（检测技术与自动化装置专业论文）热镀锌模拟装置合金化模式监控系统的开发.pdf

摘要 随着现代工业水平的不断提高，钢材的应用越来越广泛，而对钢材的耐腐 蚀性的要求也越来越高。伴随着冶金技术的飞速发展，镀锌技术在国民经济中 的地位日益重要。由于镀锌层在腐蚀环境中形成了一层保护薄膜，减缓了锌层 本身的腐蚀，在钢材表面形成双层保护，因此，合金化热镀锌钢板应用日益广 泛，汽车，造船等行业需求量与日俱增，要求镀锌的产量和质量不断提高。合 金化钢板应用前景十分广阔。 为了跟踪热镀锌发展的趋势，及时研究并掌握合金化镀锌技术的发展，本 课题在上海大学与宝钢联合开发的热镀锌模拟实验装置的基础上，进行了合佥 化模式监控系统的研究工作，从而可以更好地用于掌握热镀锌钢板在合金化工 艺中的特性，与冶金工业的飞速发展保持同步，提高企业的竞争力。 本文首先从硬件和软件的基础上对热镀锌模拟装置进行了介绍，然后从可 y s l 7 0 可编程调节器、基于d e l p h i 7 0 监控系统的开发上进行了论述；并引入了 一个模拟电路装置，周来模拟现场感应加热保温的过程，并对该如何消除热电 偶温度检测电路中的干扰问题进行了探讨；最后，提出了建立一个基于d c s 系 统的网络构架，大大扩展了热镀锌模拟装置的应用空间。 本课题的开发，将有力地推动掌握热镀锌钢板合金化的特性的步伐，为更 好地研究和开发新一代热镀锌钢板提供宝贵依据。该装置已经用于宝钢新产品 的开发，因此有着更为光明的应用前景。 关键词：热镀锌d e i p h iy s l 7 0 可编程调节器模拟电路 i i i a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o n so fs t e e lm a t e r i a l sa r ew i d e l yu s e dm o r ea st h e i ra n t i c o r r o s i o n r e q u i r e m e n t sa r eb e c o m i n gh i g h e r w h e nt h el e v e lo fm o d e mi n d u s t r yi se v e r i n c r e a s i n g t h er o l eo fg a l v a n i z a t i o nt e c h n o l o g yi nt h en a t i o n a le c o n o m yi sv e r y i m p o r t a n tg r a d u a l l y o w i n gt op r o t e c t i v ef i l eo fg a l v a n i z e dc o a t i n gi nc o r r o s i v e e n v i r o n m e n t ，i tr e d u c e sc o r r o s i o no fg a l v a n i z e dc o a t i n gp r o p e r l ya n dt a k e sp r o t e c t i v e d o u b l ef i l mu p o ns t e e ls u r f a c et h e r e f o r et h ea l l o ym o d eg a l v a n i z e ds t e e lp l a t e sa r e w i d e l yu s e dd a yb yd a yf o ra u t o m o b i l ea n ds h i pb u i l d i n gi n d u s 仃i e si no r d e rt oe v e r i n c r e a s eq u a n t i t i e sa n dq u a l i t i e so fg a l v a n i z e dp r o d u c t s t h ea p p l i c a t i v ep r o s p e c to f t h ea l l o y e dp l a t e si sc a p a c i o u s i no r d e rt of o l l o wt h ed e v e l o p m e n t 订e n do fh o tg a l v a n i z a t i o na n ds i m u l t a n e o u s l y r e s e a r c ha n dg r a s pt h ed e v e l o p m e n to f a l l o ym o d eg a l v a n i z a t i o nt e c h n o l o g y ，b a s e do n h o tg a l v a n i z i n ga n a l o g u ee x p e r i m e n t a ld e v i c ew h i c hw a sd e v e l o p e dc o o p e r a n t l yb y s h a n g h a iu n i v e r s i t ya n d 血eb a o s t e e l t h er e s e a r c ho fa l l o