关键词：组态软件;MCGS;空压机;计算机监控
1. 引言
随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域中都引入了计算机自动检测与控制技术。在煤矿中，甚至许多有风动机械的企业，因工作性质的需要，都离不开空气压缩机。现代化的煤矿，要求空压机装置有较高的自动化水平，采用微机控制是空压机发展的必然趋势，它可以减轻操作人员的劳动强度，对空压机的可靠安全运行起到保证和促进作用。按照《煤矿安全规程》的有关要求，空压机必须具有四保护（即超压、超温、断油、断水保护）装置，煤矿迫切需要一整套较完善、且灵敏可靠的检测保护装置。在充分调研的基础上，我们和徐州矿务集团某下属国有重点煤矿签署“空压机组集散监控系统”项目研究合同。该煤矿压风机房有5台活塞式空气压缩机和1台英格索兰螺杆式压缩机，需要监控的空压机运行参数有温度、压力、流量及供电参数等，其中对英格索兰空压机还进行了低压变频控制。
2. 系统硬件构成
系统主要由上位机、打印机、三菱PLC、传感/变送器、宇光智能仪表、电磁阀、多芯电缆组成。遵照空压机控制流程要求，PLC完成对每台空压机的单独手动控制和整个空压机组的自动编组运行控制。传感器、变送器将空压机的压力、温度、流量和供电参数等模拟量转化为4-20mA标准信号送宇光智能仪表，宇光智能仪表主要完成多路测量信号的实时显示与报警，同时通过RS485通讯模块将测量信号送上位机，上位机负责空压机组集散监控系统的组态界面显示，包括空压机运行动画界面、各监控参数的实时数据、历史数据、状态曲线、报警显示、参数设置、故障分析与诊断等。系统硬件结构框图见图1所示。
图1 系统硬件结构图
3. 系统的组态设计及功能实现
组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术，它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。在本项目的监控软件开发中，我们选用国内应用较为普遍的北京昆仑通态公司的MCGS5.5版组态软件。全中文工控组态软件MCGS是一套基于Microsoft Windows 98/Me/NT/2000操作系统，可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和开发平台。
MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统;运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
3.1 系统组态
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
（1）主控窗口组态 主控窗口是应用系统的父窗口和主框架。通过对系统菜单和系统参数的定义和设置来调度与管理运行系统，反映出应用工程的总体概貌。
（2）用户窗口组态 主要用于设置工程中的人机交互界面，用户窗口中的监控画面由静态和动态画面两部分组成。本工程组态的用户窗口有主控界面、各空压机分界面、报警显示、故障诊断、参数设置、曲线图、数据打印、远程控制等。空压机组集散监控系统的主控界面如图2所示。
图2 系统主控界面
（3）实时数据库组态 实时数据库是MCGS的核心，工程各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。按照系统设计的实际需要，本工程定义和设置了数值型、开关型、组对象三类数据对象，共约200点。
（4）设备构件组态 设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。计算机串行口是计算机和其它设备通讯时最常用的一种通讯接口，一个串行口可以挂接多个通讯设备，为适应计算机串行口的多种操作方式，MCGS组态软件采用在串口通讯父设备下挂接多个通讯子设备的处理机制。空压机组集散监控系统中，上位机监控选用国内著名品牌联想商用机，由于外挂通讯设备较多，为提高通讯速度与可靠性，上位机通过扩展提供4个串行口与现场PLC、智能仪表通讯。本工程设备窗口组态时的几点说明：首先，现场智能设备上的口地址跳线要和相应设备构件属性中模块地址设置一致;其次，所有通讯子设备构件（宇光_AI708M、三菱FX_485等）的初始工作状态设置为停止，以便在运行环境中根据空压机实际投运情况用循环策略启停相应设备;第三，在通道连接属性页中，把所有未使用的通道的周期设置为0。后两种处理方案都是为了提高系统投运设备的实时通讯速度与可靠性。
（5）运行策略组态 本窗口主要完成工程运行流程的控制。根据实际系统的控制算法及要完成的特定流程和操作处理，在MCGS“运行策略”窗口中对“循环策略”、“用户策略”、“报警策略”等分别进行组态和设置。如对循环策略的组态是利用策略工具箱中的脚本程序构件，用类Basic语言的命令编写设备启停、报警限值在线设置、开机自检、电机转子旋转动画等处理程序，同时设置策略行条件属性;报警策略用来实现对不同类型报警（如温度、压力、励磁电流、断水等）的语音提示，语音文件中的汉语发音由中科大讯飞信息科技公司“InterPhonic CN语音合成系统”产生，报警效果如真人发音;用户策略主要用存盘数据提取、Excel报表输出构件产生各种报表及故障诊断信息，以供操作人员查询、打印及分析之用。
3.2 主要功能的实现
MCGS运行环境是独立的运行系统，按照组态环境中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
（1）该监控系统根据操作人员不同，设定不同的使用权限，有效地保证了系统操作的安全性。
（2）系统参数实时监测及显示 本系统通过MCGS组态软件实现了对空压机运行所有参数的实时监控，使得各空压机当前的流量、供电参数、监控温度、监控压力等直观动态的显示在同一画面上，便于监控生产，实现了生产过程的实时管理和系统的可视化。
（3）参量超限报警及故障诊断 本工程对空压机系统的供电主电流、励磁电流、一级缸排气温度、二级缸排气温度、油温、风包温度、冷却水温、一级缸压力、二级缸压力、油压、断水等参量都设置了超限报警，运行过程中一旦参量值超限，组态软件可实现分类语音报警和动态画面提示，并可将报警信息存入报警信息数据库，供事后统计分析。针对每个设置有报警属性的参量，在组态时都给出了报警原因分析，因此，利用报警信息数据库可以生成故障专家诊断信息，以供现场人员检修时参考。按照规程，空压机系统的不同参量的报警限值因季节而异，为适应这种状况，用循环策略实现了报警限值的在线设置。
（4）存盘数据处理 利用MCGS组态软件设置的历史报表、历史曲线以图表或曲线形式给出空压机关键参数在历史任意时刻的运行状态及变化趋势，以备现场操控人员查询、分析之用。图3给出5#空压机运行中某时段温度、压力的历史曲线。由存盘数据提取和Excel报表输出构件制作的班报表、日报表、月报表，可定期打印上报，克服了以前人工记录数据的繁琐与随意性。
图3 历史曲线图
（5）远程控制 空压机的启停及状态监控由下位机PLC编程实现，通过现场控制柜上转换开关的切换，空压机可工作于单台手动和自动编组运行控制两种方式。通过设备构件的组态，可方便地在上位机实现空压机组的远程手动与自动编组运行控制。
4. 结语
MCGS组态软件以其优异的特性在空压机组集散监控系统中获得了成功的应用，实现了实时数据浏览、历史数据趋势显示、监控参数报警提示、空压机远程启停控制等功能，达到了技术合同书全部条款要求。相对原有空压机系统，该监控系统具有自动化程度高、参数监测灵敏、运行可靠性高等优点，在现代化矿山企业的空压机微机化控制改造中具有较强的借鉴意义，值得推广和应用。
本文作者的创新点是：从煤矿空压机系统实际监控需求出发，详述了空压机组上位机监控软件的开发过程及实现功能，工程运行实践表明，该系统运行可靠、操作简便、自动化程度高。
参考文献
[1]MCGS用户指南.北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2005
[2]马兵智，等.组态软件MCGS在锅炉液位控制中的应用[J].控制工程，2004，11（1）：84-86
[3]肖金球，等.工控组态软件MCGS在调和油生产系统中的应用[J].微计算机信息，2006，22（2）：94-96
