MCGS 在自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用與研究

汪禮 胡娟

（黃山學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山 245041）

0 引言

目前，可編程邏輯控制器（PLC）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS），是目前國內(nèi)外普遍采用的先進(jìn)的手段。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)以及檢測控制一些重要參數(shù)是必不可少的。過去一般在生產(chǎn)現(xiàn)場布置多種數(shù)字顯示儀表，用以檢測監(jiān)控現(xiàn)場參數(shù)。隨著先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，如今多采用計(jì)算機(jī)檢測多組實(shí)時(shí)趨勢畫面，添加聲光報(bào)警畫面，還能保存過去的歷史曲線用以對比分析。實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)功能的同時(shí)很大程度上縮減了儀表設(shè)備成本。因此實(shí)現(xiàn)其人機(jī)接口功能工業(yè)控制組態(tài)軟件是教師和學(xué)生面向工程自動(dòng)監(jiān)控過程進(jìn)行設(shè)計(jì)組態(tài)及工程實(shí)施的實(shí)踐平臺(tái)，可與各類先進(jìn)的自控設(shè)備配合應(yīng)用。

對于大三下學(xué)期的自動(dòng)化學(xué)生而言，學(xué)生已具備基本的軟件編程技能基礎(chǔ)，加上檢測技術(shù)與自動(dòng)化儀表、可編程控制器、過程控制工程等課程也可為組態(tài)軟件的工程建立形成系統(tǒng)性工程概念，為其控制方案提供理論基礎(chǔ)。因此，基于MCGS組態(tài)軟件，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用能力以及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)應(yīng)用能力。

1 MCGS組態(tài)軟件簡介

基于Windows平臺(tái)的MCGS（Monitor and Control Generated System）是用以便捷直觀搭建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一種組態(tài)軟件，由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分構(gòu)成。用戶首先需要在組態(tài)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)搭建組態(tài)工程，然后在運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行各種處理，包括“動(dòng)畫顯示”“現(xiàn)場控制”“報(bào)警”等操作，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。這兩部分的關(guān)系如圖1所示。

如圖2所示，建立MCGS組態(tài)工程一般包含五個(gè)部分：主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略，其功能各不相同。

圖2 MCGS軟件的五大組成部分

2 實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)

首先，教師在設(shè)計(jì)內(nèi)容選擇上要結(jié)合具體的生產(chǎn)實(shí)際，題目要有一定的實(shí)際意義，做到理論聯(lián)系實(shí)際。其次，設(shè)計(jì)過程中教師應(yīng)給與一定的思路指導(dǎo)，學(xué)生也可以查閱資料完成相關(guān)設(shè)計(jì)。熱水加熱監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)案例如下：

主要設(shè)備：進(jìn)水閥、加熱爐、高液位傳感器、溫度傳感器、低液位傳感器、出水閥以及溫度指示燈。

控制要求：按啟動(dòng)按鈕后，進(jìn)水閥打開進(jìn)水，當(dāng)液位到達(dá)10米后停止進(jìn)水，加熱爐開始加熱。當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，停止加熱，保持15秒，然后出水閥打開，排空熱水，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。按停止按鈕后立即停止。

2.1 定義數(shù)據(jù)類型

開關(guān)型：啟動(dòng)、暫停、進(jìn)水閥、出水閥、加熱爐到達(dá)設(shè)定溫度、溫度傳感器、最高液位傳感器、最低液位傳感器。

數(shù)組型：溫度、設(shè)定溫度、液位、最高液位、最低液位。

2.2 制作畫面插入元件

加熱爐（反應(yīng)器），輸入設(shè)定溫度（輸入框），溫度指示燈（指示燈），溫度指示（儀表），進(jìn)水閥（閥門），出水閥（閥門），進(jìn)水管道（流動(dòng)塊）。

出水管道（流動(dòng)塊），啟動(dòng)按鈕（按鈕），停止按鈕（按鈕），加熱標(biāo)志（標(biāo)志），溫度傳感器（傳感器），高液位傳感器（傳感器），低液位傳感器（傳感器）。

2.3 動(dòng)畫連接

啟動(dòng)按鈕、停止按鈕分別連接到“啟動(dòng)”“暫?！?，并定義操作屬性“按下置1”；

輸入設(shè)定溫度連接到“設(shè)定溫度”；

溫度指示燈設(shè)置可見度連接到“到達(dá)設(shè)定溫度”；

溫度指示設(shè)置大小變化連接到“溫度”；

加熱標(biāo)志設(shè)置可見度為“加熱爐=1”；

進(jìn)、出水管道分別設(shè)置流動(dòng)屬性“進(jìn)水閥=1”“出水閥=1”；

出水閥設(shè)置按鈕輸入連接到“出水閥”。

2.4 腳本程序

定時(shí)器設(shè)定值=15s

啟動(dòng)：定時(shí)器啟動(dòng)

復(fù)位：定時(shí)器復(fù)位 //定時(shí)器設(shè)置

最高液位=100

最低液位=0

IF暫停=1 THEN

2.5 結(jié)果及分析

如圖3所示，設(shè)定溫度設(shè)為100℃，啟動(dòng)按鈕按下，進(jìn)水閥開始進(jìn)水；液位到達(dá)10米時(shí)開始加熱，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前加熱爐中水的溫度；當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值，溫度指示燈亮；指示燈亮15秒后，出水閥打開，完成排水后進(jìn)行下個(gè)循環(huán)。

圖3 組態(tài)畫面及運(yùn)行結(jié)果

3 結(jié)語

在自動(dòng)化本科高年級(jí)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)中引入MCGS軟件，可以使學(xué)生更好地理解過程控制理論知識(shí)，系統(tǒng)掌握工程設(shè)計(jì)的整體過程，提高遇到問題分析解決的能力。同時(shí)，鞏固學(xué)生對前期課程如自動(dòng)控制原理、微控制器等的綜合理解，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)計(jì)算、視圖、程序編寫、設(shè)備類型選擇的能力。實(shí)踐證明，大部分學(xué)生可以自主地完成項(xiàng)目要求。