朱文兵，周月陽，祝本明

（中國兵器工業(yè)第五八研究所 四川 綿陽 621000）

基于MCGS的水泥生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控教學(xué)仿真系統(tǒng)

朱文兵，周月陽，祝本明

（中國兵器工業(yè)第五八研究所 四川 綿陽 621000）

基于安全隱患、避免惡劣環(huán)境及使新學(xué)員能夠快速掌握水泥生產(chǎn)工藝和操作方法的目的，采用MCGS組態(tài)和VB通訊軟件，基于TCP/IP協(xié)議及OLE技術(shù)設(shè)計開發(fā)的水泥生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控模擬教學(xué)系統(tǒng)。該教學(xué)系統(tǒng)由水泥生產(chǎn)監(jiān)控模擬界面及利用OLE自動化功能開發(fā)的C/S通信程序組成，可根據(jù)需求擴展教師端/學(xué)生端。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)使新學(xué)員快速掌握水泥生產(chǎn)工藝和操作方法，有效解決了安全隱患，提高了教學(xué)水平。

現(xiàn)場監(jiān)控；教學(xué)仿真；MCGS組態(tài)；OLE；VB

近年來，為適應(yīng)快速發(fā)展的水泥行業(yè)對技術(shù)人才的需求，國內(nèi)許多院校對無機非金屬材料工程專業(yè)做了大量的教學(xué)改革與研究工作[1]，培養(yǎng)了大批水泥企業(yè)急需的技術(shù)人才。但是由于學(xué)生人數(shù)不斷增加，實習(xí)時間也不斷受到擠壓，投入經(jīng)費不斷縮減，企業(yè)內(nèi)部管理制度也有其局限性，導(dǎo)致學(xué)生實習(xí)技術(shù)指導(dǎo)不足，缺少動手操作機會，難以到達(dá)教學(xué)目的[2]。水泥生產(chǎn)線現(xiàn)場的安全隱患和惡劣的作業(yè)環(huán)境，一直是新員工的培訓(xùn)以及學(xué)生實踐教學(xué)方面需要面對的問題，而教學(xué)仿真系統(tǒng)軟件的應(yīng)用卻可避開這些問題。在建材專業(yè)教學(xué)仿真軟件方面，國內(nèi)的兩種自主開發(fā)版本均用高級語言開發(fā)，存在成本較高或界面及工藝效果不佳的缺陷[3-4]。

建材行業(yè)作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，組態(tài)軟件界面效果較佳，能完成數(shù)據(jù)的采集、歸檔等功能需求，但在C/S教學(xué)仿真方面卻存在一定的缺陷，不能滿足一對若干的教學(xué)系統(tǒng)及單一通訊監(jiān)控需求；高級語言開發(fā)周期較長，需要耗費大量的人力財力等，而且最終效果不及組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集效果[5]。MCGS（監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)，Monitor and Control Generated System）是一套基于windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，它克服了傳統(tǒng)的監(jiān)測和控制裝備的弊端，實現(xiàn)了更加高效、快捷的自動化控制，它的出現(xiàn)為上述問題找到了新的解決方法。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 故研究和設(shè)計一款綜合組態(tài)軟件和高級語言特點優(yōu)勢的仿真教學(xué)軟件，并介紹軟件組態(tài)和通訊，以及DCS總線的設(shè)計與實現(xiàn)。

1 概 述

MCGS 包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境2 個部分。在組態(tài)環(huán)境中，可完成動畫設(shè)計、流程控制、報警組態(tài)、報表設(shè)計、設(shè)備連接等組態(tài)工作，即可完成一整套MCGS 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。在運行環(huán)境中，工程技術(shù)人員運行和處理在組態(tài)環(huán)境中完成的監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動畫顯示、實時輸出顯示的目的[6]。MCGS 的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

MCGS工控組態(tài)軟件，支持快速構(gòu)造和計算機遠(yuǎn)程監(jiān)控，具有與第三方軟件良好的接口功能。MCGS能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。并且，MCGS用Active DLL構(gòu)件的方式實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動程序，通過規(guī)范的OLE等接口掛接其中，無縫接入，構(gòu)成一個整體。

圖1 MCGS框圖Fig.1 Block diagram of MCGS

高級編程語言VB，具有入門容易、操作簡單、資源豐富等特點，特別是其具有WinSock部件，可實現(xiàn)工業(yè)Internet通訊功能，為其通訊等的二次開發(fā)提供便利，并且，其提供與外圍OLE接口功能。

圖2 教學(xué)仿真系統(tǒng)原理框圖Fig.2 Schematic diagram of Teaching Simulation System

水泥線生產(chǎn)過程監(jiān)控模擬系統(tǒng)的DCS監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。各用戶端MCGS監(jiān)控界面中實時數(shù)據(jù)庫，通過OLE接口與本機VB模塊交換數(shù)據(jù)，VB通過WinSock模塊中TCP/IP協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)中交換數(shù)據(jù)。并且，通訊設(shè)限，只有教師端能與各學(xué)生端進(jìn)行通訊，學(xué)生端間不能進(jìn)行通訊。

