基于MCGS的水泥生产现场监控教学仿真系统

朱文兵，周月阳，祝本明

（中国兵器工业第五八研究所 四川 绵阳 621000）

基于MCGS的水泥生产现场监控教学仿真系统

朱文兵，周月阳，祝本明

（中国兵器工业第五八研究所 四川 绵阳 621000）

基于安全隐患、避免恶劣环境及使新学员能够快速掌握水泥生产工艺和操作方法的目的，采用MCGS组态和VB通讯软件，基于TCP/IP协议及OLE技术设计开发的水泥生产现场监控模拟教学系统。该教学系统由水泥生产监控模拟界面及利用OLE自动化功能开发的C/S通信程序组成，可根据需求扩展教师端/学生端。实验结果表明，该系统使新学员快速掌握水泥生产工艺和操作方法，有效解决了安全隐患，提高了教学水平。

现场监控；教学仿真；MCGS组态；OLE；VB

近年来，为适应快速发展的水泥行业对技术人才的需求，国内许多院校对无机非金属材料工程专业做了大量的教学改革与研究工作[1]，培养了大批水泥企业急需的技术人才。但是由于学生人数不断增加，实习时间也不断受到挤压，投入经费不断缩减，企业内部管理制度也有其局限性，导致学生实习技术指导不足，缺少动手操作机会，难以到达教学目的[2]。水泥生产线现场的安全隐患和恶劣的作业环境，一直是新员工的培训以及学生实践教学方面需要面对的问题，而教学仿真系统软件的应用却可避开这些问题。在建材专业教学仿真软件方面，国内的两种自主开发版本均用高级语言开发，存在成本较高或界面及工艺效果不佳的缺陷[3-4]。

建材行业作业监控系统中，组态软件界面效果较佳，能完成数据的采集、归档等功能需求，但在C/S教学仿真方面却存在一定的缺陷，不能满足一对若干的教学系统及单一通讯监控需求；高级语言开发周期较长，需要耗费大量的人力财力等，而且最终效果不及组态软件数据采集效果[5]。MCGS（监视与控制通用系统，Monitor and Control Generated System）是一套基于windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，它克服了传统的监测和控制装备的弊端，实现了更加高效、快捷的自动化控制，它的出现为上述问题找到了新的解决方法。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。 故研究和设计一款综合组态软件和高级语言特点优势的仿真教学软件，并介绍软件组态和通讯，以及DCS总线的设计与实现。

1 概 述

MCGS 包括组态环境和运行环境2 个部分。在组态环境中，可完成动画设计、流程控制、报警组态、报表设计、设备连接等组态工作，即可完成一整套MCGS 监控系统的设计。在运行环境中，工程技术人员运行和处理在组态环境中完成的监控系统，使系统能够实现动画显示、实时输出显示的目的[6]。MCGS 的整体结构框图如图1所示。

MCGS工控组态软件，支持快速构造和计算机远程监控，具有与第三方软件良好的接口功能。MCGS能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案。并且，MCGS用Active DLL构件的方式实现设备驱动程序，通过规范的OLE等接口挂接其中，无缝接入，构成一个整体。

图1 MCGS框图Fig.1 Block diagram of MCGS

高级编程语言VB，具有入门容易、操作简单、资源丰富等特点，特别是其具有WinSock部件，可实现工业Internet通讯功能，为其通讯等的二次开发提供便利，并且，其提供与外围OLE接口功能。

图2 教学仿真系统原理框图Fig.2 Schematic diagram of Teaching Simulation System

水泥线生产过程监控模拟系统的DCS监控系统如图2所示。各用户端MCGS监控界面中实时数据库，通过OLE接口与本机VB模块交换数据，VB通过WinSock模块中TCP/IP协议在工业以太网中交换数据。并且，通讯设限，只有教师端能与各学生端进行通讯，学生端间不能进行通讯。

2 教学仿真系统设计

2.1 水泥生产及配料PID控制工艺

水泥生产工艺过程通常简要的概括为“三磨一烧”即生料磨系统、煤磨系统、水泥磨系统和水泥窑烧成系统。根据新型干法水泥生产工艺，监控界面主要设计生料制备系统监控窗口、窑尾系统监控窗口、窑头系统监控窗口、煤粉制备系统监控窗口、水泥制成系统监控窗口和数据报警窗口。另外根据教学仿真系统网络教育和考核的具体要求，增设系统故障窗口和现场处理窗口（如图3中总览区所示）。

