基于MCGS 的离心机状态监控系统设计与实现

摘要：针对传统离心机故障排查效率低、成本高的问题，本文设计了一种基于MCGS组态平台的状态监控系统，涵盖界面组态、数据组态、运行策略组态以及循环脚本编程与调试等功能，实时监测系统各输入输出元件的工作状态，实现装料故障、卸料故障、分离故障等典型故障的及时报警。现场测试结果表明，该系统能够对离心机的工作状态进行实时检测，并及时向用户提示发生的故障及其可能的原因，从而缩小故障排查范围，提高故障检修效率，降低故障维修成本。

关键词：离心机；状态监控；MCGS；故障排查；组态软件；故障诊断；人机界面

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）04-0141-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 前言

离心机是一种利用离心力分离液体与固体颗粒或液体与液体混合物中各组分的机械设备。它主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开，或将乳浊液中两种密度不同且互不相溶的液体分离。此外，离心机还可用于排除湿固体中的液体、分离不同密度的气体混合物，以及对固体颗粒按密度或粒度进行分级。因此，离心机在化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等多个领域得到了广泛应用[1]。然而，由于离心机所处工作环境恶劣、长时间连续运行以及维护保养体系相对滞后等原因，设备容易出现各种类型的故障问题，这不仅严重影响生产工作，还可能导致无法保证分离效果[2-3]。

范匡余[2]提出了振动和噪声、电机过热、分离效果不佳、泄漏等各类故障的处理措施。付殿宏等[4]提出了定期维护与提升维护频率等方法。吕鑫[5]提出了注重日常维护保养和加大检修力度。这些传统的故障排查方法主要依赖人工方式，存在效率低、成本高、诊断准确性受限等问题[5-7]。此外，由于现场维护人员的经验和技术水平参差不齐，对于未曾遇到或相对复杂的故障问题，难以做出准确判断，盲目拆卸可能导致离心机的二次损坏。因此，开发一套离心机状态监控系统，实时监测其工作状态，并在系统出现异常时及时发出故障报警并提供合理的解决方案，将有助于减少维修时间、降低设备故障率和维护成本，从而保障生产安全，提高离心机的使用效率，进而提升企业的经济效益，具有重要的现实意义。

基于上述背景，MCGS作为一款功能强大、兼容性强、网络功能完善、易学易用且模拟调试便捷的嵌入式计算机监控系统专用组态软件，被广泛应用于此类开发。因此，笔者利用MCGS组态软件平台开发了离心机状态监控系统，以便对其工作状态进行实时检测，及时向用户提示故障及其可能原因，缩小故障排查范围，从而提高故障检修的效率并降低维修成本。经过现场试验验证，所开发的离心机状态监控系统已成功达到设计目标要求。

1 离心机状态监控系统界面组态

在MCGS平台中的“用户窗口”创建离心机状态监控系统的主界面及I/O口监测界面。如图1所示，主界面主要监控离心机在脱机（与PLC下位机控制系统脱离） 或者联机（与PLC下位机控制系统连接） 工况下的运行状态。当离心机设备处于装料、分离物料和卸料等工步时，相应的装料、工作和卸料指示灯会亮起。

主界面的控制流程如下：当用户在触摸屏主界面上按下“启动”按钮时，离心机主轴电机将开始以空载中速正向旋转；按下“装料”按钮后，装料指示灯亮起，离心机主轴电机转为中速运行，同时装料电磁阀打开，系统开始装料。当装料持续时间达到用户设定的装料时间（例如5秒） 后，装料指示灯熄灭，装料电磁阀关闭，工作指示灯亮起，离心机主轴电机将转为高速运行，工作电磁阀打开，系统开始输送滤液。当达到用户设定的工作时间（例如6秒） 后，工作指示灯熄灭，工作电磁阀关闭，卸料指示灯亮起，离心机主轴电机转为低速运行，卸料阀打开，开始排出废料。若用户在触摸屏主界面上按下“停止”按钮，离心机主轴电机和所有电磁阀将停止工作，设备所有元件复位至初始状态，离心机随即停止运行。

当单击触摸屏主界面上的“I/O口监测”按钮时，系统将切换至I/O口监测界面，实时监控离心机所有开关量元件的工作状态（如限位开关、变频器、装料电磁阀、卸料电磁阀等） ，如图2所示。在I/O口监测界面中，通过读取下位机PLC系统的各输入地址和输出地址的值，将其与对应元件前的指示灯关联。如果指示灯为绿色，则表示该元件处于工作状态；如果指示灯为红色，则表示该元件已停止工作。

2 离心机状态监控系统数据组态

在MCGS平台中，利用“实时数据库”功能创建离心机状态监控系统的实时数据库。用户可以通过单击“实时数据库”中的“新增对象”按钮，设置逻辑变量为开关型数据对象，例如指示灯、限位开关和电磁阀等。同时，设置模拟量为数值型数据，例如控制对象的水平位置等。所有变量的初始值默认为0，如图3 所示。

3 离心机状态监控系统故障报警策略组态

在MCGS平台中，利用“运行策略”功能创建离心机状态监控系统的故障报警策略。首先，在“运行策略”中选择“循环策略”，然后单击“新建策略”按钮，此时系统会在“循环策略”下方自动生成“策略1”。接下来，双击“策略1”，将其名称更改为故障报警主题（例如“卸料故障报警”等） ，如图4所示。

