实训报告 MCGS组态加热反应炉控制系统(李明哲)

实训报告 MCGS组态加热反应炉控制系统

李明哲

普11生产过程自动化

1.实训目的

依托水位控制系统，全面掌握MCGS组态软件开发项目的一般方法。

2.实训要求

1）熟悉水位控制系统的背景及MCGS的监控要求规划。

2）熟悉和掌握MCGS环境结构及安装过程。

3）掌握MCGS建立水位控制系统工程的方法。

4）掌握定义数据变量的方法。

5）掌握动画连接的方法。

6）掌握设备连接的方法。

7）掌握编写控制流程的方法。

8）掌握报警显示的方法。

9）掌握报表输出的方法。

10）掌握曲线显示的方法。

11）掌握设置安全机制方法。

3.实训步骤

·1.建立工程

步骤：

（1）进入MCGS组态环境。

（2）单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“新建工程”如图所示。

（3）单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“工程另存为”，弹出文件保存窗口。在文件名一栏输入工程名“加热反应炉控制系统”，单击“保存”按钮，工程建立完毕。

2.变量的分配

变量定义前需要对系统进行分析，确定需要的变量，本系统至少需要20个变量，

名字类型注释

SB1 开关型启动反应炉

SB2 开关型停止反应炉

SB3 开关型复位反应炉

X1 开关型下液面是否超值

X2 开关型炉内温度是否超值

X3 开关型上液面是否超值

X4 开关型炉内压力是否超值

Y1 开关型排气阀打开或关闭

Y2 开关型进料阀打开或关闭

Y3 开关型氮气阀打开或关闭

Y4 开关型泄放阀打开或关闭

Y5 开关型加热电源打开或关闭

水数值型动画参数炉内水的高度

温度数值型炉内温度值

压力数值型炉内压力值

数据组组对象数据对象组

ZHV1 开关型定时器时间到

ZHV2 开关型定时器启动

ZHV3 数值型定时器当前值

报警灯开关型检查反应炉是否报警

3. 变量的定义步骤

（1）单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入实时数据库窗口页。

（2）单击工作台右侧“新增对象”按钮，在数据对象列表中立刻出现了一个新数据对象，如图3.3所示。

（3）选中数据对象，单击右侧“对象属性”按钮或直接双击该数据对象，弹出“数据对象属性”设置窗口。

（4）将“对象名称”改为X1；“对象初”改为0；对象类型改为开关型；“对象内容注释”栏填入：下液面是否超过值，如图所示。

（5）单击“确定”按钮。

（6）重复（2）到（5），定义其他20个变量。

（7）单击“保存”按钮。

实时数据库

4. 画面建立

（1）单击屏幕上角的工作台图标，弹出工作台窗口。

（2）单击“用户窗口选项卡”，进入“用户窗口”页。

（3）单击右侧新建窗口按钮，出现“窗口0”图标，如图所示。

（4）单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性”设置窗口。在基本属性页的窗口名称栏内填入“加热反应炉控制系统”，“窗口位置”选最大化显示，其它不变。如图所示，单击确认按钮。

（5）此时“工作台”的“用户窗口”中，“窗口0”图标已变为“加热反应炉控制系统”。选中“加热反应炉控制系统”，单击右键弹出下拉菜单，选中“设置为启动窗口”，则当MCGS 运行时，将自动加载该窗口。单击“保存”按钮。

（7）重复（2）到（4）过程制作数据显示窗口和曲线显示窗口。

·5.反应炉的绘制

单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，双击窗口左侧“对象元件列表”中的“反应器”，展开该列表项，单击“反应器11”，如图所示。单击“确定”按钮。画面窗口中出现反应器的图形。在反应器被选中的情况下，调整位置和大小，单击“保存”按钮。

然后利用类似于绘制上述反应炉的方法分别画出四个阀门、四个传感器、温度计、压力计、十三个指示灯、七个按钮等元器件。并将大小和位置调整好。

6.动画连接

由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。本设计中需要制作动画效果的部分包括：炉内液位、温度、压力的数值变化、各阀门、各传感器的警戒变化、加热指示灯的变化。

