基于MCGS的水位監(jiān)控系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

李玉蘭，趙崧程，崔守娟

（鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

在日常生活中，常需要對容器中的液位（水位）進(jìn)行自動(dòng)控制，如自動(dòng)控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器的蓄水量，抽水馬桶自動(dòng)補(bǔ)水、電開水機(jī)自動(dòng)進(jìn)水等。雖然水位控制的技術(shù)要求和精度不同，但基本控制原理都為反饋控制方式，如圖1所示。控制方式的主要區(qū)別是檢測液位方式、反饋形式和控制器。

圖1 液位（水位）自動(dòng)控制原理Figure 1 Principle of automatic control of liquid level（water level）

超聲波、激光紅外測距、機(jī)械浮子、壓力傳感器測距等工程應(yīng)用的液位測量用方法，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場合和要求進(jìn)行選擇。隨著科技的迅猛發(fā)展，液位測量技術(shù)趨于智能化、微型化、可視化。為更好地節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)對水位的智能化控制，選用MCGS組態(tài)軟件對水箱的水位控制進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)水位的滿、低水位控制。

1 MCGS組態(tài)軟件

MCGS組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp 等操作系統(tǒng)。 這個(gè)組態(tài)軟件有3個(gè)版本，分別是嵌入版、網(wǎng)絡(luò)版、通用版。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是嵌入版。

2 水位監(jiān)控系統(tǒng)的組成

通過動(dòng)畫制作、控制流程編寫、模擬設(shè)備連接等組態(tài)操作來組成水位控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)。水位控制需要采集的數(shù)據(jù)包括2個(gè)模擬數(shù)據(jù)和3個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，具體如表1所示。

表1 采集數(shù)據(jù)Table 1 Data collecting

3 水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 新建工程和建窗口

通過建立5個(gè)窗口來完成仿真，分別為主窗口、水位控制、報(bào)警、曲線和報(bào)表。點(diǎn)擊MCGS組態(tài)環(huán)境進(jìn)入MCGS組態(tài)平臺(tái)，點(diǎn)擊“文件”，選中“新建工程”，確認(rèn)，如圖2所示。點(diǎn)擊“用戶窗口”圖標(biāo)，選中“窗口0”，單擊“屬性”進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”對話框，如圖3所示。

在基礎(chǔ)屬性中將窗口名稱改為“水位控制＂；在＂窗口位置”選中“最大化顯示”；點(diǎn)擊“水位控制”，選中“動(dòng)畫組態(tài)”進(jìn)入“動(dòng)畫制作”窗口，使用模擬設(shè)備進(jìn)行連接，動(dòng)畫就可以自動(dòng)運(yùn)行。窗口界面如圖4所示。

3.2 定義數(shù)據(jù)對象

單擊MCGS組態(tài)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口選擇 “新增對象”按鈕，在數(shù)據(jù)對象列表中增加新數(shù)據(jù)對象。定義后的數(shù)據(jù)對象如圖5所示。

3.3 建立動(dòng)畫和動(dòng)畫連接

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求建立與其相關(guān)的仿真畫面。為實(shí)現(xiàn)仿真效果，需要對每一個(gè)圖形和管道進(jìn)行動(dòng)畫連接。動(dòng)畫連接建立完成后，系統(tǒng)會(huì)按照動(dòng)畫連接的要求圖形進(jìn)行對象變化。建好的主畫面如圖6所示。

圖2 新建工程窗口Figure 2 New project window

圖3 用戶窗口屬性Figure 3 User window properties

圖4 窗口界面Figure 4 Windows interface

圖5 數(shù)據(jù)名稱及數(shù)據(jù)類型Figure 5 Data name and data type

圖6 水位控制界面Figure 6 Water level control interface

3.4 腳本程序編輯

部分命令語言如下：

IF急停＝1THEN

水泵＝0

調(diào)節(jié)閥＝0

出水閥＝0

運(yùn)行方式＝0

ELSE

IF運(yùn)行方式＝1THEN

出水閥＝1

IF液位2＜液位2下限THEN

調(diào)節(jié)閥＝1

ENDIF

IF液位2＞液位2上限THEN

調(diào)節(jié)閥＝0

ENDIF

IF液位1＜液位1下限THEN

水泵＝1

ENDIF

IF液位1＞液位1上限THEN

水錄＝0

ENDIF……

3.5 系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)命令語言編輯完成后，建立報(bào)警顯示、報(bào)警數(shù)據(jù)、報(bào)表網(wǎng)格和趨勢曲線圖，按照要求完成設(shè)置并保存。點(diǎn)擊下載工程按鈕進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境圖標(biāo)，在下載配置窗口點(diǎn)擊工程下載，下載完成后進(jìn)行工程運(yùn)行。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可通過點(diǎn)擊啟動(dòng)打開水泵，水泵的水流入水罐1，當(dāng)水罐1的達(dá)水位達(dá)到上限時(shí)，水泵關(guān)閉；調(diào)節(jié)閥開啟，水罐1的水減少，流入水罐2的水不斷增加；到達(dá)水位上限后，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，出水閥打開。系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖7所示

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行原理Figure 7 System operation principles

點(diǎn)擊曲線按鈕進(jìn)入曲線窗口，Y軸顯示水位，X軸顯示時(shí)間。曲線分為實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線兩部分。實(shí)時(shí)曲線是不可回調(diào)的。如果需要查看某一段時(shí)間的水位數(shù)值，需要用到歷史曲線，可以將歷史曲線回調(diào)，調(diào)到想要的時(shí)間段，查看數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化趨勢。

點(diǎn)擊報(bào)表按鈕進(jìn)入報(bào)表窗口（見圖8），圖標(biāo)顯示數(shù)值。與曲線相同，報(bào)表也有實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表2種，實(shí)時(shí)不可調(diào)而歷史可調(diào)。

運(yùn)行界面顯示液位報(bào)警時(shí)，按下“報(bào)警”按鈕進(jìn)入報(bào)警窗口，顯示報(bào)警數(shù)據(jù)。報(bào)警內(nèi)容分別是水罐1的液位和水罐2的液位，報(bào)警描述是水罐沒水。遠(yuǎn)距離傳送高低水位上下限的報(bào)警，對相應(yīng)的水泵電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)控制。

圖8 數(shù)據(jù)報(bào)表圖Figure 8 Data report diagram

4 結(jié)語

通過使用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件對水位監(jiān)控進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警信號(hào)、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表查詢和趨勢曲線等功能。監(jiān)控過程的可視化操作，帶來良好的可維護(hù)性和運(yùn)行安全性，且效率極高。