ym o d em o n i t o ra n d c o n t r o ls y s t e mp r o m o t e sb e r e rg r a s p i n gt h e h o tg a l v a n i z e ds t e e lp l a t ef o ri t s p e r f o r m a n c eo fa l l o yt e c h n o l o g ya n dk e e p ss y n c h r o n o u sp a c ew i t hf a s td e v e l o p m e n t o f 也em e t a l l u r g i c a li n d u s t r yt h u se n h a n c e st h ee n t e r p r i s e sc o m p e t i t i o np o w e r t h i sp a p e ri n t r o d u c e sh o tg a l v a n i z e da n a l o g u ed e v i c ef o i t nh a r d w a r ea n d s o f t w a r eb a s ef i r s t l y t h e nd i s c u s s e s 恤ey s l 7 0p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e ra n d d e l d h i 7 0 b a s e dm o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m i no r d e rt og e tt h ec h a r a c t e r i s t i e so ft h e i n d u c t i o nh e a t e r st e m p e r a t u r eo fa n a l o g o u sp l a n ts a m p l e ，aa n a l o g u ec i r c u i ti s i n d u c e dw h i c hc a l ls i m u l a t et h et e m p e r a t u r e - k e e p i n gp r o c e s so fp l a n ti n d u c t i o n h e a t i n 2a n dt h ea n a l o g u ec i r c t i l t f i n a l l yad c s b a s e dn e t w o r ks t r u c t u r ei sb u i i tf o r g r e a t l ye x t e n d e da p p l i c a t i o ns p a c eo f h o tg a l v a n i z e da n a l o g u ed e v i c e t h er & do ft 1 1 i st h e s i sw i l lg r e a t l yp r o m o t et h eg r a s p i n gp a c eo fc h a r a c t e r i s t i t s o fh o tg a l v a n i z e ds t e e la l l o ym o d ei no r d e rt op r o v i d ev a l u a b l er o o tf o rr & dn e w g e n e r a t i o no fh o tg a l v a n i z e ds t e e lp l a t e t h i sd e v i c eh a db e e nu s e df o rn e wp r o d u c t s d e v e l o p m e n t so f t h eb a o s t e e lt h u si th a sm o r eb r i g h tp r o s p e c t k e yw o r d s ：h o tg a l v a n i z e dd e l p h i 7 0 y s l 7 0 p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r a n a l o g u ec i r c u i t i v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中 特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已发表或撰写过的研究成 果。参与同一工作的其他同志对本研究的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 强2 0 0 k j 3 | 3 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，印：学校有权保 留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 - 1 国内外热镀锌发展现状及趋势 1 1 1 热镀锌简介 热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种 方法。