1．反应炉内水位变化的动画设置

双击反应炉构件。弹出单元属性设置页面。打开动画连接标签，选中矩形，再点击“>”符号，如图3.8所示。弹出动画组态属性设置。点选位置动画连接项中大小变化，在动画组态属性设置页中生成大小变化标签，打开大小变化标签，进行设置，在表达式项里，选择数据库中的水参量，在大小变化连接项目里，最小变化百分比为0，表达式值取0，最大变化百分比100，表达式值80。变化方向取向上方向，变化方式取剪切式，如图所示。

2．其他元器件的动画设置

利用相类似于上述反应炉内水位有动画设置的方法分别设置好十三个指示灯、四个阀门、液

位实时显示、按钮等的动画连接。

7. 定时器控制的使用

单击屏幕左上角的工作台图标，弹出“工作台”窗口。单击“运行策略”选项卡，进入“运行策略”页，如图所示。选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略属性设置”窗口，如图所示。在“定时循环时间[ms]”一栏，填入200。单击“确认”按钮。选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略组态：循环策略”窗口。单击“工具箱”按

钮，弹出“策略工具箱”。在工具栏找到“新增策略行”按钮，单击，在循环策略窗口出现了一个新策略。在“策略工具箱”选中“定时器”，光标变为小手形状。单击新增策略行末端的方块，定时器被加到该策略，如图所示。

定时器的功能分为，启停功能：在需要的时候被启动，在不需要的时候被停止。计时功能：启动后进行计时。计时时间设定功能，即可以根据需要设定时计时。状态报告功能：即是否到设定时间。复位功能，即在需要的时候重新开始记时。对定时器属性设置。双击新增策略行末端的定时器方块，出现定时器属性设置。

运行策略窗口

循环策略窗口

在“设定值”栏填入：10，代表设定时间为10s。在“当前值”栏，填入：ZHV3。在“计时条件”一栏填入ZHV2=1。在“复位条件”一栏，填入：ZHV2=0。在“计时状态”一栏填入ZHV1。在“内容注释”一栏，填入：定时器。如图所示。单击“确认”按钮，退出定时器属性设置，保存。

定时器属性窗口

8.脚本程序

1. 脚本程序的语句形式

脚本程序共有四种基本语句：赋值语句、条件语句、IF语句、退出语句。

赋值语句的形式为：数据对象=表达式。赋值语句用赋值号（“=”）来表示，它具体的含义是：把“=”右边表达式的运算值赋给左边的数据对象。赋值号左边必须是能够读写的数据对象，如：开关型数据、数值型数据、事件型数据以及能进行写操作的内部数据对象。而组对象、事件型数据、只读的内部数据对象、系统内部函数以及常量，均不能出现在赋值号的左边，因为不能对这些对象进行写操作。

条件语句有如下三种形式：

If 〖表达式〗Then 〖赋值语句或退出语句〗

If 〖表达式〗Then

〖语句〗

Endif

If 〖表达式〗Then

〖语句〗

Else

〖语句〗

Endif

条件语句中的四个关键字If、Then、Else、Endif”分大小写。如拼写不正确，检查程序会提示出错信息。

条件语句允许多级嵌套，即条件语句中可以包含新的条件语句，MCGS脚本程序的条件语句最多可以有8级嵌套，为编制多分支流程的控制程序提供了可能。

IF语句的表达式一般为逻辑表达式，也可以是值为数值型的表达式，当表达式的值为非0时，条件成立，执行Then后的语句，否则，条件不成立，将不执行该条件块中包含的语句，开始执行该条件块后面的语句。

退出语句为Exit，用于中断脚本程序的运行，停止执行其后面的语句，一般在条件语句中使用退出语句，以便在某种条件下，停止并退出脚本程序的执行。

2. 脚本程序清单的编写

回到组态环境,进入循环策略组态窗口,如图所示。单击工具栏“新增策略行”按钮，在定时器下增加一行新策略。选中策略工具箱的“脚本程序”，光标变为手形。单击新增策略行末端

