适 应性强、开放性好、易于扩展、经济及开发周期短等优点。监控组态软件在新型的 工业自动控制系统中起到越来越重要的作用。 对于矿用热风炉控制系统，如果采用商用的工控组态软件，势必提高产品的成 本。因为国外的软件功能完善，但价格较贵，维护复杂，技术要求高；国内的软件 价格虽然相对较低，但对于本项目中规模较小的热风炉控制系统来说，不能提供具 有针对性地设备驱动程序及满足该系统特殊控制要求的功能模块。同时，由于一般 工业软件对长期运行可靠性的要求，其技术应用都比较滞后。 因此，本课题结合面向对象技术及强大的w i n d o w s 操作平台，采用v c + + 作为 软件的开发工具，完成系统主体软件的设计与实现。本课题作为研制热风炉自动化 控制系统课题的一部分，将主要完成控制系统主体软件的设计与实现。该课题的完 成将实现热风炉系统的自动化，极大的提高热风炉的工作效率，改善工人的工作环 境，具有重要的意义和很好的实用价值。 论文主要进行了如下工作： ( 1 ) 热风炉控制技术的分析及控制方案的设计。结合了目前各种智能控制的 优点，针对矿用热风炉控制系统的具体情况，提出了自动优化燃烧控制算法，完成 了热风炉自动寻优控制方案的设计。 ( 2 ) 热风炉系统软件的总体设计。首先进行了需求分析及软件预期性能分析， 软件采用模块化程序设计方法，完成了数据采集、过程控制以及数据库各模块的设 计。 2 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 采用v c 语言，设计开发了友好的人机图形界面，极大地方便了操作，避 免了误操作及人为疏忽。 ( 4 ) 数据库系统的设计。使用s q ls e r v e r 进行软件的数据库设计。通过分析 各种数据库访问方法，采用了a d o 技术开发数据库应用软件。 ( 5 ) 系统的测试与总结。结合硬件，对系统进行现场调试，测试运行结果， 并对以后热风炉控制系统进一步的完善进行了分析。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章热风炉控制系统软件的总体设计 w i n d o w s 操作系统是一个多任务的操作系统，它有基于进程的多任务形式和基 于线程的多任务形式，而且提供了一套完整的应用程序接口a p i 函数，使用这些函 数可以方便的实现我们所需要的应用软件。v c + + 6 0 是市场上一款面向对象的编程 语言，它集m i c r o s o f t 公司软件开发技术精华，特别是它提供了m f c 类库，很好地 封装了w i n d o w s a p i 函数，充分利用类的继承性、封装性、多态性，用户可方便地 设计自己需要的类，同时它对内存、硬件的操作比较容易。因此，本课题使用w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，采用v c + + 作为软件的开发工具，使用m i c r o s o f t 的s q l s e r v e r2 0 0 0 作为本系统软件数据库的开发工具。 2 1 系统软件的需求分析及预期性能分析 2 1 1 热风炉控制系统的组成及功能 根据分析，热风炉的操作主要包括两大部分，即燃烧控制和自动换炉。本课题 设计的矿用环保热风炉采用“两烧一送”方式，每个热风炉工作程序包括“燃烧 一“送风 一“闷炉 三个阶段，两个热风炉交替工作送风，保证持续不断的向井 下提供热风。 控制系统的硬件部分主要由计算机控制系统、仪控系统：电控系统等组成。仪 控系统包括传感器、变送器、热电偶、调节阀、变频器和风机等。其中，传感器、 变送器、热电偶等仪表为现场气体流量、压力和温度信号检测装置。调节阀包括助 燃冷风调节阀和煤气调节阀，可以调节流量信号。变频器用来调节风机的转速，从 而实现对气体流量的控制。电控系统主要由中间继电器、按钮、电机和限位丌关等 组成。电控系统分别控制两座热风炉的冷风阀、热风阀、煤气阀、混风阀、烟道阀 等阀门，实现燃烧、送风和焖炉功能。系统组成如图2 1 所示。 4 华北电力大学硕七学位论文 ：i l ：；舅 图2 1 热风炉控制系统组成图 电控系统 计算机所能处理的信号是数字信号，而表征工业生产过程特性的物理量大部分 是模拟量信号。