2 教學(xué)仿真系統(tǒng)設(shè)計

2.1 水泥生產(chǎn)及配料PID控制工藝

水泥生產(chǎn)工藝過程通常簡要的概括為“三磨一燒”即生料磨系統(tǒng)、煤磨系統(tǒng)、水泥磨系統(tǒng)和水泥窯燒成系統(tǒng)。根據(jù)新型干法水泥生產(chǎn)工藝，監(jiān)控界面主要設(shè)計生料制備系統(tǒng)監(jiān)控窗口、窯尾系統(tǒng)監(jiān)控窗口、窯頭系統(tǒng)監(jiān)控窗口、煤粉制備系統(tǒng)監(jiān)控窗口、水泥制成系統(tǒng)監(jiān)控窗口和數(shù)據(jù)報警窗口。另外根據(jù)教學(xué)仿真系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)教育和考核的具體要求，增設(shè)系統(tǒng)故障窗口和現(xiàn)場處理窗口（如圖3中總覽區(qū)所示）。

各窗口界面中，完全模仿真實水泥生產(chǎn)流程工藝，且各環(huán)節(jié)參數(shù)均按照5000t/D的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，調(diào)節(jié)控制量則采用PID控制算法編寫策略腳本實現(xiàn)。

2.2 MCGS組態(tài)設(shè)計

MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略組成，每一部分別進(jìn)行組態(tài)，完成不同的工作。

主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。

設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。

用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。

實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。

運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（if，，then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。

設(shè)計的水泥生產(chǎn)線教學(xué)仿真軟件平臺，既是在主窗口調(diào)度和管理其他窗口；在用戶窗口組態(tài)水泥生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的人機交互界面；在實時數(shù)據(jù)庫設(shè)計各變量，用于各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)交換和處理，通過掛接的OLE接口與通訊模塊交換相關(guān)數(shù)據(jù)；在運行策略中設(shè)計各環(huán)節(jié)運行流程的控制，在本系統(tǒng)中共設(shè)計三類循環(huán)策略：系統(tǒng)故障報警、學(xué)生操作正誤判斷、生料配料PID控制。

如圖4所示，學(xué)生端MCGS系統(tǒng)根據(jù)接收到的故障類型重新設(shè)置相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生越線報警（如圖2中報警區(qū)所示）。為便于教學(xué)仿真實驗和考核，在MCGS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立了每種故障的正確處理步驟，利用循環(huán)策略監(jiān)測學(xué)生的每一步操作并做出正誤判斷，對學(xué)生的操作做出評分。

圖4 循環(huán)策略運行系統(tǒng)Fig.4 Cycle Strategy run-system

生料配料是教學(xué)仿真系統(tǒng)的主要內(nèi)容，通過編寫策略腳本，可真實模擬皮帶秤的校秤及測控時的三率值PID控制過程（如圖2中PID控制設(shè)置所示）。

2.3 VB通訊嵌入組態(tài)

VB通訊模塊，主要是利用其OLE接口，將MCGS系統(tǒng)聯(lián)入Internet，實現(xiàn)1：n模式的教學(xué)仿真（如圖2所示）。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中教師端建立了16種故障類型（如圖5所示），教師端根據(jù)教學(xué)需求，選擇故障類型、試題發(fā)送對象和發(fā)送方式，學(xué)生端收到故障類型后在MCGS系統(tǒng)中改變相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行報警。

在VB主通訊界面中，加入了考試學(xué)生問題反饋窗口和考試結(jié)果保存及瀏覽數(shù)據(jù)庫Excel，以實時保存各學(xué)生端操作數(shù)據(jù)和打分結(jié)果。

3 結(jié)束語

基于MCGS和VB的水泥生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控教學(xué)系統(tǒng)，充分利用了MCGS龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫及數(shù)據(jù)庫，通過VB的OLE接口及Socket模塊，實現(xiàn)了工業(yè)Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控教學(xué)目的。該系統(tǒng)已應(yīng)用于日常教學(xué)系統(tǒng)中，收到了較好的仿真教學(xué)效果。并且MCGS預(yù)留的設(shè)備窗口，可進(jìn)行再次開發(fā)，用于生產(chǎn)現(xiàn)場的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖5 試題發(fā)送系統(tǒng)Fig.5 Questions send system

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Teaching simulation system of site supervision for cement production based on MCGS

ZHU Wen-bing，ZHOU Yue-yang，ZHU Ben-ming
（NO.58 Research Institute of China Ordnance Industries，Mianyang 621000，China）

For security risks、avoiding harsh environment and enable students to quickly grasp new production processes and methods of operation purpose cement，using VB MCGS configuration and communication software，based on TCP /IP protocols and the OLE technology design and development of cement production site monitoring simulation teaching system .The teaching system is composed of cement production control simulation using OLE Automation interface and the development of C/S communication program component，teachers can expand on demand client/student side.Experimental results show that the system allows students to quickly grasp new cement production process and method of operation，an effective solution to the security risks，improve the teaching level.

site supervision；Teaching simulation； MCGS configuration；OLE；VB

TN06

A

1674-6236（2014）11-0005-03

2014-03-10 稿件編號：201403102

國家科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金支持項目（11C26215105683）

朱文兵（1975—），男，羌族，四川綿陽人，工程師。研究方向：數(shù)控技術(shù)開發(fā)。