基于MCGS的現(xiàn)場(chǎng)控制站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙亞麗

(承德石油高等?？茖W(xué)校 工業(yè)技術(shù)中心，河北 承德 067000)

在高職高專院校中開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)是不斷提高學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的有效教學(xué)手段，也完善了人才培養(yǎng)模式[1]。目前，大多數(shù)高職高專院校普遍開設(shè)DCS實(shí)訓(xùn)課程，有條件的院校都配備了一定的半實(shí)物或?qū)嵨锓抡嬖O(shè)備。學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中主要以熟悉工藝過程，了解控制功能和實(shí)際操作等為學(xué)習(xí)目標(biāo)。初次接觸實(shí)物設(shè)備往往給學(xué)生一種“復(fù)雜、難懂”的直觀感覺。以原油加氫半實(shí)物仿真裝置為控制對(duì)象，使用MCGS軟件設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)控制站監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能直觀、全面的展示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接情況和工藝流程，還能完成對(duì)設(shè)備的整體監(jiān)控。借助該監(jiān)控系統(tǒng)，不僅有效的降低了學(xué)生學(xué)習(xí)門檻，提高了學(xué)習(xí)興趣，還有助于提高教學(xué)質(zhì)量。

1 MCGS組態(tài)軟件介紹

目前，工廠車間普遍采用上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行車間管理。在高校教學(xué)中，也把監(jiān)控組態(tài)軟件作為專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。市場(chǎng)上的監(jiān)控軟件種類有近百種之多，以國(guó)外品牌居多，如iFix、WinCC、Citect等[2]。國(guó)產(chǎn)軟件在實(shí)際工業(yè)過程中運(yùn)行比較可靠的包括有北京昆侖通態(tài)的MCGS、北京亞控的組態(tài)王、大慶三維公司的力控等。主要以北京昆侖通態(tài)的MCGS嵌入版對(duì)DCS控制站進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。

MCGS嵌入版組態(tài)軟件主要由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分組成。MCGS嵌入版組態(tài)軟件得好處是為用戶提供了良好的平臺(tái)來解決實(shí)際問題，例如完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，歷史數(shù)據(jù)的處理，動(dòng)畫制作以及顯示，報(bào)警機(jī)制和報(bào)表輸出企業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能。軟件操作界面簡(jiǎn)單靈活并且可視化；實(shí)時(shí)性較強(qiáng)并且處理功能強(qiáng)大；較為生動(dòng)形象并且豐富的動(dòng)態(tài)畫面；擁有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持以太網(wǎng)TCP/IP通信、串口通信、Modem通信等；自建文件的系統(tǒng)可以有效地管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提高了系統(tǒng)可得靠性；

MCGS嵌入版組態(tài)軟件的用戶應(yīng)用系統(tǒng)主要由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分組成[3]，如圖1所示。

2 控制站工藝流程及裝置

整個(gè)工藝主要包括反應(yīng)系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)：

1)反應(yīng)系統(tǒng)

來自界外的原料油經(jīng)原料油緩沖罐經(jīng)換熱器，加熱爐與氫氣混合之后分別進(jìn)入加氫反應(yīng)器，裂化反應(yīng)器。反應(yīng)產(chǎn)物通過熱高壓分離器進(jìn)行氣體和液體的分離。冷高壓分離器產(chǎn)生的頂部氣體進(jìn)入循環(huán)氫分液罐，由循環(huán)機(jī)循環(huán)。其液體進(jìn)入冷低壓分離器，污水排至界外。反應(yīng)系統(tǒng)的流程框圖如圖2所示。

2)分餾系統(tǒng)

從低分油緩沖罐來的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)柴油/低分油換熱器進(jìn)入脫氣塔，主要反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)柴油/分餾換熱器進(jìn)入分餾塔進(jìn)料爐，之后進(jìn)入分餾塔進(jìn)行分餾。分餾塔出來的產(chǎn)物主要有兩個(gè)方向，一部分是經(jīng)分餾塔頂回流罐將干氣和石腦油排至界外，另一部分是經(jīng)過換熱器最終變成柴油至界外。分餾系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

3 基于MCGS現(xiàn)場(chǎng)站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目系統(tǒng)分析

整個(gè)半實(shí)物仿真裝置包括原料預(yù)處理系統(tǒng)、工業(yè)加氫系統(tǒng)、工業(yè)高壓注水模擬系統(tǒng)、工業(yè)循環(huán)氫模擬系統(tǒng)、工業(yè)高分模擬系統(tǒng)、工業(yè)低分模擬系統(tǒng)、工業(yè)脫氣模擬系統(tǒng)、工業(yè)分餾模擬系統(tǒng)這8個(gè)部分。依次將它們分配到8個(gè)站中，每個(gè)站具有不同的工藝過程。這些工藝流程的特征需要依次設(shè)計(jì)，并對(duì)畫面的動(dòng)態(tài)顯示方式做出調(diào)整。