为了实现计算机对工业过程的控制，必须使用模数转换器和数模 转换器对两种信号进行转换。根据系统构成、控制目的和控制方案等，热风炉控制 系统主要由数据采集、控制中心、控制输出等组成。该系统的功能主要包括数据采 集、状态显示、现场控制和故障报警，确保热风炉安全、可靠、高效的运行。 ( 1 ) 数据采集 通过现场仪表采集炉内气体温度、压力、流量、火焰燃烧状况和有害气体浓度 等信号，送往微机控制系统。 ( 2 ) 状态显示 通过软件图形窗口界面显示二j ：作状态，包括各个豁测点的温度、压力、阀门状 态、报警画面和历史纪录等。 ( 3 ) 过程控制 控制系统的t 要控制方式分为“自动”和“手动”，可在两种控制方式之问进 行切换。在“自动”控制方式下，控制系统按照预先设定的运行方案，自动完成相 应的控制操作及盼视功能。在“手动”控制方式下，控制系统不参与控制与操作， 操作员在现场操作箱上直接控制。 ( 4 ) 故障报警与有害气体检测 有害气体检测系统旨在保护人员生命安全，是热风炉控制系统不町或缺的一部 分。气体检测器探头利用扩散采样，可将现场的有害气体浓度转变成电信号，通过 传输线呵将信号传输到微机控制系统，完成远距离气体检测报警。 5 华北电力大学硕士学位论文 ( 5 ) 历史趋势和报表功能 热风炉运行过程中的一些重要参数，如气体温度、压力、流量等，可对其进行 历史数据存储，形成历史趋势，随时进行查看。 2 1 2 软件的需求分析 基于以上对热风炉控制系统所要实现的功能的分析，该系统软件相应要完成以 下功能： ( 1 ) 完成数据采集功能，将输入的模拟信号转换成代表温度、压力等的数字 信号，并保存到数据库中。 ( 2 ) 完成主控制程序。根据输入的信号，按照一定的操作流程，输出控制相 应执行器件的信号，完成对执行器件的程序控制。 ( 3 ) 为了方便用户的使用，使工作人员易于操作，要设计出便捷的用户界面， 直观表现热风炉的工作过程，能实现人机对话，方便操作者观察热风炉的参数变化 情况。 ( 4 ) 对系统的安全管理，可以采用目前应用最多的登录验证的方法，只有通 过数据库登录验证和操作员登录验证之后的操作员才有权使用本课题开发的软件。 2 1 3 软件的预期性能分析 现对热风炉控制系统软件的预期性能分析如下： ( 1 ) 系统应该保证长期运行时的可靠性，由于系统是运行在工业现场中，工业 生产经常是连续运行很长时间，所以软件应该能够保证在长期运行的情况下还能够 正确进行操作，这一性能要求主要是用在数据的采集和对数据的存储上。 ( 2 ) 软件使用的简便性，由于使用软件的用户可能对计算机知识了解的并不是 很多，为了让他们方便的使用软件，软件应该提供友好的操作界面。 ( 3 ) 软件的运行速度尽量快，特别是在查询热风炉相关数据的时候，可能用户 查询了大量的数据，这样要提高显示查询结果的速度。 ( 4 ) 软件应该能够保证数据不被随意的修改和破坏，数据被存储到数据库中， 应该限制操作员对数据的更改和删除操作，这个可以通过对不同的用户设置不同的 权限来实现。 ( 5 ) 系统应该能够确保将所需要的数据存储到数据库中，这需要保证将数据插 入到数据库中时不出现错误，所以系统应该采取必要的方法保证达到这些要求。 6 华北电力大学硕士学位论文 2 面向对象的程序设计 面向对象方法是在抽象数据类型的基础上发展起来的软件开发方法学，是目前 程序设计的主流。本课题结合面向对象的程序设计方法，使用面相对象的程序设计 语言，在功能强大的w i n d o w s 系统平台上，完成热风炉控制系统主体软件的设计与 实现。 面向对象方法是一种以对象为中心的方法，通过继承、封装和多态的基本特征， 把实际系统或者部件抽象成具有特定属性的和特定方法的类，即提供了将数据和方 法结合为对象的机制。面向对象的程序设计方法是将数据和对数据的操作放在一 起，作为一个相互依存、不可分割的整体来处理。它既吸收了传统结构化程序设计 的优点，又考虑了现实世界与面向对象解空间的映射关系。它采用数据抽象和信息 隐藏技术，将对象及对象的操作抽象成一种新的数据类型一类，并且考虑了对象之 间的联系和对象类的可重用性。