水泥現場監控教學仿真研究范文

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《電子設計工程雜志》2014年第十一期

1概述

MCGS包括組態環境和運行環境2個部分。在組態環境中,可完成動畫設計、流程控制、報警組態、報表設計、設備連接等組態工作,即可完成一整套MCGS監控系統的設計。在運行環境中,工程技術人員運行和處理在組態環境中完成的監控系統,使系統能夠實現動畫顯示、實時輸出顯示的目的[6]。MCGS的整體結構框圖如圖1所示。MCGS工控組態軟件，支持快速構造和計算機遠程監控，具有與第三方軟件良好的接口功能。MCGS能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。并且，MCGS用ActiveDLL構件的方式實現設備驅動程序，通過規范的OLE等接口掛接其中，無縫接入，構成一個整體。高級編程語言VB，具有入門容易、操作簡單、資源豐富等特點，特別是其具有WinSock部件，可實現工業Internet通訊功能，為其通訊等的二次開發提供便利，并且，其提供與外圍OLE接口功能。水泥線生產過程監控模擬系統的DCS監控系統如圖2所示。各用戶端MCGS監控界面中實時數據庫，通過OLE接口與本機VB模塊交換數據，VB通過WinSock模塊中TCP/IP協議在工業以太網中交換數據。并且，通訊設限，只有教師端能與各學生端進行通訊，學生端間不能進行通訊。

2教學仿真系統設計

2.1水泥生產及配料PID控制工藝水泥生產工藝過程通常簡要的概括為“三磨一燒”即生料磨系統、煤磨系統、水泥磨系統和水泥窯燒成系統。根據新型干法水泥生產工藝，監控界面主要設計生料制備系統監控窗口、窯尾系統監控窗口、窯頭系統監控窗口、煤粉制備系統監控窗口、水泥制成系統監控窗口和數據報警窗口。另外根據教學仿真系統網絡教育和考核的具體要求，增設系統故障窗口和現場處理窗口（如圖3中總覽區所示）。各窗口界面中，完全模仿真實水泥生產流程工藝，且各環節參數均按照5000t/D的標準設計，調節控制量則采用PID控制算法編寫策略腳本實現。

2.2MCGS組態設計MCGS組態軟件系統由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略組成，每一部分別進行組態，完成不同的工作。主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數據與曲線圖表等。實時數據庫：是工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（if,,then腳本程序），選用各種功能構件，如：數據提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。設計的水泥生產線教學仿真軟件平臺，既是在主窗口調度和管理其他窗口；在用戶窗口組態水泥生產各個環節的人機交互界面；在實時數據庫設計各變量，用于各個環節的數據交換和處理，通過掛接的OLE接口與通訊模塊交換相關數據；在運行策略中設計各環節運行流程的控制，在本系統中共設計三類循環策略：系統故障報警、學生操作正誤判斷、生料配料PID控制。如圖4所示，學生端MCGS系統根據接收到的故障類型重新設置相關監控數據，使數據產生越線報警（如圖2中報警區所示）。為便于教學仿真實驗和考核，在MCGS系統數據庫中建立了每種故障的正確處理步驟，利用循環策略監測學生的每一步操作并做出正誤判斷，對學生的操作做出評分。生料配料是教學仿真系統的主要內容，通過編寫策略腳本，可真實模擬皮帶秤的校秤及測控時的三率值PID控制過程（如圖2中PID控制設置所示）。

2.3VB通訊嵌入組態VB通訊模塊，主要是利用其OLE接口，將MCGS系統聯入Internet，實現1:n模式的教學仿真（如圖2所示）。系統數據庫中教師端建立了16種故障類型（如圖5所示），教師端根據教學需求，選擇故障類型、試題發送對象和發送方式，學生端收到故障類型后在MCGS系統中改變相關參數并進行報警。在VB主通訊界面中，加入了考試學生問題反饋窗口和考試結果保存及瀏覽數據庫Excel，以實時保存各學生端操作數據和打分結果。

3結束語

基于MCGS和VB的水泥生產現場監控教學系統，充分利用了MCGS龐大的標準圖形庫及數據庫，通過VB的OLE接口及Socket模塊，實現了工業Internet遠程監控教學目的。該系統已應用于日常教學系統中，收到了較好的仿真教學效果。并且MCGS預留的設備窗口，可進行再次開發，用于生產現場的實時遠程監控。

作者：朱文兵周月陽祝本明單位：中國兵器工業第五八研究所