近年来，随着现代工业水平的不断提高以及输电、交通、通讯事业迅速 发展，对钢铁件防护要求越来越高，热镀锌需求量也不断增加【l l 。 通常电镀锌层厚度5 15um ，而热镀锌层一般在6 5 “m 以上，甚至高达 1 0 0 m 。热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大 气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有z n o 、 z n ( o h ) 2 及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜( 也称白锈) 受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产 生电化学保护，锌的标准电位一o 7 6 v ，铁的标准电位一0 4 4 v ，锌与铁形成微 电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。显然热镀锌对基体金属铁的 抗大气腐蚀能力优于电镀锌。 1 1 2 热镀锌装置及工艺的发展 钢材热镀锌的概念最早是1 7 4 8 年由法国化学家梅拉宁提出的，1 8 4 6 年摩 尔沃德和罗根在英国建起了第一座热镀锌工厂【2 】。一百多年来，热镀锌技术取 得了巨大的发展，目前镀锌板广泛地用于建筑、管道、家用电器、彩色涂层及 汽车等工业，为了满足市场需求，不断建立新的热镀锌生产线，开发新的技术 和新的产品品种。 在发达国家，上世纪6 0 年代以前钢带连续热镀锌方法有改良森吉米尔法、 美钢联法、塞拉斯法、莎伦法、惠株法等。由于当时的镀锌产品主要用于建筑 和容器制造业，对产品的质量和性能要求不高，各种方法均能满足要求。自上世 纪8 0 年代起汽车工业和家电行业广泛采用镀锌钢板后，上述方法无法满足要 求。美钢联法虽以其产品的优异质量而受到用户的欢迎，但该法要提高产量， 必须延长机组退火炉长度，从而增大投资。美钢联法经过改进，用立式退火炉取 代卧式退火炉，不仅缩短了炉长，加快了机组速度，而且进一步提高了镀层的 附着性和表面质量，使产品成本大大降低。因此，上世纪9 0 年代后新建的热镀 锌线大部分采用美钢联法 3 】。热镀锌技术近1 0 余年来主要针对汽车用热镀锌板 取得了一系列技术进步，其中包括钢基体的化学成分，钢板表面的轧制质量， 热镀锌镀层厚度的均匀性，合佥化最佳相结构及工艺控制等一系列技术问题。 经过1 0 余年的研究，上述的技术问题及完成此项技术要求的工艺装备已基本得 到解决而开始大量用于汽车上。 在我国，改革开放以来，冶金工业作为国民经济的基础产业，得到了迅速 发展，1 9 9 6 年以来，我国钢产量已连续多年超过1 亿吨。冶金工业在历经了以 数量扩张为主的发展时期后，进入了加速结构调整、提高竞争力为主的新阶 段。目前我国钢铁工业在品种、质量、成本、服务和劳动生产率方面与世界先 进水平仍存在一定差距，面对日趋激烈的国际国内市场竞争，必须加快结构调 整步伐，这不仅是我国冶金工业生存与发展的需要，也是当今世界冶金工业发 展的趋势鲫。 随着西部大开发战略的实施，随着西电东送、西气东输、南水北调、三峡 工程、农网及城市电网二网改造等项目的深入展开，我国热镀锌行业已进入新 的高速、持续发展阶段【4 】。据不完全统计，目前中国( 不包括港澳台) 有镀锌 上海大学硕士学位论文 企业120 0 150 0 多家，主要科研单位有：北京钢铁研究总院、河北省冶金研究 院、上海钢铁研究所、宝钢研究院等。为了推进国内热镀行业的技术进步，促 进板、管、丝、结构件、零部件等行业间的横向交流，增加企业的市场竞争 力，由中国腐蚀与防护学会与河北省冶金研究院发起，自19 8 8 年在石家庄市召 开了全国首届热浸镀学术技术交流会，并先后在昆明、株洲、桂林、北海、上 海召开了2 - 6 届学术技术交流会，应国内热镀工作者的迫切要求，于2 0 0 0 年 12 月正式成立了中国腐蚀与防护学会热镀锌专业委员会，其挂靠单位为北京钢 铁研究总院。2 0 0 2 年5 月中国腐蚀与防护学会热浸镀专业委员会又设立了中国 热浸镀网，其挂靠单位为河北省冶金研究院，目前热浸镀专业委员会已同韩国 镀锌协会、欧洲镀锌协会、台湾地区镀锌协会、亚太地区热浸镀锌协会建立正 常的工作联系。国家“十五”发展规划计划到2 0 0 5 年中国热镀锌机组的设计能 力为3 4 0 万吨，而届时热镀锌板需求量将达4 5 0 - 4 8 0 万吨【4 】。中国热镀行业已 步入国际交流大舞台。 l ：1 3 含金化钢板的广泛采用 合金化热镀锌钢板是带钢通过含铝量为0 1 1 0 1 4 的锌浴进行热镀锌， 再经过加热处理后得到的1 5 j 。经过合金化处理的热镀锌板，其表面便失去了美 丽的锌花和光泽，而呈现出银白色或暗灰色的外观，镀锌层的韧性与处理前有 显著变化，可以进行较复杂的弯曲成型加工，也可以焊接成型。这种产品的焊 接性、涂着性、耐热性和耐腐蚀性都得到了明显改善 6 】。这种合金化热镀锌钢 板与其它镀锌层钢板相比有如下优点：( 1 ) 合金化热镀锌钢板与普通镀锌钢板( 如 热镀锌、电镀锌) 相比，更具有良好的焊接性和涂漆后防锈能力。