3.2 建立項(xiàng)目工程

整個(gè)工藝流程被分成8個(gè)系統(tǒng)依次被分配到8個(gè)站當(dāng)中，以其中一個(gè)原料預(yù)處理系統(tǒng)的工程建立為例，其他各站的設(shè)計(jì)過程類似。打開軟件，新建窗口，分別命名為原料預(yù)處理、閥門控制、流量曲線以及液位曲線等所需的用戶窗口。用戶窗口如圖4所示。

原料預(yù)處理用戶窗口的設(shè)計(jì)：選擇新建窗口的按鈕或者是插入菜單中的用戶窗口命令就可以創(chuàng)建一個(gè)新的用戶窗口，可以根據(jù)自身的需要設(shè)置用戶窗口的屬性。

原料預(yù)處理用戶窗口的畫面制作：打開用戶窗口，工藝流程需要的泵、罐、管道、換熱器等可在工具箱中(插入元件)進(jìn)行選擇，采用管道控件對(duì)設(shè)備進(jìn)行連接。該站監(jiān)控界面如圖5所示。

3.3 定義數(shù)據(jù)對(duì)象

選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的窗口，選擇新添對(duì)象按鈕來添加所需要的數(shù)據(jù)變量，分別添加變量進(jìn)行屬性設(shè)置。然后鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口，選擇新增對(duì)象按鈕，就可以從變量表中添加所需變量以及進(jìn)行對(duì)象屬性的設(shè)置。

3.4 動(dòng)畫的連接

以上的步驟完成之后，我們還需要把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量與對(duì)應(yīng)的圖相連接起來才能使畫面動(dòng)作起來。開關(guān)類型的構(gòu)件例如總控制的啟停、泵的啟停以及運(yùn)行模式的選擇，需要依次設(shè)置它們的基本屬性、操作屬性?；緦傩岳锩姘ㄎ谋久Q、文本顏色、對(duì)齊方式、文字效果等。操作屬性包括抬起功能、按下功能以及對(duì)應(yīng)的變量連接。我們根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的選項(xiàng)即可。圖6是設(shè)計(jì)過程中的變量屬性設(shè)置界面。

3.5 報(bào)警設(shè)置

進(jìn)入報(bào)警窗口后可以選擇工具箱中的報(bào)警顯示按鈕以及報(bào)警瀏覽按鈕，分別制作流量以及液位的報(bào)警信息?？梢詫⒘髁亢鸵何唤M合成組對(duì)象一起顯示，之后可以設(shè)置報(bào)警的顏色以及字體等。圖7為報(bào)警顯示的界面。

3.6 實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線

實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的主要作用是通過曲線的變化來分析數(shù)據(jù)的變化，這樣更加直觀。可以說對(duì)曲線的觀測(cè)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

實(shí)時(shí)曲線的制作主要是進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線窗口選擇好合適的背景顏色之后，選擇工具箱當(dāng)中的實(shí)時(shí)曲線按鈕，將安放在合適的位置并進(jìn)行相關(guān)的屬性設(shè)置。包括時(shí)間格式、時(shí)間單位、曲線的形狀以及顏色的設(shè)置等。

歷史曲線的制作是進(jìn)入歷史曲線窗口選擇合適的背景色之后，選擇工具箱中的歷史曲線按鈕按，將曲線安放在合適的位置并進(jìn)行相關(guān)的屬性設(shè)置。包括時(shí)間格式、時(shí)間單位、曲線的形狀以及顏色的設(shè)置等。

4 結(jié)論

依據(jù)DCS實(shí)訓(xùn)室原油加氫半實(shí)物仿真裝置設(shè)計(jì)開發(fā)了基于MCGS組態(tài)軟件的現(xiàn)場(chǎng)控制站監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可清晰直觀的為學(xué)生展示該站的設(shè)備及工藝流程，同時(shí)易于操作。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)的使用，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高起到了一定的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 路澤永,趙亞麗.一種基于PID電加熱溫度控制實(shí)訓(xùn)裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)[J].承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2014(1):18-21.

[2] 關(guān)勁松.監(jiān)控組態(tài)軟件的相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].電子測(cè)試,2017(10):64-65.

[3] 孫式運(yùn),楊清志.MCGS組態(tài)控制技術(shù)在PLC項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用[J].遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào),2017,10(5):43-45.