基于MCGS的天然氣燃燒裝置控制系統的設計

王 英,李 想,張 晶,任亞軍（1.遼寧廣播電視大學； 2.遼寧裝備制造職業技術學院； .上汽通用北盛汽車有限公司；. 沈陽其仕盛和祥房地產有限公司,沈陽 110000）

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基于MCGS的天然氣燃燒裝置控制系統的設計

王 英1.2,李 想3,張 晶4,任亞軍1,2
（1.遼寧廣播電視大學； 2.遼寧裝備制造職業技術學院； 3.上汽通用北盛汽車有限公司；4. 沈陽其仕盛和祥房地產有限公司,沈陽 110000）

摘 要：采用MCGS組態軟件設計燃燒控制系統，通過昆侖通態（MCGS）TPC7062KS 觸摸屏作為人機界面，不僅可以實時監控工業爐內燃燒狀況及控制系統的運行情況，而且可以進行數據分析，分析故障原因，對燃燒系統進行全面的監控。控制系統采用PID溫度控制器，可使控制過程在短時間內達到預定的設定值，同時盡可能抑制升溫過程中的超調現象或外部負載干擾，達到精準可靠控制。

關鍵詞：PID控制；MCGS組態；PLC控制

0 引言

燃燒裝置在冶金行業、石油化工、鑄造行業等廣泛應用。燃燒裝置的燃料主要有油和氣兩種，本設計以天然氣燃燒控制系統為例進行設計。燃燒控制系統主要以精準的、穩定的閉環系統來控制燃燒室的溫度，達到控制工藝要求的目的。電控系統采用PLC控制，溫控系統采用智能PID溫控器，實現空氣燃氣量的自動調節。利用MCGS組態軟件實現上位機與PLC、溫控器之間的通信，并對現場設備運行狀態實時監控。

1 燃燒控制系統的組成及原理

（1）燃燒裝置的組成。燃燒裝置主要由燃燒器、燃氣主管路、點火管路、風管路組成。

（2）控制系統的組成。控制系統主要有火焰檢測控制系統、燃氣壓力檢測控制系統、自動點火控制系統、空氣燃氣自動控制系統和上位機監控通信系統組成［1］。

（3）工作原理。為了實現爐膛工件的加熱溫度保持恒定，爐膛溫度和給定溫度通過PID控制器，手/自動整定PID參數，來控制加熱裝置，使加熱爐溫度為恒定，并能實時顯示當前溫度值。燃氣量和空氣量構成比例控制，輸出的理論分量和實際分量構成PID控制，輸出到調節器進行調風。

（4）工作原理框圖。工作原理框圖見圖1。

圖1 燃燒控制原理框圖

2 燃燒控制系統的控制功能

2.1 火焰檢測控制系統

在燃燒室內安裝火焰檢測器，通過火檢信號來控制燃氣管道上截止閥的通斷，同時，具有熄火報警保護功能。

2.2 壓力檢測控制系統

在燃氣管道上安裝壓力表和壓力傳感器，通過檢測超壓、低壓信號來控制燃氣截止閥的通斷，同時，具有超高壓和超低壓報警功能。

2.3 自動點火控制系統

在燃燒室內安裝可自動伸縮的點火槍，點火槍點火成功后，自動退出燃燒室，來延長點火槍的使用壽命。

2.4 空氣燃氣自動控制系統

利用PID控制器來實現空氣燃氣自動調節，通過空氣量燃氣量適當的配比，可使燃料充分燃燒并快速達到預期工藝要求。

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，通過控制程序來實現邏輯控制工藝要求。采用232/485通信協議與上位機進行通信。控制柜安裝溫控儀表和流量監測儀表，可以實時采集現場數據信息，以供顯示和計算偏差。

2.6 工控機

工控機采用安裝有MCGS組態軟件和SETP7軟件的工業PC機，通過MCGS組態軟件生成的HMI界面，具有畫面模擬與監控、故障報警顯示與分析、數據報表顯示與輸出等功能。例如：模擬燃燒控制元件的狀態、燃燒室內的燃燒狀態，數據報表，實時溫度曲線等。通過SETP7軟件可在線修改、調試用戶程序，并查看用戶程序的執行狀態。

3 燃燒控制系統的組態設計

3.1 MCGS組態軟件

MCGS是為工業過程控制和實時監測領域服務的通用計算機系統軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。MCGS組態軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態操作，完成不同的工作，具有不同的特性［2］。 本設計采用昆侖通態（MCGS）TPC7062KS 觸摸屏作為人機界面。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。該產品預裝了微軟嵌入式實時多任務操作系統WinCE.NET和MCGS 嵌入式組態軟件。

3.2 組態窗口（HMI）設計

用戶窗口設計。用戶窗口設計主要是監控畫面的制作，主要包括主頁面設計、監控頁面設計、報表頁面設計、報警頁面設計等。

①主頁面設計。主頁面主要包括燃燒監控系統、溫度監控系統、溫度報警系統和控制柜幾部分。可以實現各個界面之間的相互切換。并將此窗口設置為啟動窗口。

②監控頁面設計。燃燒監控系統主要模擬實際工況，顯示管路內介質的動態流動效果、各種電氣設備的通斷情況、燃燒室內的燃燒狀況及自動點火的過程。能做到與現場設備同步運行。燃燒監控系統圖見圖2。

圖2 燃燒監控系統圖

③報表及報警頁面設計。本控制系統需要保持爐膛溫度恒定，對溫度要求嚴格，所以對溫度數據進行監測和存儲。溫度不僅需要實時數據監測，還要有歷史數據記錄，同時還設置有超溫報警功能。

3.3 設備窗口的設計

為了能夠使HMI與PLC、溫控儀表成功通訊，必須把定義好的數據對象與PLC內部變量和溫控儀表的變量進行設置。首先選擇通用串口父設備，設置屬性，選擇串口端口號、波特率等然后檢查確定，其次選擇要連接的設備，西門子S7200PPI，進行設備編輯，新增設備通道，建立與PLC的變量連接。PID溫控儀表，進行設備編輯，新增設備通道，建立與儀表的數據連接。設備連接設置圖見圖3。

圖3 設備連接設置圖

3.4 動畫制作

設置動畫鏈接，將監控畫面中的電氣元件與數據庫中的變量依次建立鏈接。分別設置動畫連接的基本屬性和操作屬性，編寫動作腳本。

3.5 調試

系統配置完成，對系統進行調試。首先進行通訊測試，當檢測到通訊測試正常，進行工程下載，完成下載。其次啟動運行，系統直接跳轉到啟動頁面，這時就可以進行各個頁面之間的切換，實現實時監控的作用。

4 結語

燃燒控制系統采用MCGS組態軟件進行設計，不僅使控制原理及實時工況一目了然，而且提高了控制系統的先進性。系統采用組態控制后，運行可靠，投資低，能夠實現燃燒控制系統的工藝要求，達到預期的目標，為企業創造一定的經濟效益。

參考文獻：

［1］王英.回轉窯天然氣燃燒裝置控制系統的設計［J］.科技與企業,2015（05）.

［2］劉小春.基于MCGS和PLC的電機運行參數監控系統設計［J］.自動化技術及應用,2010（09）.

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

作者簡介：王英（1982-），女，滿族，學士學位，工程師，研究方向：工業控制自動化。