( 2 ) 与z n - f e 或z n - n i 合金电镀钢板相比，合金化热镀锌钢板成本更为低廉【5 。 由于合金化镀锌板成本和质量的优越性，使其应用日益广泛，汽车，造船 等行业需求量很大，产量和质量不断提高。北美、西欧和日本一些国家和地区 的冶金工业和汽车制造业也大力开发和采用这种镀层板。而在我国，除把汽车 工业列为支柱产业后，预计到2 0 2 0 年中国将成为世界造船强国，这些趋势将导 致合金化钢板的应用前景十分广阔。 1 1 4 热镀锌技术的发展前景及趋势 2 0 世纪末，钢材热镀锌工艺在技术上和装备上取得了较大的发展，尤其是 汽车用镀锌板及更高耐蚀性的镀层配方有了突破【3 】。2 1 世纪，钢铁产品仍将是 人类社会最主要的不可替代的结构材料和产量最大、覆盖面最广的功能材料。 世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移 2 7 1 。随着世界钢铁资源的日益减少，寻找和研究、采用更好的钢铁防腐蚀镀层 材料必将成为一个开发热点。耐高温及耐蚀性等性能更优异的多元合金是热镀 锌合金的发展趋势p 0 1 3 q 。 2 0 世纪的后1 0 年，钢材的热镀锌技术和装备均取得了飞速发展。随着汽车 工业的发展，汽车面板开始用合金化镀锌板取代价格高、污染大的电镀锌板，从 而引起对钢合金化镀锌层结构性能的深入研究，并开发出能生产高质量合金化 镀锌板的工艺和装备。在合佥化镀锌板的开发和应用方面，以日本发展最快，日 本汽车界决定到2 0 0 5 年汽车用板全部用合金化镀锌板，取代现有的电镀锌合金 板【3 】。在锌液中添加少量镍以解决含硅钢结构件热镀锌层过厚及变黑问题已在 许多国家推广使用1 2 6 1 。 2 上海大学硕士学位论文 企业120 0 150 0 多家，主要科研单位有：北京钢铁研究总院、河北省冶金研究 院、上海钢铁研究所、宝钢研究院等。为了推进国内热镀行业的技术进步，促 进板、管、丝、结构件、零部件等行业间的横向交流，增加企业的市场竞争 力r ，由中国腐蚀与防护学会与河北省冶金研究院发起，自1 9 8 9 年在石家庄市召 开了全国首届热浸镀学术技术交流会，并先后在昆明、株洲、桂林、北海、上 海召开了2 - 6 届学术技术交流会，应国内热镀工作者的迫切要求，于2 0 0 0 年 1 2 月正式成立了中国腐蚀与防护学会热镀锌专业委员会，其挂靠单位为北京钢 铁研究总院。2 0 0 2 年5 月中国腐蚀与防护学会热浸镀专业委员会又设立了中国 热浸镀网，其挂靠单位为河北省冶金研究院，目前热浸镀专业委员会已同韩国 镀锌协会、欧洲镀锌协会、台湾地区镀锌协会、亚太地区热浸镀锌协会建立正 常的工作联系。国家“十五”发展规划计划到2 0 0 5 年中国热镀锌机组的设计能 力为3 4 0 万吨，而届耐热镀锌板需求量将达4 50 - 4 8 0 万吨1 4 j 。中国热镀行业已 步入国际交流大舞台。 1 ：1 3 合金化钢板的广泛采用 合金化热镀锌钢板是带钢通过含铝量为0 1 1 一0 1 4 的锌浴进行热镀锌， 再经过加热处理后得到的口j 。经过合金化处理的热镀锌板，其表面便失去了美 丽的锌花和光泽，而呈现出银白色或暗灰色的外观，镀锌层的韧性与处理前有 显著变化，可以进行较复杂的弯曲成型加工，也可以焊接成型。这种产品的焊 接性、涂着性、耐热性和耐腐蚀性都得到了明显改善i s 。这种合金化热镀锌钢 板与其它镀锌层钢板相比有如下优点：( 1 ) 合金化热镀锌钢板与普通镀锌钢板( 如 热镀锌、电镀锌) 相比，更具有良好的焊接性和涂漆后防锈能力。( 2 ) 与z n f e 或z n - n i 合金电镀钢板相比，合金化热镀锌钢板成本更为低廉口】。 由于台佥化镀锌板成本和质量的优越性，使其应用日益广泛，汽车，造船 等行业需求量很大，产量和质量不断提高。北美、西欧和日本一些国家和地区 的冶金工业和汽车制造业也大力开发和采用这种镀层板。而在我国，除把汽车 工业列为支柱产业后，预计到2 0 2 0 年中国将成为世界造船强国，这些趋势将导 致合金化钢板的应用前景十分广阔。 l 1 4 热镀锌技术的发展前景及趋势 2 0 世纪朱，钢材热镀锌工艺在技术上和装备上取得了较大的发展，尤其是 汽车用镀锌板及更高耐蚀性的镀层配方有了突破1 3 。2 1 世纪，钢铁产品仍将是 人类社会最主要的不可替代的结构材料和产量最大、覆盖面最广的功能材料。 世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移 瞄“。随着世界钢铁资源的日益减少，寻找和研究、呆用更好的钢铁防腐蚀镀层 材料必将成为一个开发热点。耐高温及耐蚀性等性能更优异的多元合金是热镀 锌合金的发展趋势j 3 1 | o 2 0 世纪的后1 0 年，钢材的热镀锌技术和装备均取得了飞速发展。随着汽车 工业的发展，汽车面板开始用合金化镀锌板取代价格高、污染大的电镀锌板，从 而引起对铜台金化镀锌层结构| 生能的深入研究，并开发出能生产高质量台佥化 镀锌板的工艺和装备。在合金化镀锌板的开发和应用方面，以日本发展最快，日 本汽车界决定到20 0 5 年汽车用板全部用台金化镀锌板，取代现有的电镀锌合金 板”j 。在锌液中添加少量镍以解决含硅钢结构件热镀锌层过厚及变黑问题已在 许多国家推广使用“o - 。 