加熱反應爐自動控制系統的設計

江蘇省南京工程高等職業學校 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故障，需要用MCGS軟件開發一套監控系統，以便在反應爐運行過程中進行監控，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，本文簡單描述了MCGS組態軟件的畫面制作、實時數據庫的定義、動畫連接、控制腳本程序的編寫等多項組態操作。

隨著工業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，并迅猛發展著。

MCGS是專門的一款為MCGS觸摸屏開發的軟件，包括組態環境的設置和模擬運行環境兩部分。在組態環境中，用戶可以在主控窗口中對運行環境進行設置，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，在實時數據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平臺。

本文將就高職學生在學習MCGS組態軟件中的遇到的加熱反應爐自動控制系統的工藝過程和控制要求等問題，詳細闡述了如何應用MCGS組態軟件，完成工程中涉及到的實時數據庫中變量設置、主窗口中原件的查找、布局、運行策略中腳本程序的編寫、產生相關數據報表和曲線等多項組態操作。使讀者對MCGS組態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，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。

2 加熱反應爐自動控制系統組態監控系統設計

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組態監控系統畫面制作

創建組態工程，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所示系統設計圖。

圖1 系統設計圖

2.3 實時數據庫的建立

在實時數據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。這個數據庫是該工程中數據交換和數據處理的中心。在對變量進行設置時需要對數據對象的類型進行選擇，數據對象的類型有開關型、字符型、數值型、事件型和組對象這五種類型。它們是構成數據庫的基本單元。

本案例工程中需要用到如圖2所示實時數據對象。

圖2 實時數據對象

2.4 實現動畫連接

組態軟件界面的模擬仿真實際是要達到過程實時監控的目的。但在目前制作的組態環境下，畫面是靜止不動的，我們需要對這些元件進行動畫設置，模擬仿真動態畫面，間接反映外界對象的實際狀態變化，以達到實時監控的目的。我們把用戶窗口中圖形元件與數據庫中的數據變量相關聯，并設置相應的動畫屬性設置。在運行過程中，由于數據對象的實時采集數據值來控制相應的圖形元件動畫運動起來，從而實現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所示進行動態連接設置。

圖3 進料閥動態連接設置

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 數據報表、曲線的生成

為了更直觀的顯現生產過程中各元件的運行狀態，我們可以根據采集的數據創建所需的數據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進行綜合記錄和規律總結。

如圖5所示，在實際工程中，多數控制系統都需要對數據進行采集，查詢、分析、統計和打印。

圖5 數據報表與曲線

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，能夠成功實現動態仿真監控控制系統的工作過程；系統具有開發擴展性，并且可自由增配、升級，柔性好；以較少的硬件投入實現了豐富的各類項目內容，可充分滿足仿真環節的創新驗證。