的小方块，脚本程序被加到该策略。双击“脚本程序”策略行末端的方块。出现脚本程序编辑窗口。输入附录1中的程序清单。单击保存按钮。

3.6报表输出及曲线显示

在系统实际运行的时候，可能会发生一些意外情况，甚至可能会引发事故。为了进行实时的精确监控，需要系统进行实时的数据显示；当意外情况发生后，需要查找原因，这就需要系统显示历史数据，以避免今后再发生类似情况。可以说，系统重要的数据显示对安全生产非常重要。因此制作了数据显示和曲线显示。这里制作的数据显示包括：实时报表、历史报表、报警显示如图3.13所示，曲线显示包括实时曲线显示和历史曲线显示如图所示。

数据显示

曲线显示

9. 组对象的定义

1．进入实时数据库，单击“新增对象”按钮，增加一个组对象。

2．双击该对象，弹出属性设置窗口。

3．在“基本属性”设置页设置对象名：数据组，类型：组对象。

4．单击“组成员对象”选项卡，进入“组对象成员”页。

5．在左边数据对象列表中选择“水”，单击“增加”按钮，数据对象、“水”被添加到右边的“数据组成员列表”中。按照同样的方法，将“压力”、“温度”添加到组对象成员中，如图所示。

6．单击“确认”按钮，组对象设置完毕。

组对像属性窗口

10.报表输出

所谓数据报表就是根据实际需要以一定的格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，常用的报表有实时数据报表和历史数据报表。

数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是对生产过程中系统监控对象状态的综合记录。

实时报表：实时报表用于将当前时间的数据变量按一定报告格式显示和打印出来。通常实时报表可以通过MCGS系统的自由表格构件来创建。

具体操作步骤如下

1．打开用户窗口中的数据显示窗口，单击工具箱，选择“自由表格”制作一个15行2列的表格。

2．双击表格进入编辑状态，在A列1行输入水等变量，B列都输入1|0或1|0，如图3.16所示。

图3.16实时数据报表

历史报表：历史报表通常用语从历史数据库中提取数据记录，并以一定的格式显示历史数据，利用历史表格动画构件实现历史报表的步骤类似于实时数据显示。

实时报警：系统在运行时，可能会发生参数越限情况，实时报警显示是最基本的安全手段，利用实时报警可以显示出报警信息，具体制作历史报警显示的步骤类似于实时数据显示。

11. 曲线显示

对生产过程的重要参数进行曲线记录有两个好处：一是评价过去的生产情况，二是预测以后的生产过程，因此曲线显示在工控系统中是一个非常重要的部分，曲线显示有实时曲线显示和历史曲线显示。

实时曲线：实时曲线可以象笔绘记录仪一样与曲线形式实时显示一个或多个数据对象数值的变化情况，具体操作步骤类似于实时数据显示。

历史曲线：历史曲线主要用于事后查看数据和状态，分析变化趋势和总结规律。制作过程略。

12. 历史报警显示

由于实时报警显示窗口中记录的报警次数为八次，因此报警窗口中只能显示出当前次的报警信息。历史报警功能显示使系统可以显示出指定时间内的所有报警信息。

13. 主控窗口的设置

单击屏幕左上角的工作台图标，弹出“工作台”窗口。单击“主控窗口”选项卡，进入“运行环境菜单”单击右键新增一个菜单项。又击新增的菜单项进入菜单属性设置窗口，“菜单名”改为：加热反应炉，“快捷键”改为Ctrl+W,并选择普通菜单项。在菜单操作中选择打开用户

窗口，并打开后面的下拉菜单选择用户窗口中的“加热反应炉控制系统”单击确定并保存，如图所示。

利用同样的方法设置其他的“历史报警”“数据显示”“曲线显示”如图所示。经过以上设置，在MCGS运行环境中方便于用户窗口中各窗口的切换。

主控菜单属性窗口

运行环境菜单窗

14.调试

1. 指示灯的动画调试

1．在画面中添加一个按钮，名为“指示灯试验”。

2．对该按钮作“操作属性”→“数据对象值操作”→“取反”动画连接。

3．存盘后进入运行环境观察结果。

刚进入运行环境，“指示灯”变量=0，则指示灯显示红色；鼠标单击“指示灯试验”按钮，“指示灯”变量=1，指示灯显示绿色；再次单击“指示灯试验”按钮，“指示灯”变量=0，指示灯显示红色。

