基于MCGS 的離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：針對傳統(tǒng)離心機故障排查效率低、成本高的問題，本文設(shè)計了一種基于MCGS組態(tài)平臺的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，涵蓋界面組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、運行策略組態(tài)以及循環(huán)腳本編程與調(diào)試等功能，實時監(jiān)測系統(tǒng)各輸入輸出元件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)裝料故障、卸料故障、分離故障等典型故障的及時報警。現(xiàn)場測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)﹄x心機的工作狀態(tài)進(jìn)行實時檢測，并及時向用戶提示發(fā)生的故障及其可能的原因，從而縮小故障排查范圍，提高故障檢修效率，降低故障維修成本。

關(guān)鍵詞：離心機；狀態(tài)監(jiān)控；MCGS；故障排查；組態(tài)軟件；故障診斷；人機界面

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）04-0141-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID） ：

0 前言

離心機是一種利用離心力分離液體與固體顆粒或液體與液體混合物中各組分的機械設(shè)備。它主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開，或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同且互不相溶的液體分離。此外，離心機還可用于排除濕固體中的液體、分離不同密度的氣體混合物，以及對固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級。因此，離心機在化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。然而，由于離心機所處工作環(huán)境惡劣、長時間連續(xù)運行以及維護(hù)保養(yǎng)體系相對滯后等原因，設(shè)備容易出現(xiàn)各種類型的故障問題，這不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)工作，還可能導(dǎo)致無法保證分離效果[2-3]。

范匡余[2]提出了振動和噪聲、電機過熱、分離效果不佳、泄漏等各類故障的處理措施。付殿宏等[4]提出了定期維護(hù)與提升維護(hù)頻率等方法。呂鑫[5]提出了注重日常維護(hù)保養(yǎng)和加大檢修力度。這些傳統(tǒng)的故障排查方法主要依賴人工方式，存在效率低、成本高、診斷準(zhǔn)確性受限等問題[5-7]。此外，由于現(xiàn)場維護(hù)人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平參差不齊，對于未曾遇到或相對復(fù)雜的故障問題，難以做出準(zhǔn)確判斷，盲目拆卸可能導(dǎo)致離心機的二次損壞。因此，開發(fā)一套離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測其工作狀態(tài)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時及時發(fā)出故障報警并提供合理的解決方案，將有助于減少維修時間、降低設(shè)備故障率和維護(hù)成本，從而保障生產(chǎn)安全，提高離心機的使用效率，進(jìn)而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實意義。

基于上述背景，MCGS作為一款功能強大、兼容性強、網(wǎng)絡(luò)功能完善、易學(xué)易用且模擬調(diào)試便捷的嵌入式計算機監(jiān)控系統(tǒng)專用組態(tài)軟件，被廣泛應(yīng)用于此類開發(fā)。因此，筆者利用MCGS組態(tài)軟件平臺開發(fā)了離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，以便對其工作狀態(tài)進(jìn)行實時檢測，及時向用戶提示故障及其可能原因，縮小故障排查范圍，從而提高故障檢修的效率并降低維修成本。經(jīng)過現(xiàn)場試驗驗證，所開發(fā)的離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)已成功達(dá)到設(shè)計目標(biāo)要求。

1 離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)界面組態(tài)

在MCGS平臺中的“用戶窗口”創(chuàng)建離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的主界面及I/O口監(jiān)測界面。如圖1所示，主界面主要監(jiān)控離心機在脫機（與PLC下位機控制系統(tǒng)脫離） 或者聯(lián)機（與PLC下位機控制系統(tǒng)連接） 工況下的運行狀態(tài)。當(dāng)離心機設(shè)備處于裝料、分離物料和卸料等工步時，相應(yīng)的裝料、工作和卸料指示燈會亮起。