许多国家推广使用 x o l 。 2 上海大学硕士学位论文 i 1 5 课题的引入 鉴于上述原因，为了深入研究和追踪世界合金化工艺发展趋势，开发一套 热镀锌模拟实验装置成为当务之急。本着能覆盖现场热镀锌工艺和考虑适应热 镀锌工艺发展的需要，在上海大学与宝钢联合开发的热镀锌模拟实验装置的基 础上，本课题进行了合金化模式监控系统的研究工作，用于宝钢新产品的开 发，因此有着重大的应用价值。 1 2 本课题研究的背景及主要内容 本课题的研究内容是在试样进行热镀锌基础上，再进行合金化处理，从而 可以大大改善试样的抗腐蚀、抗酸碱等性能，为国民生产和冶金行业提供有价 值的参考依据。 鉴于在此之前已经研制有了热镀锌模拟实验装置的连续退火模式和热镀锌 模式，本课题的主要方向是在此套设备成果的基础上，利用现有条件，完成热 镀锌合金化模式的工作。 1 2 1 热镀锌模拟装置合金化模式需要解决的问题 目前，对于热镀锌模拟装置，国内对同类装置的开发十分有限。上海大学 与宝钢的此类装置在开发过程中，克服了高频感应对热电偶电路干扰等一系列 困难，并成功申请2 项国家专利，因此，此装置仍然处于国内较为先进的水 平。 随着热镀锌工艺的发展，特别合金化钢板的广泛使用，原先开发的热镀锌 模拟实验装置已经不能满足对于热镀锌工艺的发展需求，需要解决的问题主要 是： ( 1 ) 利用d e l p h i 7 0 开发上位机监控系统的合金化工作模式； ( 2 ) 完成合金化模式下y s l 70 可编程调节器的开发； ( 3 ) 开发模拟电路，以研究和掌握实际控制效果，从而避免实际投入风险； ( 4 ) 对高频感应加热装置的抗干扰原理进行分析，并提出改进措施； ( 5 ) 设计d c s 系统，从而实现热锌锌装置的网络化，并实现远程监控。 1 2 2 课题来源 宝山钢铁集团公司是我国钢铁工业的龙头，开发的新品种及其工艺水平， 以及钢铁年产量等均已达到世界先进水平，进入2 1 世纪以后，宝钢更是加强了 对新品种的开发和工艺的改善工作，并加大了对镀层钢材的研究力度。1 9 9 7 年 1 2 月，上海大学自动化学院与宝钢合作，联合开发了“热镀锌自动控制模拟实 验装置”在国内属于首创，填补了国内空白。 本课题来源于宝钢，所用的是上述的一套热镀锌模拟实验装置，在设计中 要重新开发完成基于d e l p h i 的上位机监控系统以及y s l 7 0 可编程调节器在合金 化模式下的开发以及其它工作，使该模拟装置可以满足合金化研究的目的。 1 3 内容安排 本论文主要有三大任务，一是完成上位机监控界面的开发，二是完成 y s l 70 可编程调节器在合金化模式下的程序开发，三是建立模拟实验电路，并 对热电偶测温电路中抗干扰措施作出分析并加以改进。 因此，本着由浅入深，由易到难，由外到内的原则，本文主要作了以下安 排： 首先介绍热镀锌原理及现状； 3 上海大学硕士学位论文 提出本课题的任务及研究内容； 在方案分析中，首先介绍本课题的实验原理和流程，然后分别从硬件和 软件角度对开发工具进行介绍； o y s l7 0 可编程调节器的开发及通信； 重点介绍d e l p h i7 0 开发上位机监控界面的开发； 提出调试中存在的问题，并提出解决方案，介绍自己的心得体会； 然后通过建立一个模拟电路用来研究感应加热过程，对热电偶测温电路 中抗干扰措施作出分析并加以改进； 最后提出了一个基于热镀锌模拟装置的d c s 系统，实现热镀锌的网络 化。 最后，对本课题进行工作总结，并展望未来可能的继续研究的方向及内 容。 4 上海大学硕士学位论文 第二章课题设计方案分析 2 1 方案设计 2 1 1 实验原理 该实验装置采用“保护气体还原法”热镀锌，即试样在非氧化性气氛( 氮 一氢) 中进行加热( 试样表面的氧化铁及铁锈被还原性气氛还原成纯铁) 。其 中，氮气作为保护气氛的基体。加热方式采用感应加热方式，就是在试样两侧 产生交变电流使试样内部产生交变电流生热。冷却方式为喷氮冷却。整个实验 过程经历的时间约为2 3 分钟，加热保温及冷却过程由智能可编程调节器控 制，各过程的衔接管理由上位计算机驱动伺服电机控制，并对整个实验及实验 数据实施监控管理。原理图如图2 1 所示，装置如图2 2 所示。 图2 1热镀锌模拟实验装置实验原理图 图2 - 2 热镀锌模拟实验装置图 2 1 i2 实验流程 本课题的主要任务之一是为这套实验装置设计和开发以上位机为主体的监 控系统。它主要分为两部分，一是编写y s l 7 0 可编程调节器的控制程序，使得 试样的加工工艺曲线和整个实验的流程能按用户的预设自动控制和进行；二是 编写上位机的监控、管理程序，使用户通过上位计算机的监控界面实现对实验 5 上海大学硕士学位论文 参数和进程进行设置，对试样工艺曲线和流程进行监控，并能保存实验数据为 数据库文件供远程用户分析、处理。 该监控系统拥有三种工作模式，分别为热镀锌模式、连续退火模式及合金 化模式，其中合金化模式是本次课题重点也是难点。“热镀锌合金化模式”能 自动完成加热保温、冷却、镀锌、二次加热保温、z - 次冷却五个过程，相应地 分成感应加热、喷氮冷却、锌锅和二次感应加热冷却四个运动区域，实验中试 样以“单片式”与试样杆连接。试样秆由丝杆及伺服电机带动，将试样送到指 定区域进行控制。 感应加热阶段：试样在感应加热区以一定的升温斜率被加热到指定温度， 并按要求保温一段时间。 