这些特性使得面向对象的程序具有可移植性、表达 广泛概念、代码复用的能力 。 封装性、继承性和多态性是面向对象系统所具有三种最突出的特性。 ( 1 ) 封装性：面向对象系统的封装性是一种信息隐藏技术。面向对象系统以 对象为单位进行封装。它使系统设计人员能够清楚地标明他们所提供的服务界面， 用户和应用程序人员则只看见对象提供的操作功能，看不到其中数据或操作代码细 节。这一封装机制的目的在于将对象的使用者和设计者分开，使用者不必知道对象 行为的实现细节，只需用设计者提供的协议命令对象去做即可。除去对象的封装以 外，类概念本身也具有一种封装意义，它将数据和与这些数据有关的操作集合封装 在一起，建立了一个定义良好的接口，这反映了抽象数据类型的思想。 ( 2 ) 继承性：继承所要表达的就是一种对象类之间的相交关系。它使得某类 对象可以继承另外一类对象的特征和能力。继承性不光作用在对操作的继承，还作 用在对数据内容的继承，即既具有结构特性的继承性，又具有行为特性的继承性。 继承所具有的作用有两方面：一方面可以减少代码冗余；另一方面可以通过协调性 来减少相互之间的接口和界面。通过对象的继承性，使人们既能重用原来的代码， 又很容易在原有类中添加新内容。 ( 3 ) 多态性：面向对象系统的多念性是指当不同的对象收到相同的消息时产生 不同的动作，分为编译时的多态性和运行时的多态性。编译时的多念性足通过使用 重载来实现的。究竟执行的是哪个重载版本在编译时就可以知道，所以是相对静态 的多态性。运行时的多态性是通过虚函数来实现的，需要在运行时通过找出发送消 息的对象来确定运行的是哪个函数版本。编译器在编译时采用的是动念联编手段。 面向对象程序设计优于传统的结构化程序设计，其优越性表现在，它有希望解 决软件工程的两个主要问题一一软件复杂性控制和软件生产率的提高，此外它还符 7 华北电力大学硕士学位论文 合人类的思维习惯，能够自然的表现现实世界的实体和问题，对软件开发过程具有 重要意义。面向对象方法追求的是现实问题空间与软件系统解空间的直接模拟。它 按现实世界的概念来组织模型，是一种全新的思考问题的方式。它通过对应用领域 的概念进行分类和组织，来更好地与客观世界相吻合。使用面向对象方法，设计人 员可以依靠自己的意图创建自己的对象，并将问题映射到该对象上。这一方法直接、 自然，使设计人员把主要精力放在系统一级上，而对细节问题可以较少地关心。 3 软件开发环境及开发工具 在矿用热风炉控制系统软件的开发中，采用标准开发环境，既降低了开发成本， 又可开发出性能更优越的系统，同时还能降低维修成本，因此，在本系统软件的开 发中，采用工业计算机作为核心控制单元，采用w i n d o w s 系统作为开发平台，可以 利用w i n d o w s 以及w i n d o w s 下各种开发软件良好的图形功能和多任务同步处理的 优点，开发可视化，操作友好简便的热风炉控制系统。数据库作为本系统软件的一 部分，也使用m i c r o s o f t 的开发工具s q ls e r v e r2 0 0 0 。 w i n d o w s 是一个功能强大的图形窗口操作平台，它对计算机的操作是通过窗口、 对话、菜单、图标等图形画面和符号的操作来实现的，使计算机的操作方式越来越 简单。使用w i n d o w s 系统作为开发平台，具有以下优点： ( 1 ) 可以同时运行多道程序，执行多项任务。各程序和任务之间可以方便的交 换信息。 ( 2 ) 能够充分的利用内存，不仅可以利用计算机的所有内存，还可使用硬盘作 为虚拟存储器，w i n d o w s 突破6 4 0 k b 内存限制，使应用程序能访问高于1 6 m b 的扩 展内存。 ( 3 ) 可以充分利用各种各样的程序和工具。除w i n d o w s ，软件包本身带有许多 方便、实用的工具外，还推出了常用的软件开发工具包，使用户能方便地开发出具 有w i n d o w s 窗口特点和功能的应用程序。各种程序语言也纷纷支持w i n d o w s ，特别 是v i s u a ls t u d i o 、s q ls e r v e r 等。 