加熱反應爐自動控制系統(tǒng)的設計

江蘇省南京工程高等職業(yè)學校 張焱焱

加熱反應爐運行過程中要控制爐內的液面、溫度和壓力，由于控制過程比較復雜且容易出現(xiàn)故障，需要用MCGS軟件開發(fā)一套監(jiān)控系統(tǒng)，以便在反應爐運行過程中進行監(jiān)控，遇到問題可以及時得到檢修，具有較高的工程應用價值。就加熱反應爐自動控制系統(tǒng)，本文簡單描述了MCGS組態(tài)軟件的畫面制作、實時數(shù)據(jù)庫的定義、動畫連接、控制腳本程序的編寫等多項組態(tài)操作。

隨著工業(yè)自動化水平的日益提高和計算機在越來越多的領域開始應用，人們對自動化控制的要求也越來越高。組態(tài)軟件和觸摸屏技術已經成為自動化控制領域中的重要組成部分，并迅猛發(fā)展著。

MCGS是專門的一款為MCGS觸摸屏開發(fā)的軟件，包括組態(tài)環(huán)境的設置和模擬運行環(huán)境兩部分。在組態(tài)環(huán)境中，用戶可以在主控窗口中對運行環(huán)境進行設置，在設備窗口對設備進行編輯，在用戶窗口對主窗口進行界面的繪制，生成相關諸如報表和曲線圖，在實時數(shù)據(jù)庫中對所需變量進行設置，在運行策略里對腳本程序進行編寫。為廣大用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺。

本文將就高職學生在學習MCGS組態(tài)軟件中的遇到的加熱反應爐自動控制系統(tǒng)的工藝過程和控制要求等問題，詳細闡述了如何應用MCGS組態(tài)軟件，完成工程中涉及到的實時數(shù)據(jù)庫中變量設置、主窗口中原件的查找、布局、運行策略中腳本程序的編寫、產生相關數(shù)據(jù)報表和曲線等多項組態(tài)操作。使讀者對MCGS組態(tài)軟件的內容以及操作步驟有一個總體的認識。

1 加熱反應爐的工藝過程及控制要求

（1）點擊“開始”按鈕，加熱反應爐進入工作狀態(tài)，點擊“停止”按鈕，加熱反應爐停止運行。

（2）送料過程控制。當“開始”按鈕被按下且泄放閥關閉時，打開進料閥進料，當水位值大于等于上液位設定值時，關閉進料閥。當水位值大于下液位值，下液位燈打開。當水位值大于等于上液位值，上液位燈打開。

（3）加熱反應控制。當溫度小于溫度設定值，水位值大于下液位值設定值且泄放閥關閉時，加熱燈打開，溫度上升，壓力增加，當溫度大于溫度設定值，加熱爐關閉。當溫度大于等于溫度設定值時，壓力燈打開，壓力大于等于設定值時，溫度燈打開。

（4）泄放過程控制。當溫度等于溫度設定值時，排氣閥打開，壓力逐漸減小。當壓力小于設定值時，關閉排氣閥，打開泄放閥，水和溫度逐漸減少，加熱燈關閉。當水小于等于零時，關閉泄放閥。進入下一個循環(huán)。

2 加熱反應爐自動控制系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 工程分析

首先我們需要對該工程進行整體分析，把握好其結構、流程、需要實現(xiàn)的功能等。該工程為加熱反應爐的一個送料、加熱、反應、泄放的一個過程。我們需要對工程的框架和腳本程序進行設置和編寫。

（1）工程框架：在主窗口中我們放置加熱反應爐的各個組成部分。包括：一個加熱爐、三個控制閥、流動塊、溫度計、壓力表、加熱指示燈、滑動輸入器，控制按鈕，切換按鈕以及4個液位指示燈。

（2）策略設置：腳本程序的編制。

2.2 加熱反應爐自動控制系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)畫面制作

創(chuàng)建組態(tài)工程，建立并編輯相關工程畫面，制作出工程流程圖，最終得到如圖1所示系統(tǒng)設計圖。

圖1 系統(tǒng)設計圖

2.3 實時數(shù)據(jù)庫的建立

在實時數(shù)據(jù)庫中我們可以設置變量，使得主窗口中各元件都有相對應的變量與其對應。這個數(shù)據(jù)庫是該工程中數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理的中心。在對變量進行設置時需要對數(shù)據(jù)對象的類型進行選擇，數(shù)據(jù)對象的類型有開關型、字符型、數(shù)值型、事件型和組對象這五種類型。它們是構成數(shù)據(jù)庫的基本單元。

本案例工程中需要用到如圖2所示實時數(shù)據(jù)對象。

圖2 實時數(shù)據(jù)對象

2.4 實現(xiàn)動畫連接

組態(tài)軟件界面的模擬仿真實際是要達到過程實時監(jiān)控的目的。但在目前制作的組態(tài)環(huán)境下，畫面是靜止不動的，我們需要對這些元件進行動畫設置，模擬仿真動態(tài)畫面，間接反映外界對象的實際狀態(tài)變化，以達到實時監(jiān)控的目的。我們把用戶窗口中圖形元件與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)變量相關聯(lián)，并設置相應的動畫屬性設置。在運行過程中，由于數(shù)據(jù)對象的實時采集數(shù)據(jù)值來控制相應的圖形元件動畫運動起來，從而實現(xiàn)整個界面的動畫效果。以進料閥為例，雙擊畫面上的進料閥如圖3所示進行動態(tài)連接設置。

圖3 進料閥動態(tài)連接設置

2.5 控制流程的編寫

本案例工程的部分控制腳本程序如圖4所示。

圖4 部分腳本程序

2.6 數(shù)據(jù)報表、曲線的生成

為了更直觀的顯現(xiàn)生產過程中各元件的運行狀態(tài)，我們可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)創(chuàng)建所需的數(shù)據(jù)報表并繪制出相關的曲線圖，對加熱反應爐在生產過程中的狀態(tài)進行綜合記錄和規(guī)律總結。

如圖5所示，在實際工程中，多數(shù)控制系統(tǒng)都需要對數(shù)據(jù)進行采集，查詢、分析、統(tǒng)計和打印。

圖5 數(shù)據(jù)報表與曲線

結束語：應用表明，MCGS軟件具有強大的功能，操作簡單，易學易用，仿真工作可靠，能夠成功實現(xiàn)動態(tài)仿真監(jiān)控控制系統(tǒng)的工作過程；系統(tǒng)具有開發(fā)擴展性，并且可自由增配、升級，柔性好；以較少的硬件投入實現(xiàn)了豐富的各類項目內容，可充分滿足仿真環(huán)節(jié)的創(chuàng)新驗證。