基于MCGS的天然氣燃燒裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 英,李 想,張 晶,任亞軍（1.遼寧廣播電視大學(xué)； 2.遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院； .上汽通用北盛汽車(chē)有限公司；. 沈陽(yáng)其仕盛和祥房地產(chǎn)有限公司,沈陽(yáng) 110000）

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基于MCGS的天然氣燃燒裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 英1.2,李 想3,張 晶4,任亞軍1,2
（1.遼寧廣播電視大學(xué)； 2.遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院； 3.上汽通用北盛汽車(chē)有限公司；4. 沈陽(yáng)其仕盛和祥房地產(chǎn)有限公司,沈陽(yáng) 110000）

摘 要：采用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)燃燒控制系統(tǒng)，通過(guò)昆侖通態(tài)（MCGS）TPC7062KS 觸摸屏作為人機(jī)界面，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)爐內(nèi)燃燒狀況及控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，而且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析故障原因，對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)采用PID溫度控制器，可使控制過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值，同時(shí)盡可能抑制升溫過(guò)程中的超調(diào)現(xiàn)象或外部負(fù)載干擾，達(dá)到精準(zhǔn)可靠控制。

關(guān)鍵詞：PID控制；MCGS組態(tài)；PLC控制

0 引言

燃燒裝置在冶金行業(yè)、石油化工、鑄造行業(yè)等廣泛應(yīng)用。燃燒裝置的燃料主要有油和氣兩種，本設(shè)計(jì)以天然氣燃燒控制系統(tǒng)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。燃燒控制系統(tǒng)主要以精準(zhǔn)的、穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)控制燃燒室的溫度，達(dá)到控制工藝要求的目的。電控系統(tǒng)采用PLC控制，溫控系統(tǒng)采用智能PID溫控器，實(shí)現(xiàn)空氣燃?xì)饬康淖詣?dòng)調(diào)節(jié)。利用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC、溫控器之間的通信，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 燃燒控制系統(tǒng)的組成及原理

（1）燃燒裝置的組成。燃燒裝置主要由燃燒器、燃?xì)庵鞴苈贰Ⅻc(diǎn)火管路、風(fēng)管路組成。

（2）控制系統(tǒng)的組成?？刂葡到y(tǒng)主要有火焰檢測(cè)控制系統(tǒng)、燃?xì)鈮毫z測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)、空氣燃?xì)庾詣?dòng)控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控通信系統(tǒng)組成［1］。

（3）工作原理。為了實(shí)現(xiàn)爐膛工件的加熱溫度保持恒定，爐膛溫度和給定溫度通過(guò)PID控制器，手/自動(dòng)整定PID參數(shù)，來(lái)控制加熱裝置，使加熱爐溫度為恒定，并能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。燃?xì)饬亢涂諝饬繕?gòu)成比例控制，輸出的理論分量和實(shí)際分量構(gòu)成PID控制，輸出到調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)風(fēng)。

（4）工作原理框圖。工作原理框圖見(jiàn)圖1。

圖1 燃燒控制原理框圖

2 燃燒控制系統(tǒng)的控制功能

2.1 火焰檢測(cè)控制系統(tǒng)

在燃燒室內(nèi)安裝火焰檢測(cè)器，通過(guò)火檢信號(hào)來(lái)控制燃?xì)夤艿郎辖刂归y的通斷，同時(shí)，具有熄火報(bào)警保護(hù)功能。

2.2 壓力檢測(cè)控制系統(tǒng)

在燃?xì)夤艿郎习惭b壓力表和壓力傳感器，通過(guò)檢測(cè)超壓、低壓信號(hào)來(lái)控制燃?xì)饨刂归y的通斷，同時(shí)，具有超高壓和超低壓報(bào)警功能。

2.3 自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)

在燃燒室內(nèi)安裝可自動(dòng)伸縮的點(diǎn)火槍，點(diǎn)火槍點(diǎn)火成功后，自動(dòng)退出燃燒室，來(lái)延長(zhǎng)點(diǎn)火槍的使用壽命。

2.4 空氣燃?xì)庾詣?dòng)控制系統(tǒng)

利用PID控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣燃?xì)庾詣?dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)空氣量燃?xì)饬窟m當(dāng)?shù)呐浔龋墒谷剂铣浞秩紵⒖焖龠_(dá)到預(yù)期工藝要求。

2.5 控制柜

控制柜除了正常的配電功能外，主要以S7-200為控制核心，通過(guò)控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制工藝要求。采用232/485通信協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。控制柜安裝溫控儀表和流量監(jiān)測(cè)儀表，可以實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，以供顯示和計(jì)算偏差。

2.6 工控機(jī)