各窗口界面中，完全模仿真实水泥生产流程工艺，且各环节参数均按照5000t/D的标准设计，调节控制量则采用PID控制算法编写策略脚本实现。

2.2 MCGS组态设计

MCGS组态软件系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略组成，每一部分别进行组态，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个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（if，，then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。

设计的水泥生产线教学仿真软件平台，既是在主窗口调度和管理其他窗口；在用户窗口组态水泥生产各个环节的人机交互界面；在实时数据库设计各变量，用于各个环节的数据交换和处理，通过挂接的OLE接口与通讯模块交换相关数据；在运行策略中设计各环节运行流程的控制，在本系统中共设计三类循环策略：系统故障报警、学生操作正误判断、生料配料PID控制。

如图4所示，学生端MCGS系统根据接收到的故障类型重新设置相关监控数据，使数据产生越线报警（如图2中报警区所示）。为便于教学仿真实验和考核，在MCGS系统数据库中建立了每种故障的正确处理步骤，利用循环策略监测学生的每一步操作并做出正误判断，对学生的操作做出评分。

图4 循环策略运行系统Fig.4 Cycle Strategy run-system

生料配料是教学仿真系统的主要内容，通过编写策略脚本，可真实模拟皮带秤的校秤及测控时的三率值PID控制过程（如图2中PID控制设置所示）。

2.3 VB通讯嵌入组态

VB通讯模块，主要是利用其OLE接口，将MCGS系统联入Internet，实现1：n模式的教学仿真（如图2所示）。系统数据库中教师端建立了16种故障类型（如图5所示），教师端根据教学需求，选择故障类型、试题发送对象和发送方式，学生端收到故障类型后在MCGS系统中改变相关参数并进行报警。

在VB主通讯界面中，加入了考试学生问题反馈窗口和考试结果保存及浏览数据库Excel，以实时保存各学生端操作数据和打分结果。

3 结束语

基于MCGS和VB的水泥生产现场监控教学系统，充分利用了MCGS庞大的标准图形库及数据库，通过VB的OLE接口及Socket模块，实现了工业Internet远程监控教学目的。该系统已应用于日常教学系统中，收到了较好的仿真教学效果。并且MCGS预留的设备窗口，可进行再次开发，用于生产现场的实时远程监控。

图5 试题发送系统Fig.5 Questions send system

[1] 胡成刚.从水泥行业发展谈无机非金属材料工程专业教学改革[J].长春理工大学学报，2011，24（1）：165-167.

HU Chen-gang.On the educational reforms of inorganic nonmetallic materials engineering specialty from the development of cement industry[J].Journal of Changchun University of Science and Technology，2011，24（1）：165-167.

[2] 林海燕，阳勇福，郭献军，等.新型干法水泥生产仿真技术在水泥工程实践教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012（17）：10-13.

LIN Hai-yan，YANG Yong-fu，GUO Xian-jun，et al.Application of the simulating technique to NSP system cement engineering practice teaching[J].China Modern Educational Equipment，2012（17）：10-13.

[3] 陈松，朱波.新型干法水泥生产中控模拟系统在教学中的应用探讨[J].昆明冶金高等专科学校学报，2008，24（3）：99-101.

CHEN Song，ZHU Bo.Discussion on the application of central controlling simulated system of new cement production in teaching[J].Journal of Kunming Metallurgy College，2008，24（3）：99-101.

[4] 王海东.水泥生产过程多AGENT控制系统的研究 [D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库，2004.

[5] 容祝捷，李凌凌.“水泥生产煅烧工艺”实践性教学的探讨[J].云南大学学报，2008，30（S1）：363-365.

RONG Zhu-jie，LI Ling-ling.The discuss of practice teaching's methods by”T he cour se of cement making and calcining techniques”[J].Journal of Yunnan University，2008，30（S1）：363-365.

[6] 高洁，刘云楷等.基于MCGS的压缩机监控系统的设计[J].工矿自动化，2009（12）：19-21.

GAO Jie，LIU Yun-kai.Design of Compressor Monitoring and Control System Based on MCGS[J].Industry and Mine Automation，2009（12）：19-21.

[7] 谭浩强.Visual BASIC程序设计[M].北京：清华大学出版社，2000.

[8] 王萍.聂伟强.Visual Basic6.0程序设计基础教程[M].北京：电子工业出版社，2012.

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 稿件编号：201403102

国家科技型中小企业技术创新基金支持项目（11C26215105683）

朱文兵（1975—），男，羌族，四川绵阳人，工程师。研究方向：数控技术开发。