同濟大學 賀宗彥 馮 良 龐志輝 齊亞騰 胡 標

觸摸屏實現(xiàn)燃氣熱水器監(jiān)控的研究

同濟大學 賀宗彥 馮 良 龐志輝 齊亞騰 胡 標

以MCGS嵌入版組態(tài)軟件為平臺，用觸摸屏實現(xiàn)了燃氣熱水器的水流開關、過熱保護等基本功能。運行結果表明，觸摸屏可以實現(xiàn)對燃氣熱水器的穩(wěn)定有效監(jiān)控。

觸摸屏 熱水器 燃燒 MCGS

0 前言

現(xiàn)有的智能化熱水器的控制芯片通常為單片機，采用匯編或C語言編寫程序，所以在研究控制程序和算法時，會帶來很多編程方面的困難，制約了熱水器控制研究的開展。另一方面，隨著觸摸屏的普及，熱水器(包括熱水爐、蒸汽鍋爐等)對人機界面的要求也在上升。因此，研究如何改變傳統(tǒng)熱水器的監(jiān)控方式十分必要。

MCGSE(Monitor and Control Generated System for Embeded，嵌入式通用監(jiān)控系統(tǒng))是一種用于快速構造和生成監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛的應用。用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠程監(jiān)控及診斷、雙機熱備等先進技術，使系統(tǒng)更加安全可靠，并且可以在一定程度上減少傳統(tǒng)控制方法中的開關、按鈕、指示燈和儀表等。本文意在以燃燒熱水器控制系統(tǒng)為例，探討用觸摸屏監(jiān)控燃氣燃燒設備的可行性。

1 試驗裝置

燃氣熱水器控制系統(tǒng)試驗臺的連接如圖1所示。本試驗試圖使用觸摸屏實現(xiàn)整個系統(tǒng)的水溫控制和過熱保護，并實現(xiàn)正常安全啟停。

圖1 燃氣熱水器控制系統(tǒng)示意

系統(tǒng)中的燃燒控制器采用上海梅帝燃氣設備有限公司的DFC-1控制器。DFC-1燃燒控制器具有手動控制燃燒負荷的功能。DFC-1燃燒控制器可以輸出PWM(脈沖脈寬調(diào)制)信號調(diào)節(jié)無刷直流風機的轉速、從而獲得不同的風量，空氣—燃氣混合器前的風壓也隨之變化，該壓力信號傳遞給電磁閥，由電磁閥上伺服閥控制燃氣的流量，實現(xiàn)空燃比的控制，即燃氣燃燒器功率大小的變化是通過調(diào)節(jié)無刷直流風機的轉速來實現(xiàn)的，即燃燒器功率是可以無級調(diào)節(jié)的。控制器上設有負荷增大和減小鍵，控制燃燒控制器輸出PWM值大小，實現(xiàn)燃燒器負荷的手動控制。DFC-1燃燒控制器也具有自動控制燃燒負荷的功能，DFC-1燃燒控制器可以接受4~20 mA控制信號的輸入，4~20 mA控制電流信號對應直流風機的最小到最大PWM值(燃燒器最小功率到最大功率)。通過PID溫度控制輸出給燃燒控制器的電流信號來實現(xiàn)PWM值(燃燒功率)的自動調(diào)整。燃燒控制器是熱水器溫度控制系統(tǒng)和熱水器燃燒系統(tǒng)的紐帶，起著重要的銜接作用。