工控機(jī)采用安裝有MCGS組態(tài)軟件和SETP7軟件的工業(yè)PC機(jī)，通過(guò)MCGS組態(tài)軟件生成的HMI界面，具有畫(huà)面模擬與監(jiān)控、故障報(bào)警顯示與分析、數(shù)據(jù)報(bào)表顯示與輸出等功能。例如：模擬燃燒控制元件的狀態(tài)、燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài)，數(shù)據(jù)報(bào)表，實(shí)時(shí)溫度曲線等。通過(guò)SETP7軟件可在線修改、調(diào)試用戶程序，并查看用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。

3 燃燒控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)

3.1 MCGS組態(tài)軟件

MCGS是為工業(yè)過(guò)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性［2］。 本設(shè)計(jì)采用昆侖通態(tài)（MCGS）TPC7062KS 觸摸屏作為人機(jī)界面。TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU 為核心的高性能嵌入式一體化工控機(jī)。該產(chǎn)品預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCE.NET和MCGS 嵌入式組態(tài)軟件。

3.2 組態(tài)窗口（HMI）設(shè)計(jì)

用戶窗口設(shè)計(jì)。用戶窗口設(shè)計(jì)主要是監(jiān)控畫(huà)面的制作，主要包括主頁(yè)面設(shè)計(jì)、監(jiān)控頁(yè)面設(shè)計(jì)、報(bào)表頁(yè)面設(shè)計(jì)、報(bào)警頁(yè)面設(shè)計(jì)等。

①主頁(yè)面設(shè)計(jì)。主頁(yè)面主要包括燃燒監(jiān)控系統(tǒng)、溫度監(jiān)控系統(tǒng)、溫度報(bào)警系統(tǒng)和控制柜幾部分?？梢詫?shí)現(xiàn)各個(gè)界面之間的相互切換。并將此窗口設(shè)置為啟動(dòng)窗口。

②監(jiān)控頁(yè)面設(shè)計(jì)。燃燒監(jiān)控系統(tǒng)主要模擬實(shí)際工況，顯示管路內(nèi)介質(zhì)的動(dòng)態(tài)流動(dòng)效果、各種電氣設(shè)備的通斷情況、燃燒室內(nèi)的燃燒狀況及自動(dòng)點(diǎn)火的過(guò)程。能做到與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備同步運(yùn)行。燃燒監(jiān)控系統(tǒng)圖見(jiàn)圖2。

圖2 燃燒監(jiān)控系統(tǒng)圖

③報(bào)表及報(bào)警頁(yè)面設(shè)計(jì)。本控制系統(tǒng)需要保持爐膛溫度恒定，對(duì)溫度要求嚴(yán)格，所以對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)。溫度不僅需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，還要有歷史數(shù)據(jù)記錄，同時(shí)還設(shè)置有超溫報(bào)警功能。

3.3 設(shè)備窗口的設(shè)計(jì)

為了能夠使HMI與PLC、溫控儀表成功通訊，必須把定義好的數(shù)據(jù)對(duì)象與PLC內(nèi)部變量和溫控儀表的變量進(jìn)行設(shè)置。首先選擇通用串口父設(shè)備，設(shè)置屬性，選擇串口端口號(hào)、波特率等然后檢查確定，其次選擇要連接的設(shè)備，西門(mén)子S7200PPI，進(jìn)行設(shè)備編輯，新增設(shè)備通道，建立與PLC的變量連接。PID溫控儀表，進(jìn)行設(shè)備編輯，新增設(shè)備通道，建立與儀表的數(shù)據(jù)連接。設(shè)備連接設(shè)置圖見(jiàn)圖3。

圖3 設(shè)備連接設(shè)置圖

3.4 動(dòng)畫(huà)制作

設(shè)置動(dòng)畫(huà)鏈接，將監(jiān)控畫(huà)面中的電氣元件與數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量依次建立鏈接。分別設(shè)置動(dòng)畫(huà)連接的基本屬性和操作屬性，編寫(xiě)動(dòng)作腳本。

3.5 調(diào)試

系統(tǒng)配置完成，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先進(jìn)行通訊測(cè)試，當(dāng)檢測(cè)到通訊測(cè)試正常，進(jìn)行工程下載，完成下載。其次啟動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)直接跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)頁(yè)面，這時(shí)就可以進(jìn)行各個(gè)頁(yè)面之間的切換，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

燃燒控制系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅使控制原理及實(shí)時(shí)工況一目了然，而且提高了控制系統(tǒng)的先進(jìn)性。系統(tǒng)采用組態(tài)控制后，運(yùn)行可靠，投資低，能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒控制系統(tǒng)的工藝要求，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，為企業(yè)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］王英.回轉(zhuǎn)窯天然氣燃燒裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.科技與企業(yè),2015（05）.

［2］劉小春.基于MCGS和PLC的電機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化技術(shù)及應(yīng)用,2010（09）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.061

作者簡(jiǎn)介：王英（1982-），女，滿族，學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：工業(yè)控制自動(dòng)化。