喷氮冷却阶段：试样在冷却区按一定降温斜率进行冷却。冷却分为两段， 可以按不同的斜率进行冷却。 镀锌阶段：试样在锌锅中进行镀锌处理。 二次加热保温阶段：重新进行加热保温过程，但是升温斜率和保温时间略 有不同。 二次冷却阶段：同上，降温斜率也有不同。 由于整个实验过程很短( 约2 - 3 分钟) ，整个过程采用计算机闭环控制。 试样在加热保温、冷却、镀锌、二次加热保温、二次冷却过程中的参数都由用 户设置。通过通信模块对可编调节器进行设置，控制器按照用户设定的工艺曲 线控制实验流程。 下面的图2 - 3 为工艺曲线图，它在实时监控界面上可以动态显示试验进程 和数据，便于操作人员可以对进程进行管理。其中，连续退火模式是a - b - c - d 过程，热镀锌模式是a b c - d - e 过程，合金化模式是a b c d e f g h 过程。 红线部分代表合金化模式部分，可以清楚地看到它随着时间的运行情况，以便 可以使人直观地看见试样的温度变化情况。 o 图2 - 3 热镀锌模拟实验装置过程原理曲线 时间 2 2 系统设计原则 1 、可靠性原则：系统设计在以下几方面入手来提高系统的可靠性。 在设备选型采用工控机和y s l 7 0 可编程控制器，具有很强的抗环境干扰 和抗现场变异的能力，能在较恶劣的现场环境下长期稳定运行。 在功能设计上，将上位机与y s l 7 0 功能分开，y s l 7 0 进行现场控制，上 位机负责管理、监控。 在系统设计上，通讯通畅，不会发生故障。 6 上海大学硕士学位论文 2 、先进性原则：在满足用户要求的基础上，同时参照国内外的先进水 平，尽可能为用户提供成熟可靠，丰富实用、技术先进的系统。采用可满足用 户多方面需求的、用编程方式构成的过程控制结构，使用高可靠性的y s l 7 0 可 编程调节构成控制单元。采用目前流行的d e l p h i 语言开发出界面美观、功能强 大的上位机管理系统。同时在功能、陛能的再开发、再提高上留有很大余地。 3 、人机友好原则：画面操作简便，形象直观，具有中文显示，软件采用 模块化结构，使用方便。用户经短时间指导即可自行操作。 2 3 硬件组成 2 3 1 硬件设计 在硬件方面，适应现场恶劣工作环境以及可以稳定、可靠地运行。选择硬 件设备如下： 1 、热镀锌装置：采用宝钢集团的一套热镀锌模拟实验装置。 2 、感应加热设备：宝钢集团的一套水冷高频感应加热及其附属设备。 3 、控制器：选用日本横河公司的智能仪表y s l 7 0 单回路可编程调节器。该 可编程调节器具有两个独立回路，有多种控制方式供选择，且可通过r s - 4 8 5 与 上位机进行通信，主要用来对工艺中的加热和冷却段温度控制。 4 、计算机：选用康泰克公司的i p c 工控机作为上位机主机，具备防尘功 能，抗干扰能力强，适用于工业现场的恶劣环境，主要用来进行对流程的监控 和管理。 5 、通信口：2 个r s 一2 3 2 标准串行口，i c 一4 8 5 s 转换器。 6 、软件支持：w i n d o w s 操作系统，d e l p h i 7 0f o rw i n d o w s ，用户生成软 件包。 实验过程中要求实时地采样试样温度。由温度模块从控制器中读出，以数 据库的形式存储。在处理历史数据库时能进行参数显示，打印。实验过程中， 试样的高频感应加热、试样的冷却、气刀的打开等都是由可编程调节器y s l 7 0 完成。系统硬件结构图如图2 3 所示。 图2 4 系统硬件结构原理图 总体控制方案通过可编程调节器y s l 7 0 的p o l 语言编程及上位计算机的 d e l p h i 编程来实现。 7 上海大学硕士学位论文 2 3 2 主要技术指标 1 、控制要求：y s l 70 可编程调节器能根据手动和计算机预设的参数进行 自整定温度控制，控制精度在5 以内。 2 、串行通信：i p c 能与可编程控制器y s l 7 0 以9 6 0 0 b p s 进行通信，两者 间以半双工方式实现数据的相互传输。 3 、人机接口：w i n d o w s 操作系统下的友好界面，采用中文显示的菜单和 对话方式。 4 、实时数据存储和显示：能实时保存现场采样数据，并且保存的库文件 被e x c e l 和w o r d 所使用，以动态曲线的方式显示实时采样的数据。 5 、试样传动：能手动和计算机预设进行试样运动控制，传动速度0 0 3 m s ，定位精度+ 2 r a m 。 6 、安全性能：有异常报警和误操作报警功能，能随时控制实验的进程。 2 4 软件组成 2 4 1d e l p h i 7 0 开发环境 d e l p h i 是b o r l a n d 公司( i n p r is e 公司的前身) 推出的基于p a s c a i 编程语 言的、方便快捷的w i n d o w s 可视编程工具，目前它已成为与m i c r o s o f t 公司的 v is u a lb a s i c ( v b ) 、v is u a lc + + ( v c ) 等齐名的开发工具。 由于o e l p h i 既具有v c 的强大功能和高效性，同时又具备v b 编程的方便 性，因此使用d e l p h i 开发程序的用户的数量正迅速地增长【7 l 。