因此，使用w i n d o w s 平台可以使计算机的软硬件资源得到充分的利用，可以极 大的缩短软件的丌发周期，提高程序的实用性，减少软件错误。 在系统软件的研究丌发中，选用了w i n d o w s 2 0 0 0 作为软件操作平台，m i c r o s o f t v i s u a lc + + 6 0 作为软件的丌发工具。v i s u a lc + + 是一个完整的应用程序开发环境， 可以让程序员充分利用c + + 语言的面向对象的特征来创建专业的w i n d o w s 应用程 序。在v i s u a lc + + 的程序开发中，一般采用m f c 丌发，既能开发出功能强大的软件， 有可以大大降低程序设计的复杂性以及丌发人员的工作量。下面简单介绍一下本系 统软件中使用到的编程语言c + + 、集成编程坏境v i s u a lc + + 、m f c 技术以及数据库 r 华北电力大学硕士学位论文 开发工具s q ls e r v e r2 0 0 0 。 2 3 1 面向对象的编程语言c + + c + + 从c 转化而来，对传统c 语言进行了扩展。c + + 继承了c 语言高效、灵活 的特点，扩充完善了语言的类型检查、代码重用、数据抽象机制，实现了对面向对 象程序设计的支持。c + + 语言是目前应用最为广泛的面向对象程序设计语言，它保 留了c 的所有组成部分而与其完全兼容，既可以进行传统的结构化程序设计，又能 进行面向对象程序设计。c + + 语言强调对高级抽象的支持。c + + 实现了类的封装、 数据隐藏、继承及多态，使得其代码容易维护及高度可重用。 c + + 提供了“c l a s s ”关键字来定义类。类中可以定义类的数据成员和成员函数， 将数据和行为封装在类中，从而实现了信息隐蔽性，使用完好定义的类的用户不需 要知道类是如何工作的，只要知道如何使用它就行了。继承是c + + 面向对象程序设 计的重要特性，它是指建立一个新的派生类，从一个或多个先前定义的基类中继承 函数和数据，而且可以重新定义或添加新的数据和行为，从而建立了类的层次。多 态是c + + 面向对象程序设计的另一重要特性。c + + 支持两种多态性，一种是编译时 的多态性，是通过重载函数来实现的。另一种是运行时的多态性，是通过虚函数实 现的。 2 3 2v c + + 语言简介 v i s u a lc + + 是美国微软公司推出的一种功能强大而复杂的c + + 编译器。它是一 种可视化的、面向对象和采用消息驱动机制的结构化高级程序设计语言。它把完全 的可视化与真正的面向对象及c + + 的高效率、高性能完美地结合起来。v i s u a lc + + 提供了功能强大的w i n d o w s 应用框架，它的多种多样的工具能适合各种编程风格 吲刚n 们。在v i s u a lc + + 6 0 中，编辑器、编译器、链接器、调试器、a p p w i z a r d 、 c l a s s w i z a r d 、a p p s t u d i o 等工具巧妙而完美地结合在一起，采用流水线全自动化的 编程模式，大大减小了编程的复杂程度，它的工程管理文件可以使用户开发大型系 统趋于简便，使得编程更加简单、快捷。 v i s u a lc + + 优势主要有以下几点： ( 1 ) 面向对象的程序设计 面向对象的方法和技术是当前计算机模拟仿真领域中备受关注和广泛采用的 工具和手段，也是本程序所采用的软件设计一方法。 ( 2 ) 消息驱动 消息是w i n d o w s 的心脏。消息触发w i n d o w s 应用程序中的各种事件。利用 w i n d o w s 的消息驱动机制可以使得开发出来的应用系统能够根据具体情况所触发的 9 华北电力大学硕士学位论文 消息来执行程序，使得系统具有很强的灵活性，适应变化多样的情况，这正是软件 系统所需要的。本程序应用了有关w i n d o w s 系统消息和自定义消息来实现相应的功 能。这些消息正是用户与系统、系统中各元素以及各功能之间相互联系的纽带，从 而使整个系统协调工作。 ( 3 ) 多线程技术以及动态链接库 多线程使得系统同时处理多个离散的任务，使程序运行更快，更敏捷：动态链 接库可以封装固定的程序运行块，可以大大的节省内存和磁盘空间。 ( 4 ) v i s u a lc + + 开发数据库的优势 v i s u a lc + + 提供了多种多样的数据库访问技术一o d b ca p i 、m f co d b c 、d a o 、 o l ed b 、a d o 等。这些技术各有自己的特点，它们提供了简单、灵活、访问速度 快、可扩展性强的开发技术，而这些正是v i s u a lc + + 开发和其他开发工具相比的优 势所在。 2 3 3m f c 技术 m f c 是c + + 类库在w i n d o w s 下事实上的标准，借助设计良好的类库通常可以减 少代码规模。m f c 实际上是一个编程框架，m f c 中的各种类结合起来构成了一个l 应用程序框架，它的目的就是让程序员在此基础上来建立w i n d o w s 下的应用程序， 这是一种相对s d k 来说更为简单的方法。本软件就是使用v i s u a lc + + 的m f c 进行 开发的。下面简单介绍一下m f c 技术。 m f c 以“c + + ”为基础，支持虚拟函数和动态约束。同时，m f c 建立了消息映 射机制，以一种富有效率、便于使用的手段解决消息处理函数的动态约束问题。这 样，通过虚拟函数和消息映射，m f c 类提供了丰富的编程接口。程序员继承基类的 同时，把自己实现的虚拟函数和消息处理函数嵌入m f c 的编程框架。m f c 实现了 对应用程序概念的封装，把类、类的继承、动态约束、类的关系和相互作用等封装 起来。这样封装的结果对程序员来说，是一套开发模板。针对不同的应用和目的， 程序员采用不同的模板。这些模板包括，s d i 应用程序的模板，m d i 应用程序的模 板，规则d l l 应用程序的模板，扩展d l l 应用程序的模板，o l e a c t i v e x 应用 程序的模板，等等。这些模板都采用了以文档一视为中心的思想，每一个模板都包 含一组特定的类。 m i c r o s o f tv i s u a lc + + 提供了相应的工具来完成应用程序框架的设计。a p p w i z a r d 可以用来生成初步的框架文件( 代码和资源等) ；资源编辑器用于帮助直观地设计 用户接口；c l a s sw i z a r d 为消息控制函数产生了函数原型和函数体，可用来协助添 加代码到框架文件。由此可见，m f c 程序员的主要任务是决定哪个消息映射到哪个 对象上，然后实现这一影射，即编写消息映射函数。 1 0 华北电力大学硕士学位论文 2 3 4 数据库开发工具 s q l 数据库是m i c r o s o f t 开发的关系型数据库，其主要面向大中数据库应用。 考虑到p c 机运行的是m i c r o s o f t 公司w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统，本课题选用m i c r o s o f t 公司的s q l s e r v e r2 0 0 0 作为数据库开发工具。 m i c r o s o f ts q ls e v e r 2 0 0 0 作为一种关系数据库管理系统是在成熟和强大的关系 模型中建立的，关系模型是当前最受欢迎的数据存储和数据检索模型。关系型数据 库是指一些相关的表和其他数据库对象的集合1 。这个定义表达三部分含义：第一， 在关系数据库中，信息被存放在二维表格结构的表( t a b l e ) 中，一个关系数据库包含 多个数据表，每一个表又包含行( 记录) 和列( 字段) 。第二，这些表之间相互关联， 表之间的这种关联性是由主键和外键所体现的参照关系实现的。第三，数据库不仅 仅包含表，而且包含了其他数据库对象，如：视图，储存过程，索引等等。 s q ls e v e r2 0 0 0 具有以下特点： ( 1 ) 全面的数据完整性保护，无论是复杂的事务支持和高级安全性，还是以用 户数据库隐式部分支持拥护的商业规划对象以及数据完整性保护都适用。 ( 2 ) 与w i n d o w sn t 集成，允许在对称多处理( s m p ) 系统中实现彻底的多线程和 对称多处理，并且可集成到分布式管理环境中。 ( 3 ) 在低造价平台上突出性能，支持w i n d o w s 操作平台，加快了复杂查询的进 程。 ( 4 ) 一流的管理工具。 它有丰富的编程接口和开发工具，如q u r ya n a l y z e r 作为编写t r a n s a c ts q l 脚本程序的开发工具。同时它支持大多数常用的数据库应用编程接口，如a d o ，o l e d b ，o d b c 等，这些a p i 中有功能强大的a p i ，通过使用这些工具允许编程人员直 接控制应用程序和数据库应用程序。除此以外s q ls e v e r 还带有自己独有的数据库 编程接口，如d b l i b r a r y 。 ， 动态的自动管理和配置，例如，当数据库服务器的任务增加时，它会动态地 自主申请更多的系统资源如内存等。当工作量减小时，又会自动释放系统资源；当 在数据库中插入或删除数据时，可以自动调节数据库的大小，以适应新的情况。 动态实现数据库的并发控制。在处理数据库的并发控制问题时，会根据不同 的情况动态调整数据封锁的力度，以使数据封锁和数据共享达到效果最佳状态。 ( 5 ) 对多服务器分布式事务的内在支持。 s q ls e v e r2 0 0 0 可以通过m sd t c 透明地处理各种形式的分和式查询，当涉及 了其他s q ls e v e r 或非s q ls e v e r 的o l ed b 数据源时，则这些查询会在数据库系 统内经过一系列判断后从本地查询升级为分布式查询2 i 。 华北电力大学硕士学位论文 4 热风炉燃烧控制策略 实现煤气的合理燃烧，才能将其能量充分利用，为提高送风温度创造条件。由于 热风炉的操作和炉况等原因，造成煤气压力不稳定，煤气热值往往存在波动，因而热风 炉燃烧控制是热风炉最难、最关键的控制环节之一，燃烧控制得好坏将直接影响到热 风炉的拱顶温度及燃烧的热效率。 2 4 1 热风炉燃烧控制方法 目前国内外热风炉的燃烧控制大致有三种：传统控制方式、数学模型方式、智 能控制方式。 传统的热风炉控制方法中有比例机制调节法、烟气氧含量比例控制法等。比例 极值调节法是在烧炉时预先设定一个空燃比，然后以拱顶温度为信号，改变空气和煤 气比例进行搜索，寻找拱顶温度上升速率最快或合适的值，此种方法不能在煤气热值 变化的时候及时改变空燃比，不容易实现热风炉的最佳燃烧。烟气氧含量比例控制法， 以烟气中氧气含量反馈控制作为细调，对空气、煤气量进行控制，由于测氧仪表寿命 有限，很多企业的测氧仪表不能长期稳定的工作。数模法的关键在于建立符合生产实 际的控制模型，检测点多、投资大，在生产条件不够稳定、装备水平较低的热风炉中 不容易实现。 近年来，国内外都在致力于热风炉的智能控制研究。智能控制策略包括神经网络 控制、仿人智能控制、专家系统控制、模糊控制，以及多种控制方法相结合而组成 的策略。神经网络技术模拟人脑神经元的活动过程，实现对信息的加工、处理、存 储和搜索等过程。仿人智能控制是总结人的控制经验，模仿人的控制经验和行为， 其特点是模仿控制专家的控制行为，是多种控制模态间的相互交替使用。专家系统 是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术， 根据专家提供的知识与经验进行推理与判断，模拟人类专家的决策过程。模糊控制 是使用模糊控制器，通过事先设计好的模糊规则表进行控制。 热风炉燃烧控制是一个不确定的复杂过程，用常规的控制方法是无能为力的。 因此，热风炉燃烧控制朝着智能控制方向发展是必然趋势，但具体情况不同，所适 用的控制方法也有区别。对于国内大部分中小高炉热风炉设备水平较低的情况，进行 模糊控制技术、专家控制系统等以及综合应用技术的丌发，有实际意义。 在本课题中，结合了以上各种智能控制的优点，针对矿用热风炉控制系统的具 体情况，提出了自动优化燃烧控制算法，并结合数据库系统中保存的规则参数，来 完成热风炉的自动控制。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 4 2 热风炉燃烧控制策略