基于MCGS的现场控制站监控系统的设计

赵亚丽

(承德石油高等专科学校 工业技术中心，河北 承德 067000)

在高职高专院校中开展实训教学是不断提高学生职业素质的有效教学手段，也完善了人才培养模式[1]。目前，大多数高职高专院校普遍开设DCS实训课程，有条件的院校都配备了一定的半实物或实物仿真设备。学生实训过程中主要以熟悉工艺过程，了解控制功能和实际操作等为学习目标。初次接触实物设备往往给学生一种“复杂、难懂”的直观感觉。以原油加氢半实物仿真装置为控制对象，使用MCGS软件设计了现场控制站监控系统。该系统能直观、全面的展示现场设备的连接情况和工艺流程，还能完成对设备的整体监控。借助该监控系统，不仅有效的降低了学生学习门槛，提高了学习兴趣，还有助于提高教学质量。

1 MCGS组态软件介绍

目前，工厂车间普遍采用上位监控系统进行车间管理。在高校教学中，也把监控组态软件作为专业教学的重点内容。市场上的监控软件种类有近百种之多，以国外品牌居多，如iFix、WinCC、Citect等[2]。国产软件在实际工业过程中运行比较可靠的包括有北京昆仑通态的MCGS、北京亚控的组态王、大庆三维公司的力控等。主要以北京昆仑通态的MCGS嵌入版对DCS控制站进行开发设计。

MCGS嵌入版组态软件主要由组态环境和运行环境两个部分组成。MCGS嵌入版组态软件得好处是为用户提供了良好的平台来解决实际问题，例如完成现场数据的采集，历史数据的处理，动画制作以及显示，报警机制和报表输出企业网络监控等功能。软件操作界面简单灵活并且可视化；实时性较强并且处理功能强大；较为生动形象并且丰富的动态画面；拥有强大的网络通信功能，支持以太网TCP/IP通信、串口通信、Modem通信等；自建文件的系统可以有效地管理数据存储，提高了系统可得靠性；

MCGS嵌入版组态软件的用户应用系统主要由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成[3]，如图1所示。

2 控制站工艺流程及装置

整个工艺主要包括反应系统和分馏系统：

1)反应系统

来自界外的原料油经原料油缓冲罐经换热器，加热炉与氢气混合之后分别进入加氢反应器，裂化反应器。反应产物通过热高压分离器进行气体和液体的分离。冷高压分离器产生的顶部气体进入循环氢分液罐，由循环机循环。其液体进入冷低压分离器，污水排至界外。反应系统的流程框图如图2所示。

2)分馏系统

从低分油缓冲罐来的反应产物经柴油/低分油换热器进入脱气塔，主要反应产物经柴油/分馏换热器进入分馏塔进料炉，之后进入分馏塔进行分馏。分馏塔出来的产物主要有两个方向，一部分是经分馏塔顶回流罐将干气和石脑油排至界外，另一部分是经过换热器最终变成柴油至界外。分馏系统流程图如图3所示。

3 基于MCGS现场站监控系统设计

3.1 项目系统分析

整个半实物仿真装置包括原料预处理系统、工业加氢系统、工业高压注水模拟系统、工业循环氢模拟系统、工业高分模拟系统、工业低分模拟系统、工业脱气模拟系统、工业分馏模拟系统这8个部分。依次将它们分配到8个站中，每个站具有不同的工艺过程。这些工艺流程的特征需要依次设计，并对画面的动态显示方式做出调整。

3.2 建立项目工程

整个工艺流程被分成8个系统依次被分配到8个站当中，以其中一个原料预处理系统的工程建立为例，其他各站的设计过程类似。打开软件，新建窗口，分别命名为原料预处理、阀门控制、流量曲线以及液位曲线等所需的用户窗口。用户窗口如图4所示。

原料预处理用户窗口的设计：选择新建窗口的按钮或者是插入菜单中的用户窗口命令就可以创建一个新的用户窗口，可以根据自身的需要设置用户窗口的属性。

原料预处理用户窗口的画面制作：打开用户窗口，工艺流程需要的泵、罐、管道、换热器等可在工具箱中(插入元件)进行选择，采用管道控件对设备进行连接。该站监控界面如图5所示。

3.3 定义数据对象

选择实时数据库的窗口，选择新添对象按钮来添加所需要的数据变量，分别添加变量进行属性设置。然后鼠标点击实时数据库窗口，选择新增对象按钮，就可以从变量表中添加所需变量以及进行对象属性的设置。

3.4 动画的连接

以上的步骤完成之后，我们还需要把实时数据库中的变量与对应的图相连接起来才能使画面动作起来。开关类型的构件例如总控制的启停、泵的启停以及运行模式的选择，需要依次设置它们的基本属性、操作属性。基本属性里面包括文本名称、文本颜色、对齐方式、文字效果等。操作属性包括抬起功能、按下功能以及对应的变量连接。我们根据需要设置相应的选项即可。图6是设计过程中的变量属性设置界面。

3.5 报警设置

进入报警窗口后可以选择工具箱中的报警显示按钮以及报警浏览按钮，分别制作流量以及液位的报警信息。可以将流量和液位组合成组对象一起显示，之后可以设置报警的颜色以及字体等。图7为报警显示的界面。

3.6 实时曲线和历史曲线

实时曲线和历史曲线的主要作用是通过曲线的变化来分析数据的变化，这样更加直观。可以说对曲线的观测是非常重要的一个环节。

实时曲线的制作主要是进入实时曲线窗口选择好合适的背景颜色之后，选择工具箱当中的实时曲线按钮，将安放在合适的位置并进行相关的属性设置。包括时间格式、时间单位、曲线的形状以及颜色的设置等。

历史曲线的制作是进入历史曲线窗口选择合适的背景色之后，选择工具箱中的历史曲线按钮按，将曲线安放在合适的位置并进行相关的属性设置。包括时间格式、时间单位、曲线的形状以及颜色的设置等。

4 结论

依据DCS实训室原油加氢半实物仿真装置设计开发了基于MCGS组态软件的现场控制站监控系统。该系统可清晰直观的为学生展示该站的设备及工艺流程，同时易于操作。实践证明，该系统的使用，极大地提高了学生的学习兴趣，对教学质量的提高起到了一定的推动作用。

参考文献：

[1] 路泽永,赵亚丽.一种基于PID电加热温度控制实训装置的开发设计[J].承德石油高等专科学校学报,2014(1):18-21.

[2] 关劲松.监控组态软件的相关技术发展趋势[J].电子测试,2017(10):64-65.

[3] 孙式运,杨清志.MCGS组态控制技术在PLC项目教学中的应用[J].辽宁科技学院学报,2017,10(5):43-45.