d e i p h i 提供了 灵活的可视化设计工具，将可视化界面与面向对象技术完美、紧密地结合起 来，并封闭了w i n d o w s 编程的复杂性。它的优势之一是开发数据库应用程序。 在这方面，它不仅提供了大量的数据组件，并配有数据库引擎b i ) e ，能通过s q l l i n k s 和0 d b c 等访问多种数据库，同时提供了强大的开发网络数据库的能力。 d e l p h i 的基础语言是对象( 0 b j e c t ) p a s c a l 。对象p a s c a l 是一种强类型语言， 与其它语言相比，它提供了一个快速的编译环境，优化的编译模式在很大程序 上提高了代码质量。自从d e l p h i l o 推出以来，相继出现了d e l p h i 2 0 、3 0 、 4 ，0 、5 。0 、6 0 和7 0 版本。各版本虽然向后兼容，但随着版本的提高，在许 多方面都作了改进。2 0 0 2 年8 月推出的d e l p h i7 0 是d e l p m 的最新版本 ”。 2 4 2d e l p h i 开发环境综述 面向对象程序设计 面向对象程序设计( 0 b j e c t - 0 r i e n t e dp r o g r a r a m i n g ，0 0 p ) 是d e l p h i 开发 程序的基础。它将人们认识世界过程中普遍采用的思维方法应用到程序设计 中。面向对象的程序设计涉及到对象、封装、类、继承和多态等几个基本概 念。 对象 对象是现实世界中存在的事物，它们可以是有形的，也可以是无形的。对 象是构成现实世界的一个独立单位，人们对世界的认识就是从分析对象的特征 入手的。 类 类是具有共同性质的事物的集合。在面向对象的程序设计中，类是一个独 立的程序单位，它有一个名字( 类名) ，其内部包括成员变量，用于描述对象 的属性；还包括类的成员方法，用于描述对象的行为。 类对象 8 上海大学硕士学位论文 类对象是类的实例化。类是一个抽象的概念，用类的方式来解决问题就必 须用类创建一个实例的类对象，然后通过类对象去访问类的成员变量和调用类 的成员方法。一个类对象可以创建任意多个类对象，它们具有相同的属性模 式，但可以具有不同的属性值。 可视化组件库v c l d e l p h i 的系统库称为v is u a lc o m p o n e n tl i b r a r y ( 可视化组件库，简称为 v c l ) 。利用d e l p m 的可视化组件库，用户只需通过很少的编程就能够创建出 复杂的应用程序。 d e l p h i 的组件 d e l p h i 的v c l 中提供了大量的组件，每个组件就是一个类，正是由于这些 组件的存在，才使得d e l p h i 成为一个方便快捷的应用程序开发工具。 d e l p h i 的组件按照分类以标签页的形式在d e l p h i 窗体上的组件面板中出 现，这些标签页在d e l p h i 窗体上的顺序和编号根据d e l p h i 的版本和种类以及 安装的选项和附加组件的不同而有所不同。如果已经使用菜单 t 0 0 1 e n v i r o n m e n to p t i o n s 设置了组件面板，那么顺序可能有所不同。 利用组件编程实际上是非常容易的，就是根据需要将按钮、文本编辑框、 组合框这样的对象放在窗体中，修改这些组件的属性以及对它们将触发的一些 消息进行处理。实际上，窗体也是一个组件，它作为容器可以容纳其它的组件 对象。我们在开发d e l p h i 应用程序时，主要是花大量的时间来插入和修改可视 化组件对象。 我们可以在d e l p h i 对象观察器( o b j e c ti n s p e c t o r ) 或在程序代码中通过对 组件对象的属性、方法和事件进行操作来开发应用程序。 当用户对组件进行某些操作时，如单击它，或系统中某些事情发生时，组 件就会产生一个事件。从理论上讲，事件是向窗体发送消息的结果，并用该窗 体( 或相应组件) 可以响应该消息。从技术上讲，尽管事件与消息可能不一一 对应的，但大多数的b e l p h i 事件都是在牧到相应的w i n d o w s 消息后被触发的 d e l p h i 事件的级别比w i n d o w s 消息的级别要高。 2 4 3d e l p h i 7 0 集成开发环境 运行d e l p h i7 0 的集成开发环境( 简称i d e ) ，如图2 - 5 所示。 主窗口 图2 5d e l o h i 7o 的l d e 9 上海大学硕士学位论文 主窗口位于整个开发环境的顶部，它是开发环境的核心，开发环境中其它 几个部分都受主窗口的控制和管理。从上往下依次为：标题栏、菜单栏、快捷 工具栏和组件面板。 标题栏在主窗口的顶端，它显示了当前的工程名。如果d e lp h i 处于激活状 态，标题栏的颜色为蓝色。d e l p h i 的绝大部分操作命令都可以通过菜单上的相 应菜单项实现，d e l p h i 的菜单栏在形式上与w i n d o w s 应用程序菜单栏具有共 性。 窗体设计器 窗体是将来在应用程序中显示的界面。窗体设计器的初始状态是一个空白的 窗体。在程序设计阶段，通过向窗体中添加组件以及调整窗体与窗体中组件的 大小、位置等来完成窗体的设计。