王林艷+柳亞平

【摘要】本文介紹了基于工控組態(tài)軟件MCGS的加熱反應(yīng)爐上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)構(gòu)成、MCGS組態(tài)過程以及模擬監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，并分析了在運(yùn)用MCGS對加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)時(shí)需注意的一些問題。該系統(tǒng)具有界面友好、運(yùn)行穩(wěn)定、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在提高上位機(jī)實(shí)時(shí)可靠的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面具有一定的參考價(jià)值，對廣大業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】MCGS；反應(yīng)爐；模擬監(jiān)控

MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，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)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。

本文介紹了基于工控組態(tài)軟件MCGS的加熱反應(yīng)爐上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)構(gòu)成、MCGS組態(tài)過程以及模擬監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，并分析了在運(yùn)用MCGS對加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)時(shí)需注意的一些問題。

一、系統(tǒng)控制要求

系統(tǒng)主要包括啟動(dòng)和停止兩個(gè)控制按鈕，兩者信號(hào)總相反。按啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)運(yùn)行；按停止按鈕后，系統(tǒng)停止。包括3個(gè)階段，各階段控制流程如下：

階段0：送料控制。

檢測上液面、爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)壓力是否都小于給定值。若是，則開啟排氣閥和進(jìn)料閥；當(dāng)液位上升到上液面時(shí)，應(yīng)關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥；延時(shí)5s，開啟氮?dú)忾y，氮?dú)膺M(jìn)入反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升；當(dāng)壓力上升到給定值時(shí)，關(guān)斷氮?dú)忾y，送料結(jié)束。延時(shí)10秒，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)階段。

階段1：加熱反應(yīng)控制。

接通加熱爐電源；當(dāng)溫度升到給定值時(shí)，切斷加熱電源，加熱過程結(jié)束。延時(shí)10秒，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)階段。

階段2：泄放控制。

打開排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力降到給定值以下；打開瀉放閥，當(dāng)爐內(nèi)溶液降到下液面以下，關(guān)閉瀉放閥和排氣閥。延時(shí)10秒，系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。監(jiān)控界面如圖1所示。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

本加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)C構(gòu)成。上位機(jī)采用WINXP操作系統(tǒng)和MCGS5.5組態(tài)軟件，1個(gè)用戶窗口，包括加熱裝置、閥門、儀表裝置、傳感器裝置與控制按鈕；3個(gè)策略，包括啟動(dòng)策略、退出策略與循環(huán)策略。上位機(jī)通過編寫腳本程序可實(shí)現(xiàn)模擬控制。

下位機(jī)采用三菱FX2N-64MR型PLC對加熱反應(yīng)爐進(jìn)行控制。傳感器檢測的信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換送PLC進(jìn)行控制。

三、MCGS組態(tài)過程

MCGS在加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)中的組態(tài)過程主要包括畫面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)對象定義與動(dòng)畫連接三個(gè)部分。

1、畫面設(shè)計(jì)

首先新建窗口，并將窗口名稱設(shè)為“加熱反應(yīng)爐控制”，窗口標(biāo)題設(shè)為“加熱反應(yīng)爐控制”。其次，制作文字框圖，在監(jiān)控界面頂端編輯文字“加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)”。再次，選取構(gòu)件。在“對象元件列表”中選取反應(yīng)器、閥門、溫度傳感器、壓力傳感器、溫度計(jì)、壓力計(jì)、指示燈等構(gòu)件。另外，在畫面中還需插入流動(dòng)快和按鈕。最后，繪制電阻絲和液面?zhèn)鞲衅鳌?/p>

2、數(shù)據(jù)對象的定義

加熱反應(yīng)爐監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對象包括：下液面、爐內(nèi)溫度、上液面和爐內(nèi)壓力是否超過給定值4個(gè)輸入開關(guān)量X1、X2、X3、X4，正常為“0”，異常為“1”；排氣閥、進(jìn)料閥、氮?dú)忾y、泄放閥和加熱器是否打開5個(gè)輸出開關(guān)量Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，打開為“0”，關(guān)閉為“1”；2個(gè)定時(shí)器0和定時(shí)器1，4個(gè)數(shù)值型變量爐內(nèi)水、溫度、壓力和系統(tǒng)所處的運(yùn)行階段。具體數(shù)據(jù)對象如下圖2所示。

3、動(dòng)畫連接

動(dòng)畫設(shè)置包括按鈕的動(dòng)畫設(shè)置、構(gòu)件的動(dòng)畫設(shè)置。按鈕有啟動(dòng)SB1啟動(dòng)和SB2停止。在SB1和SB2按鈕的“腳本程序”標(biāo)簽頁，分別輸入“SB1=1、SB2=0”和“SB2=1、SB1=0”；構(gòu)件包括4個(gè)閥門的打開或關(guān)閉狀態(tài)表示、傳感器是否超過設(shè)定值的動(dòng)畫變化、電阻絲加熱狀態(tài)的動(dòng)畫表示、反應(yīng)爐水位變化及管道流動(dòng)變化動(dòng)畫設(shè)置以及溫度計(jì)和壓力表動(dòng)畫屬性設(shè)置五個(gè)方面。溫度傳感器的動(dòng)畫設(shè)置如圖3所示。

四、模擬監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

在模擬監(jiān)控實(shí)現(xiàn)過程中，主要是定時(shí)器的設(shè)置和腳本程序的編寫。鑒于穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)控制原因，在本上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各階段流程之間都加入了10s的延遲，而在某些階段中也有一定的延遲，所以我們設(shè)置了兩個(gè)定時(shí)器，如圖4所示，定時(shí)器0和定時(shí)器1，定時(shí)器0為階段間的定時(shí)器，定時(shí)器1為階段內(nèi)的定時(shí)器，具體參數(shù)設(shè)置如圖5所示。