觸摸屏實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴鞅O(jiān)控的研究

同濟(jì)大學(xué) 賀宗彥 馮 良 龐志輝 齊亞騰 胡 標(biāo)

觸摸屏實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴鞅O(jiān)控的研究

同濟(jì)大學(xué) 賀宗彥 馮 良 龐志輝 齊亞騰 胡 標(biāo)

以MCGS嵌入版組態(tài)軟件為平臺(tái)，用觸摸屏實(shí)現(xiàn)了燃?xì)鉄崴鞯乃鏖_關(guān)、過熱保護(hù)等基本功能。運(yùn)行結(jié)果表明，觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)鉄崴鞯姆€(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(jī)，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(shí)，會(huì)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(duì)人機(jī)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(gòu)造和生成監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等先進(jìn)技術(shù)，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(guān)、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?xì)馊紵O(shè)備的可行性。

1 試驗(yàn)裝置

燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的連接如圖1所示。本試驗(yàn)試圖使用觸摸屏實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的水溫控制和過熱保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)正常安全啟停。

圖1 燃?xì)鉄崴骺刂葡到y(tǒng)示意

系統(tǒng)中的燃燒控制器采用上海梅帝燃?xì)庠O(shè)備有限公司的DFC-1控制器。DFC-1燃燒控制器具有手動(dòng)控制燃燒負(fù)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(hào)調(diào)節(jié)無刷直流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、從而獲得不同的風(fēng)量，空氣—燃?xì)饣旌掀髑暗娘L(fēng)壓也隨之變化，該壓力信號(hào)傳遞給電磁閥，由電磁閥上伺服閥控制燃?xì)獾牧髁?，?shí)現(xiàn)空燃比的控制，即燃?xì)馊紵鞴β蚀笮〉淖兓峭ㄟ^調(diào)節(jié)無刷直流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，即燃燒器功率是可以無級(jí)調(diào)節(jié)的?？刂破魃显O(shè)有負(fù)荷增大和減小鍵，控制燃燒控制器輸出PWM值大小，實(shí)現(xiàn)燃燒器負(fù)荷的手動(dòng)控制。DFC-1燃燒控制器也具有自動(dòng)控制燃燒負(fù)荷的功能，DFC-1燃燒控制器可以接受4~20 mA控制信號(hào)的輸入，4~20 mA控制電流信號(hào)對(duì)應(yīng)直流風(fēng)機(jī)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(hào)來實(shí)現(xiàn)PWM值(燃燒功率)的自動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)RS-485/RS422與RS-232之間的轉(zhuǎn)換。保留該模塊可以使本裝置也可以使用MCGS通用版。

燃?xì)鉄崴鞒鏊疁囟刃盘?hào)的變送采用的是ADAM4011模擬量輸入智能模塊。ADAM4011模塊提供信號(hào)調(diào)理、隔離、調(diào)整量程、數(shù)據(jù)比較、A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器將溫度檢測電路的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)根據(jù)模塊配置轉(zhuǎn)換為工程單位(mV，V或mA)，滿量程百分比或十六進(jìn)制表示的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式。當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求命令時(shí)，模塊就可以把這些數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)485網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給觸摸屏(或主機(jī))。

燃?xì)鉄崴魉髁總鞲衅鞯姆答佇盘?hào)通過ADAM4080智能模塊傳輸給觸摸屏。ADAM4080有兩個(gè)32位計(jì)數(shù)器輸入通道，可計(jì)數(shù)也可測量頻率。提供一個(gè)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(jìn)制表示的二進(jìn)制補(bǔ)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?xì)鉄崴鞯膶?shí)時(shí)出水溫度和流量的情況下，觸摸屏(主機(jī))判斷水流量的區(qū)間，然后通過PID控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)的控制量，由ADAM4021模擬輸出模塊轉(zhuǎn)換為4~20 mA的電流信號(hào)到燃燒控制器，4~20 mA的信號(hào)對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)的最小到最大的PWM信號(hào)值(燃燒器最小功率到最大功率)，從而改變輸入到風(fēng)機(jī)的PWM信號(hào)值來實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴鞯呢?fù)荷控制，以維持燃?xì)鉄崴鞒鏊疁囟鹊暮愣?。圖2為控制系統(tǒng)的信號(hào)流向。

圖2 控制系統(tǒng)信號(hào)流向

2 組態(tài)軟件設(shè)定

在MCGS嵌入版組態(tài)軟件設(shè)備窗口中添加通用串口父設(shè)備，正確設(shè)置通用串口父設(shè)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(yàn)格式。在通用串口父設(shè)備下添加設(shè)備研華-ADAM4011、研華-ADAM4021和研華-ADAM4080d。如圖3所示。進(jìn)入各個(gè)設(shè)備的設(shè)備編輯窗口中將預(yù)先添加的變量與相應(yīng)的通道連接。在用戶窗口中搭建界面以顯示相關(guān)參，數(shù)顯示界面的風(fēng)格也可以自由設(shè)計(jì)。

圖3 設(shè)備窗口設(shè)置

在運(yùn)行策略中設(shè)定運(yùn)行程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器的控制，本試驗(yàn)中對(duì)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(duì)應(yīng)不同的PID參數(shù)。系統(tǒng)的控制流程見圖4，試驗(yàn)臺(tái)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?xì)鉄崴鬟\(yùn)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(yùn)行，通過觸摸屏可使實(shí)現(xiàn)熱水器的精確監(jiān)控和靈活控制。

4 結(jié)語

本試驗(yàn)使用ADAM系列智能板卡采集、轉(zhuǎn)換和傳遞水流及溫度等信息，使用DFC-1控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒的控制，通過MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了燃?xì)鉄崴鞯乃畾饴?lián)動(dòng)，過熱保護(hù)，負(fù)荷的手動(dòng)、自動(dòng)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