主界面的控制流程如下：當(dāng)用戶在觸摸屏主界面上按下“啟動”按鈕時，離心機主軸電機將開始以空載中速正向旋轉(zhuǎn)；按下“裝料”按鈕后，裝料指示燈亮起，離心機主軸電機轉(zhuǎn)為中速運行，同時裝料電磁閥打開，系統(tǒng)開始裝料。當(dāng)裝料持續(xù)時間達(dá)到用戶設(shè)定的裝料時間（例如5秒） 后，裝料指示燈熄滅，裝料電磁閥關(guān)閉，工作指示燈亮起，離心機主軸電機將轉(zhuǎn)為高速運行，工作電磁閥打開，系統(tǒng)開始輸送濾液。當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)定的工作時間（例如6秒） 后，工作指示燈熄滅，工作電磁閥關(guān)閉，卸料指示燈亮起，離心機主軸電機轉(zhuǎn)為低速運行，卸料閥打開，開始排出廢料。若用戶在觸摸屏主界面上按下“停止”按鈕，離心機主軸電機和所有電磁閥將停止工作，設(shè)備所有元件復(fù)位至初始狀態(tài)，離心機隨即停止運行。

當(dāng)單擊觸摸屏主界面上的“I/O口監(jiān)測”按鈕時，系統(tǒng)將切換至I/O口監(jiān)測界面，實時監(jiān)控離心機所有開關(guān)量元件的工作狀態(tài)（如限位開關(guān)、變頻器、裝料電磁閥、卸料電磁閥等） ，如圖2所示。在I/O口監(jiān)測界面中，通過讀取下位機PLC系統(tǒng)的各輸入地址和輸出地址的值，將其與對應(yīng)元件前的指示燈關(guān)聯(lián)。如果指示燈為綠色，則表示該元件處于工作狀態(tài)；如果指示燈為紅色，則表示該元件已停止工作。

2 離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)組態(tài)

在MCGS平臺中，利用“實時數(shù)據(jù)庫”功能創(chuàng)建離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫。用戶可以通過單擊“實時數(shù)據(jù)庫”中的“新增對象”按鈕，設(shè)置邏輯變量為開關(guān)型數(shù)據(jù)對象，例如指示燈、限位開關(guān)和電磁閥等。同時，設(shè)置模擬量為數(shù)值型數(shù)據(jù)，例如控制對象的水平位置等。所有變量的初始值默認(rèn)為0，如圖3 所示。

3 離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)故障報警策略組態(tài)

在MCGS平臺中，利用“運行策略”功能創(chuàng)建離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的故障報警策略。首先，在“運行策略”中選擇“循環(huán)策略”，然后單擊“新建策略”按鈕，此時系統(tǒng)會在“循環(huán)策略”下方自動生成“策略1”。接下來，雙擊“策略1”，將其名稱更改為故障報警主題（例如“卸料故障報警”等） ，如圖4所示。

以下以裝料故障報警彈窗為例進(jìn)行說明。首先，雙擊“裝料故障報警”，進(jìn)入策略組態(tài)設(shè)置，如圖5所示。接著，雙擊圖5中的“ ”圖標(biāo)，設(shè)置策略屬性，將策略名稱更改為“裝料故障報警策略”，對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象為“裝料電磁閥”，報警狀態(tài)設(shè)置為“報警產(chǎn)生時，執(zhí)行一次”。確認(rèn)延時時間（ms） 為100，策略內(nèi)容的注釋為“當(dāng)裝料故障發(fā)生，裝料故障報警運行”；在表達(dá)式條件選項卡中，將表達(dá)式設(shè)置為“裝料電磁閥”，條件選擇為“表達(dá)式的值為非0時條件成立”，內(nèi)容注釋為“當(dāng)裝料故障發(fā)生，裝料故障報警運行”；最后，雙擊圖5中的“腳本程序”圖標(biāo)，將裝料故障報警彈窗的腳本設(shè)置為：！OpenSubWnd（裝料故障報警，183，106，406，241，0） 。