可以用鼠标调整组件在窗体设计器上的位置 和大小，还可以用对象观察器和代码编辑器来控制组件的外观和行为。应月程 序的实现正是事件的形式将窗体及其中的组件的属性与程序代码结合起来的过 程。 。 代码编辑器 代码编辑器又称作单元窗口，用于显示单元文件，是编写程序代码的地 方。d e l p h i 中的每个窗体都对应着一个单元文件，反之则不然，有的单元文件 只包含程序代码而不对应任何窗体。在窗体设计器中对窗体及其组件进行操作 时，d e l p h i 的i d e 会在其对应的单元文件中自动加入相应的o b j e c tp a s c a l 源 代码。 对象观察器 对象观察器的功能是实现对象( 尤其是组件) 的属性设置创建事件处理过 程并进行管理。它是应用程序设计过程中最重要的一个工具。正是由于它椿生 动友好的可视化窗户体与原本枯燥无味的程序代码联系到了一起，使得 w i n d o w s 应用程序开发变得如此轻松。 对象树浏览器 对象树浏览器位于i d e 的左侧，对象树浏览器中以树状图的形式显示在一 个f o r m 、d a t am o d u l 或f r a m e 上的可视组件和非可视组件之间的逻辑关系。 工程管理器 选择v i e w 菜单的第一项就可以打开工程管理器( p r o j e c tm a n a g e r ) 。 d e l p h i7 0 的工程管理器通过工程组进行管理，其中列出了反映各工程之间联 系的树状表，使我们可以很直观地找到各工程之间的联系，方便地将相互联系 的工程中共同使用的动态链接库文件与可执行文件组织在一起。 d e l p h i 的一个工程包含的最主要文件有：单元文件、窗体文件和工程文 件，而单元文件则是这三个中最重要，也是最常用的单元文件。 一个标准的单元文件格式如下： u n i tu n i t l ： i n t e r f a c e u s e s i m p l e m e n t a t i o n u s es i n i t i a l i z a t i o n | 单元头 ，单元列表 接口部分 单元列表 实现部分 1 0 上海大学硕士学位论文 f i i l a l i z a t i e l l e n d 2 4 4d e l p h i 开发环境的特点 初始化部分 结菜部分 d e i p h i 语言主要有以下特点： 构件的可重用性和可扩展性。开发人员使用d e l p h i 后，不必再对诸如标 签、按键及对话框等w i n d o w s 常用的构件进行编程。在w i n d o w s 中，不同的应 用程序之间会多次出现同一对象，c h o o s ef i l e 和s a v ef i l e 对话框就是直接 在d e i p h i 中进行构件重复使用的例证。d e l p h i 包括这些及更多的可重复使用 的构件。允许用户控制w i n d o w s 开发效果。d e l p h i 允许用户自定义这些构件， 以所需要的工作方式工作。 v b x 支持。d e i p h i 支持将封装的v b x 对象直接装入c o m p o n e n t 调色板中， 从而可以很容易地利用这些对象和工具。 应用程序及窗体样板。d e i p h i 提供预先建立的窗体和应用程序样板，可 以很快用于整个实际应用程序开发中。大量的公用对话框也包括其中。 可自定义开发环境。c o m p o n e n t 调色板、c o d ee d i t o t ，应用程序样板和 窗体样板都是一些d e l p h i 完全可以自定义的领域。 编译程序。w i n d o w s 的其它可视开发环境自称“编译”程序，而一般只是 编译部分程序，再链接解释程序和预定义代码，形成可执行文件。这种工作模 式，使得许多程序员由于这种结构而陷入开发困境。而d e l p h i 生成完全编译的 可执行程序，没有解释程序和预定义代码，这使得d e i p h i 程序比任何第三代语 言都快，并且是世界上最快捷的数据库开发工具。d e l p h i 可以把简单的d e i p h i 程序装载中单个执行文件中，而不需要其它环境所要求的附加d l l s 。 i 强大的数据存取功能。d e l p h i 中已建立的数据处理工具是b o r l a n d d a t a b a s ee n g i n e ( b d e ) 。b d e 经历几代发展已经相当成熟。首先是众所周知的 o d a p i ，现在b d b 是一个标准的中介软件层，可以用处理当前的所有流行的数据 格式。b d e 是透明客户机服务机处理的关键，可链接所有主要的客户机a t 务 机的开发商产品，如s y b a s es q ls e r v e 、m i c r o s o f ts q ls e r v e r 、o r a c l e 和 b o r i a n d 的i n t e r b a s e 与m i c r o s o f t 的o d b c 相比，b d e 的主要优势在于通过与 目标数据库的格式紧密链接，提高基本陛能。 开发一个d e l p h i 应用软件，第一步是先计划一下用户将看到的内容，换言 之，就是设计屏幕。例如，需要什么样的菜单，应用软件所用窗口该有多大， 要有多少个窗口，用户要单击以激活应用软件