基于MCGS的水位监控系统仿真设计

李玉兰，赵崧程，崔守娟

（镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212016）

在日常生活中，常需要对容器中的液位（水位）进行自动控制，如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器的蓄水量，抽水马桶自动补水、电开水机自动进水等。虽然水位控制的技术要求和精度不同，但基本控制原理都为反馈控制方式，如图1所示。控制方式的主要区别是检测液位方式、反馈形式和控制器。

图1 液位（水位）自动控制原理Figure 1 Principle of automatic control of liquid level（water level）

超声波、激光红外测距、机械浮子、压力传感器测距等工程应用的液位测量用方法，应根据应用场合和要求进行选择。随着科技的迅猛发展，液位测量技术趋于智能化、微型化、可视化。为更好地节约资源，实现对水位的智能化控制，选用MCGS组态软件对水箱的水位控制进行模拟仿真，实现水位的满、低水位控制。

1 MCGS组态软件

MCGS组态软件是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp 等操作系统。 这个组态软件有3个版本，分别是嵌入版、网络版、通用版。系统设计采用的是嵌入版。

2 水位监控系统的组成

通过动画制作、控制流程编写、模拟设备连接等组态操作来组成水位控制系统的MCGS组态。水位控制需要采集的数据包括2个模拟数据和3个数字数据，具体如表1所示。

表1 采集数据Table 1 Data collecting

3 水位监控系统设计

3.1 新建工程和建窗口

通过建立5个窗口来完成仿真，分别为主窗口、水位控制、报警、曲线和报表。点击MCGS组态环境进入MCGS组态平台，点击“文件”，选中“新建工程”，确认，如图2所示。点击“用户窗口”图标，选中“窗口0”，单击“属性”进入“用户窗口属性设置”对话框，如图3所示。

在基础属性中将窗口名称改为“水位控制＂；在＂窗口位置”选中“最大化显示”；点击“水位控制”，选中“动画组态”进入“动画制作”窗口，使用模拟设备进行连接，动画就可以自动运行。窗口界面如图4所示。

3.2 定义数据对象

单击MCGS组态中的“实时数据库”，进入实时数据库窗口。在实时数据库窗口选择 “新增对象”按钮，在数据对象列表中增加新数据对象。定义后的数据对象如图5所示。

3.3 建立动画和动画连接

根据系统的设计要求建立与其相关的仿真画面。为实现仿真效果，需要对每一个图形和管道进行动画连接。动画连接建立完成后，系统会按照动画连接的要求图形进行对象变化。建好的主画面如图6所示。

图2 新建工程窗口Figure 2 New project window

图3 用户窗口属性Figure 3 User window properties

图4 窗口界面Figure 4 Windows interface

图5 数据名称及数据类型Figure 5 Data name and data type

图6 水位控制界面Figure 6 Water level control interface

3.4 脚本程序编辑

部分命令语言如下：

IF急停＝1THEN

水泵＝0

调节阀＝0

出水阀＝0

运行方式＝0

ELSE

IF运行方式＝1THEN

出水阀＝1

IF液位2＜液位2下限THEN

调节阀＝1

ENDIF

IF液位2＞液位2上限THEN

调节阀＝0

ENDIF

IF液位1＜液位1下限THEN

水泵＝1

ENDIF

IF液位1＞液位1上限THEN

水录＝0

ENDIF……

3.5 系统仿真

系统命令语言编辑完成后，建立报警显示、报警数据、报表网格和趋势曲线图，按照要求完成设置并保存。点击下载工程按钮进入运行环境图标，在下载配置窗口点击工程下载，下载完成后进行工程运行。

系统运行时，可通过点击启动打开水泵，水泵的水流入水罐1，当水罐1的达水位达到上限时，水泵关闭；调节阀开启，水罐1的水减少，流入水罐2的水不断增加；到达水位上限后，调节阀关闭，出水阀打开。系统运行原理如图7所示

图7 系统运行原理Figure 7 System operation principles

点击曲线按钮进入曲线窗口，Y轴显示水位，X轴显示时间。曲线分为实时曲线和历史曲线两部分。实时曲线是不可回调的。如果需要查看某一段时间的水位数值，需要用到历史曲线，可以将历史曲线回调，调到想要的时间段，查看数据和状态变化趋势。

点击报表按钮进入报表窗口（见图8），图标显示数值。与曲线相同，报表也有实时报表和历史报表2种，实时不可调而历史可调。

运行界面显示液位报警时，按下“报警”按钮进入报警窗口，显示报警数据。报警内容分别是水罐1的液位和水罐2的液位，报警描述是水罐没水。远距离传送高低水位上下限的报警，对相应的水泵电机进行相应控制。

图8 数据报表图Figure 8 Data report diagram

4 结语

通过使用MCGS组态监控软件对水位监控进行模拟仿真，实现实时监控、报警信号、数据显示、报表查询和趋势曲线等功能。监控过程的可视化操作，带来良好的可维护性和运行安全性，且效率极高。