4 離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)循環(huán)腳本編程及調(diào)試

在MCGS平臺中應(yīng)用“運行策略”來創(chuàng)建循環(huán)腳本。以脫機狀態(tài)下系統(tǒng)處于裝料工序時的狀態(tài)監(jiān)控為例：當(dāng)變量“bool_裝料”的值為1 時，將中間變量“bool_zl”設(shè)置為1，以點亮裝料狀態(tài)的指示燈，并打開裝料電磁閥，使裝料狀態(tài)持續(xù)5秒鐘。這個5秒鐘的時間通過變量“t_zl”來實現(xiàn)，設(shè)置條件為“t_zl lt;= 50”，作為裝料狀態(tài)循環(huán)程序的執(zhí)行條件之一。在每次循環(huán)中，變量“t_zl”會自動加1，當(dāng)其值達(dá)到50時，共循環(huán)50次，結(jié)合PLC控制器的循環(huán)周期0.1秒，實現(xiàn)了持續(xù)裝料狀態(tài)5秒鐘的功能。其腳本如下所示：

if bool_裝料=1 then bool_zl=1

if bool_zl=1 and t_zllt;=50 then

bool_裝料指示燈=1

bool_裝料電磁閥=1

t_zl=t_zl+1

Endif

Endif

編寫完離心機監(jiān)控系統(tǒng)的循環(huán)腳本程序后，使用MCGS組態(tài)平臺進(jìn)行模擬調(diào)試。通過不斷地測試與改進(jìn)，完善離心機監(jiān)控系統(tǒng)的程序與界面。例如，在離心機卸料動作子模塊的程序設(shè)計過程中，由于離心機轉(zhuǎn)鼓蓋外盤移動的具體位置無法預(yù)知，因此我們創(chuàng)建了虛擬標(biāo)簽框，以監(jiān)控離心機轉(zhuǎn)鼓蓋外盤移動位置的具體數(shù)值。勾選虛擬標(biāo)簽框的顯示輸出，并設(shè)置輸出值類型為數(shù)值型，再設(shè)定一個中間變量（表達(dá)式變量） ，將轉(zhuǎn)鼓蓋外盤對象與該中間變量相關(guān)聯(lián)。最后，通過MCGS組態(tài)平臺模擬運行程序，觀察虛擬標(biāo)簽框中的數(shù)值，以確定轉(zhuǎn)鼓蓋外盤的位移限定值。另外，在編寫循環(huán)腳本程序的過程中，容易忽略按鈕“按1松0”的特定屬性，這可能導(dǎo)致離心機工作流程無法實現(xiàn)自動化循環(huán)。因此，在程序中有必要增加一個表示按鈕是否被按下的中間變量，例如：if bool_裝料=1 thenbool_zl=1。通過bool_zl中間變量來表示裝料按鈕是否被按下，用“bool_zl=1”替代“bool_裝料=1”作為自動化循環(huán)程序模塊的條件，從而避免因按鈕“按1松0”的特定屬性導(dǎo)致程序條件不滿足，進(jìn)而無法實現(xiàn)自動循環(huán)。經(jīng)過MCGS組態(tài)平臺的模擬運行調(diào)試，離心機最終實現(xiàn)了工作流程的自動化循環(huán)。對于其他程序模塊，同樣可以利用MCGS組態(tài)平臺進(jìn)行模擬運行，對程序進(jìn)行調(diào)試與修改，直到實現(xiàn)離心機工作運行的最終控制目標(biāo)或功能。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種基于MCGS的離心機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了故障的實時監(jiān)測與報警功能。經(jīng)過反復(fù)現(xiàn)場測試，結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)﹄x心機的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并及時提示用戶發(fā)生的故障及其可能原因，從而縮小故障排查范圍，提出合理的解決方案，提高故障檢修效率，降低故障維修成本，有效克服傳統(tǒng)人工排查方式中存在的低效率和高成本等問題。這一系統(tǒng)顯著提高了離心機工作過程的安全性，保證了設(shè)備的使用效果，提升了技術(shù)含量，確保了離心機的分離效果，從而增強了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時，該系統(tǒng)為離心機及其他設(shè)備的故障排查與維護(hù)提供了一條切實可行的路徑。在后續(xù)研究中，可以結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)故障的智能診斷與預(yù)測功能。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】

基金項目：浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計劃項目（2023C03146） ；麗水市重點研發(fā)計劃項目（2022ZDYF04）