组态软件MCGS在锅炉液位控制中的应用

1 引言

    组态软件是近几年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。在LPCS-3B过程控制实验装置中，要实现锅炉液位控制，以往采用仪表作为调节器，该仪表通过仪表面板的按键来改变参数值，没有实时数据输出曲线，故参数调节不方便，且系统的控制精度低。为了改变这种状况，利用组态软件MCGS开发了锅炉液位监控系统，采用计算机采集、处理数据。根据MCGS的锅炉液位实时曲线输出，用滑动输入块改变参数的值，使系统输出稳定到设定值，从而提高了工作效率。该系统性能稳定可靠、界面友好、扩充性强。

2 MCGS组态软件

    MCGS（Monitori ng and Control GeneratedSystem ）是一套基于Wi ndows 95／98／NT 操作系统，可用来快速生成上位机监控系统的组态软件包，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制、趋势曲线、报表输出等功能，是帮助用户解决工程实际问题的完整方案和操作工具。该软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。

    MCGS工控组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。运行系统按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。目前，MCGS组态软件已经在石油、化工、电力等多种工程领域获得成功的应用。

3 系统的硬件组成

    锅炉液位监控系统的硬件组成如图1所示，锅炉的给水、出水流量的测量采用LDG-S型电磁流量计和LDZ-4B型电磁流量转换器配套使用，将流量信号转化为4-20mA 的电流信号；将锅炉的液位、管道进水的压力通过PK2AAAA型压力变送器转化为4-20mA 的电流信号；同时GSVP-64K 型电动调节阀反馈回阀位置的4～20mA电流信号，这些信号经过程控制实验台上的精密电阻（250）转换为1～5 V 电压信号后传给A/D 采集卡。

    数据采集卡选择中泰PC-6333 多功能模入模出接口卡，该板卡具有12 位16 路单端（8 路双端）模拟量输入，1路模拟量输出，同时还备有6路数字量输入和6 路数字量输出接口，3路16 位字长的计数/定时器，以及1MHZ 的基准时钟。由于GSVP-64K 型电动调节阀输入为4～20 mA电流信号，故板卡输出4～20 mA 电流信号给电动调节阀。

    计算机对采样数据进行处理，根据控制算法，用计算机输出的控制量控制电动调节阀的位置来改变锅炉的进水流量，从而实现锅炉液位实时监控。打印机将锅炉液位实时曲线图、系统日报表输出，以便于数据统计分析。
 

4 监控系统的软件设计及实现

    (1)系统的组态在选择好相应硬件设备后，用MCGS 组态软件对该系统进行组态，具体组态过程如下：

    1)用户窗口组态主要用于设置工程中的人机交互界面，如系统的主控界面、曲线图、动画等。
    2)主控窗口组态是工程的主窗口或主框架。“用户窗口”组态完成之后，在“主控窗口”中，通过对系统菜单和参数的定义和设置来调度、管理这些用户窗口的打开或关闭。
    3)实时数据库组态是工程各个部分数据交换与处理中心，它将MCGS 工程的各个部分连成有机的整体。按照系统设计的实际需要，在MCGS 的“实时数据库窗口”中对系统所创建的数据对象的基本属性、存盘属性、报警属性进行定义和设置。
    4)设备构件组态是连接和驱动外部设备的工作环境。在通道连接窗口中，将A/D，D/A 通道和实时数据库中的数据对象对应连结起来。在基本属性窗口中，采用重复采集和对采集的数据进行最大值、最小值处理的AD前处理方式，以提高采集的精度和数据的稳定性。这里的重复采集次数取15比较合适，且输出量程和输出方式与GSVP-64K 型电动调节阀一致。在数据处理窗口，设置数据处理方法，如滤波、工程转换（即把采集进来的数据或输出的数据转换为具有实际意义的工程数据），如用工程转换处理锅炉液位时，因锅炉的实际液位为0～600mm，AD通道采集到的数据为用250欧姆的电阻把4～20mA电流信号转换为1000～5000mV的电压信号，则设Imin=1000，Imax = 5000 ，Vmin取锅炉液位的最小值0，Vmax取锅炉液位的最大值600。
    5)运行策略组态完成工程运行流程的控制。该系统采用数字PID控制算法，根据系统的控制算法及要完成的特定流程和操作处理，在MCGS的“运行策略”窗口中，对系统的“启动策略”、“循环策略”、“存盘策略”等分别进行组态和设置。如对循环策略的组态是利用策略工具箱中的脚本程序构件，用类似于Basic 语言的命令语言编写该监控系统的控制算法、控制流程和操作处理程序，同时设置策略行条件属性。在组态环境中完成上述的用户设计和应用系统构造后，用户组态生成的结果是一个数据库文件，即组态结果数据库。
    (2)系统的运行锅炉液位监控制系统的运行主控窗口如图2 所示。MCGS 的运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。用户通过运行环境实现对工程的控制。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库作为一个整体，构成用户应用系统。一旦组态工作完成后，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在计算机上，
此后即可在运行环境中，对系统进行运行调试。
 

    (3)系统参数调节在组态环境中，组态出如图3 所示的调节窗口，然后在运行环境中，可用鼠标方便地移动滑动输入块在线地改变锅炉液位的设定值。根据窗口中MCGS锅炉液位实时曲线的输出，用鼠标移动各参数的滑动输入块在线地改变PID参数值，使系统输出趋于设定值。

5 结语

    MCGS组态软件以其优异的特性在锅炉液位监控系统中获得了成功的应用，实现了实时数据浏览、实时和历史数据趋势显示等功能，达到了预期的对实验装置的改造目的。相对原有的仪表调节器，该监控系统具有结构简单、成本低、性能稳定等优点，同时可方便地通过硬、软件的扩充，实现锅炉的温度、流量等控制，即扩展性强。该监控系统对提高工业锅炉房的微机化自动控制，具有一定的参考价值，值得推广和应用。