2. 其他各器件的调试

类似于上述指示灯的调试方法分别调试好其他指示灯、按钮、反应炉、各阀门的动画调试。

3.脚本程序的调试

编辑和调试程序时仍然要遵守逐段编辑和调试和习惯，切记一次性输入，具体做法如下

1．输入第一段程序水的动画子程序

IF Y2=1 THEN '进料阀开

水=水+0.5

IF 水>80 THEN

水=80

ENDIF

ENDIF

IF 水>=70 then'上限液位器报警

X3=1

ELSE

X3=0

ENDIF

IF Y4=1 THEN '泻放阀开

水=水-0.5

IF 水<0 THEN

水=0

ENDIF

ENDIF

IF 水<=10 THEN '下限液位器报警

X1=1

ELSE

X1=0

ENDIF

2．单击检查按钮，进行语法检查，如果报错请及时修改。

3．单击“保存”按钮。

进入运行环境，单击“进料阀Y2”，观察反应炉内液位的变化。如果缓慢一升则表示调试成功。否则修改，同理调试好所有的程序。

4.系统运行调试

加热反应炉监控系统画面编缉好，并进行动画连接后，用鼠标单击工具条中的“进入运

行环境” 按钮，或操作快捷键F5进入MCGS组态运行环境。单击启动按钮SB1，看加

热反应炉监控画面的排气阀Y1进料阀Y2是否找开，水位是否上升，数据是否增加等相应的动作，并能够按要求动作。如图所示。并查看数据显示窗口和曲线显示窗口是否正常显示数据和曲线如图和图所示。

5.系统报警调试

在系统正常运行下人为拖动流动块使炉内的某个值（如水、温度、压力）超过规定的值并查看报警显示中是否有报警信息，如图所示。并单击复位按钮系统是否能还原到初始值。

监控画面

数据显示

曲线显示

15.调试结果分析

若按照上述反应炉的整个控制过程控制，则表明该系统调试成功，若出现了问题，则对出现的各种问题进行分析。

1．炉内水位不上升。

（1）炉内水的动画连接没有连接好。

（2）脚本程序中水的动画子程序中的水上升的子程序没有或那一条程序出错。

2．炉内水位无限上升。

（1）上液位传感器不能动作。

（2）脚本程序中水的动画子程序中的水的极限值那一条程序没有。

3．系统无法报警。

（1）没有设定报警极限值或是设定的报警极限值过高。

（2）脚本程序中没有报警子程序或是报警子程序无效。

4．报表信息无法显示，报表的动画连接未连接，或是连接出错。

5．系统无法复位，复位子程序没有或出错。

6．系统复位后或停止后无法重起系统，脚本程序中循环子程序出错。

4.实训结果

加热反应炉是许多企业中的重要设备之一，为了避免事故的发生，实现安全生产，有必要对它的状态进行实时数据监控。通过MCGS组态软件设计上位机监控画面，实时监控各参数。本设计利用组态MCGS组态技术，使加热反应炉进行进料和排料，进气和排气，加热等自动控制，还可以进行数据实时报表输出，并可以对加热反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出，并显示出报警信息，这样能预防和减少生产过程中的安全事故的发生，提高了人身的安全系数。当意外发生或事故发生了以后，可以通过对历史数据报表和曲线观察分析，迅速总结经验，加强管理，从而避免今后再次发生类似的意外情况或事故，达到安全生产的目的。

5.实训体会

本文利用MCGS组态软件的强大控制功能，对加热反应炉控制系统进行监控系统设计，使加热反应炉进行进料和排料，进气和排气，加热等自动控制，还可以进行数据实时报表输出，并可以对加热反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出，并显示出报警信息，这样能预防和减少生产过程中安全事故的发生，增加了生产设备和工作人员的安全性，有利于提高企业的生产效益和经济效益，在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下，采用灵活的组态方式，为用户提供快速构建自动控制工业系统的监控功能的、通用层次的软件工具。目前工控领域对软件的需求量增大，只靠传统的写代码方式来开发软件，不仅耗时耗力，而且日后对软件的维护和升级也很麻烦。在这种环境下，组态软件发挥了重大的作用。使用组态软件可以快速地开发出组态工程，并可以满足绝大部分的要求。