觸摸屏采用北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司的TPC7062KX型觸摸屏。

裝置中保留了ADAM4520模塊，該模塊可以實現(xiàn)RS-485/RS422與RS-232之間的轉換。保留該模塊可以使本裝置也可以使用MCGS通用版。

燃氣熱水器出水溫度信號的變送采用的是ADAM4011模擬量輸入智能模塊。ADAM4011模塊提供信號調(diào)理、隔離、調(diào)整量程、數(shù)據(jù)比較、A/D轉換及RS-485數(shù)據(jù)通訊等功能。ADAM4011采用微處理器控制的積分式A/D轉換器將溫度檢測電路的電壓信號轉換成數(shù)字信號。數(shù)字信號根據(jù)模塊配置轉換為工程單位(mV，V或mA)，滿量程百分比或十六進制表示的二進制補碼形式。當主站發(fā)出請求命令時，模塊就可以把這些數(shù)據(jù)通過標準485網(wǎng)絡接口發(fā)送給觸摸屏(或主機)。

燃氣熱水器水流量傳感器的反饋信號通過ADAM4080智能模塊傳輸給觸摸屏。ADAM4080有兩個32位計數(shù)器輸入通道，可計數(shù)也可測量頻率。提供一個可編程的數(shù)字過濾器來消除輸入通道的噪音，可提供穩(wěn)定的輸入。

模擬輸出模塊ADAM4021通過RS-485接口可以接收觸摸屏的數(shù)字輸入。數(shù)據(jù)的格式是任意的工程單位，16進制表示的二進制補碼或滿量程(FSR)百分比。輸出分辨率為12位，輸出范圍為0~20 mA，4~20 mA，0~10 V。

在測得燃氣熱水器的實時出水溫度和流量的情況下，觸摸屏(主機)判斷水流量的區(qū)間，然后通過PID控制算法計算出實時的控制量，由ADAM4021模擬輸出模塊轉換為4~20 mA的電流信號到燃燒控制器，4~20 mA的信號對應風機的最小到最大的PWM信號值(燃燒器最小功率到最大功率)，從而改變輸入到風機的PWM信號值來實現(xiàn)燃氣熱水器的負荷控制，以維持燃氣熱水器出水溫度的恒定。圖2為控制系統(tǒng)的信號流向。

圖2 控制系統(tǒng)信號流向

2 組態(tài)軟件設定

在MCGS嵌入版組態(tài)軟件設備窗口中添加通用串口父設備，正確設置通用串口父設備的通訊波特率、數(shù)據(jù)位位數(shù)、停止位位數(shù)和數(shù)據(jù)校驗格式。在通用串口父設備下添加設備研華-ADAM4011、研華-ADAM4021和研華-ADAM4080d。如圖3所示。進入各個設備的設備編輯窗口中將預先添加的變量與相應的通道連接。在用戶窗口中搭建界面以顯示相關參，數(shù)顯示界面的風格也可以自由設計。

圖3 設備窗口設置

在運行策略中設定運行程序以實現(xiàn)對熱水器的控制，本試驗中對水溫采用了PID控制，并把PID參數(shù)顯示在觸摸屏界面上,不同的流量對應不同的PID參數(shù)。系統(tǒng)的控制流程見圖4，試驗臺搭建完成后，測試過程中的觸摸屏監(jiān)控界面見圖5。

圖4 燃氣熱水器運行狀態(tài)下的具體的控制流程

圖5 MCGS監(jiān)控界面

經(jīng)測試，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行，通過觸摸屏可使實現(xiàn)熱水器的精確監(jiān)控和靈活控制。

4 結語

本試驗使用ADAM系列智能板卡采集、轉換和傳遞水流及溫度等信息，使用DFC-1控制器實現(xiàn)對燃燒的控制，通過MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)了燃氣熱水器的水氣聯(lián)動，過熱保護，負荷的手動、自動控制以及兩者之間的切換。使用觸摸屏，控制程序編寫方便，操作界面友好，提高了監(jiān)控的可視化程度。

Study on Monitoring Gas Water Heater by Touch Screen

Tongji University He Zongyan Feng Liang Pang Zhihui Qi Yateng Hu Biao

with MCGSE configuration software, the basic functions of gas water heater, such as water flow switch and overheat protection, have been realized by touch screen. The results show that the stabile and effective monitoring on gas water heater can be achieved.

touch screen, gas water heater, combustion, MCGS