以下以装料故障报警弹窗为例进行说明。首先，双击“装料故障报警”，进入策略组态设置，如图5所示。接着，双击图5中的“ ”图标，设置策略属性，将策略名称更改为“装料故障报警策略”，对应的数据对象为“装料电磁阀”，报警状态设置为“报警产生时，执行一次”。确认延时时间（ms） 为100，策略内容的注释为“当装料故障发生，装料故障报警运行”；在表达式条件选项卡中，将表达式设置为“装料电磁阀”，条件选择为“表达式的值为非0时条件成立”，内容注释为“当装料故障发生，装料故障报警运行”；最后，双击图5中的“脚本程序”图标，将装料故障报警弹窗的脚本设置为：！OpenSubWnd（装料故障报警，183，106，406，241，0） 。

4 离心机状态监控系统循环脚本编程及调试

在MCGS平台中应用“运行策略”来创建循环脚本。以脱机状态下系统处于装料工序时的状态监控为例：当变量“bool_装料”的值为1 时，将中间变量“bool_zl”设置为1，以点亮装料状态的指示灯，并打开装料电磁阀，使装料状态持续5秒钟。这个5秒钟的时间通过变量“t_zl”来实现，设置条件为“t_zl <= 50”，作为装料状态循环程序的执行条件之一。在每次循环中，变量“t_zl”会自动加1，当其值达到50时，共循环50次，结合PLC控制器的循环周期0.1秒，实现了持续装料状态5秒钟的功能。其脚本如下所示：

if bool_装料=1 then bool_zl=1

if bool_zl=1 and t_zl<=50 then

bool_装料指示灯=1

bool_装料电磁阀=1

t_zl=t_zl+1

Endif

Endif

编写完离心机监控系统的循环脚本程序后，使用MCGS组态平台进行模拟调试。通过不断地测试与改进，完善离心机监控系统的程序与界面。例如，在离心机卸料动作子模块的程序设计过程中，由于离心机转鼓盖外盘移动的具体位置无法预知，因此我们创建了虚拟标签框，以监控离心机转鼓盖外盘移动位置的具体数值。勾选虚拟标签框的显示输出，并设置输出值类型为数值型，再设定一个中间变量（表达式变量） ，将转鼓盖外盘对象与该中间变量相关联。最后，通过MCGS组态平台模拟运行程序，观察虚拟标签框中的数值，以确定转鼓盖外盘的位移限定值。另外，在编写循环脚本程序的过程中，容易忽略按钮“按1松0”的特定属性，这可能导致离心机工作流程无法实现自动化循环。因此，在程序中有必要增加一个表示按钮是否被按下的中间变量，例如：if bool_装料=1 thenbool_zl=1。通过bool_zl中间变量来表示装料按钮是否被按下，用“bool_zl=1”替代“bool_装料=1”作为自动化循环程序模块的条件，从而避免因按钮“按1松0”的特定属性导致程序条件不满足，进而无法实现自动循环。经过MCGS组态平台的模拟运行调试，离心机最终实现了工作流程的自动化循环。对于其他程序模块，同样可以利用MCGS组态平台进行模拟运行，对程序进行调试与修改，直到实现离心机工作运行的最终控制目标或功能。

5 结束语

本文设计了一种基于MCGS的离心机状态监控系统，实现了故障的实时监测与报警功能。经过反复现场测试，结果表明该系统能够对离心机的工作状态进行实时监控，并及时提示用户发生的故障及其可能原因，从而缩小故障排查范围，提出合理的解决方案，提高故障检修效率，降低故障维修成本，有效克服传统人工排查方式中存在的低效率和高成本等问题。这一系统显著提高了离心机工作过程的安全性，保证了设备的使用效果，提升了技术含量，确保了离心机的分离效果，从而增强了企业的经济效益。同时，该系统为离心机及其他设备的故障排查与维护提供了一条切实可行的路径。在后续研究中，可以结合机器学习算法，实现故障的智能诊断与预测功能。

参考文献：

[1]“ 科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目组.电子文献题名[EB/OL]. （2024-06-06） [2024-08-10]. https：//baike.baidu.com/item/%E7%A6%BB%E5%BF%83%E6%9C%BA/3734861？fr=ge_ala.

[2] 范匡余.工业离心机常见故障技术分析及处理措施[J].机电产品开发与创新，2024，37（2）：196-198.

[3] 李霞.卧式螺旋沉降离心机故障分析及对策[J].中国设备工程，2021（17）：171-172.

[4] 付殿宏，李平，田广荣，等.选煤厂离心机故障分析及处理研究[J].内蒙古煤炭经济，2024（1）：46-48.

[5] 吕鑫.洗煤厂离心机的故障分析标准及排除[J].中国石油和化工标准与质量，2021，41（9）：32-33.

[6] 徐磊，郭明超，卢超然，等.基于FMEA的上悬式离心机可靠性分析[J].广东化工，2023，50（7）：149-152，121.

[7] 户明.钻井液离心机存在的问题及对策[J].化学工程与装备，2022（8）：63-64，47.

【通联编辑：梁书】

基金项目：浙江省“领雁”研发攻关计划项目（2023C03146） ；丽水市重点研发计划项目（2022ZDYF04）