基于MCGS的天然气燃烧装置控制系统的设计

王 英,李 想,张 晶,任亚军（1.辽宁广播电视大学； 2.辽宁装备制造职业技术学院； .上汽通用北盛汽车有限公司；. 沈阳其仕盛和祥房地产有限公司,沈阳 110000）



基于MCGS的天然气燃烧装置控制系统的设计

王 英1.2,李 想3,张 晶4,任亚军1,2
（1.辽宁广播电视大学； 2.辽宁装备制造职业技术学院； 3.上汽通用北盛汽车有限公司；4. 沈阳其仕盛和祥房地产有限公司,沈阳 110000）

摘 要：采用MCGS组态软件设计燃烧控制系统，通过昆仑通态（MCGS）TPC7062KS 触摸屏作为人机界面，不仅可以实时监控工业炉内燃烧状况及控制系统的运行情况，而且可以进行数据分析，分析故障原因，对燃烧系统进行全面的监控。控制系统采用PID温度控制器，可使控制过程在短时间内达到预定的设定值，同时尽可能抑制升温过程中的超调现象或外部负载干扰，达到精准可靠控制。

关键词：PID控制；MCGS组态；PLC控制

0 引言

燃烧装置在冶金行业、石油化工、铸造行业等广泛应用。燃烧装置的燃料主要有油和气两种，本设计以天然气燃烧控制系统为例进行设计。燃烧控制系统主要以精准的、稳定的闭环系统来控制燃烧室的温度，达到控制工艺要求的目的。电控系统采用PLC控制，温控系统采用智能PID温控器，实现空气燃气量的自动调节。利用MCGS组态软件实现上位机与PLC、温控器之间的通信，并对现场设备运行状态实时监控。

1 燃烧控制系统的组成及原理

（1）燃烧装置的组成。燃烧装置主要由燃烧器、燃气主管路、点火管路、风管路组成。

（2）控制系统的组成。控制系统主要有火焰检测控制系统、燃气压力检测控制系统、自动点火控制系统、空气燃气自动控制系统和上位机监控通信系统组成［1］。

（3）工作原理。为了实现炉膛工件的加热温度保持恒定，炉膛温度和给定温度通过PID控制器，手/自动整定PID参数，来控制加热装置，使加热炉温度为恒定，并能实时显示当前温度值。燃气量和空气量构成比例控制，输出的理论分量和实际分量构成PID控制，输出到调节器进行调风。

（4）工作原理框图。工作原理框图见图1。

图1 燃烧控制原理框图

2 燃烧控制系统的控制功能

2.1 火焰检测控制系统

在燃烧室内安装火焰检测器，通过火检信号来控制燃气管道上截止阀的通断，同时，具有熄火报警保护功能。

2.2 压力检测控制系统

在燃气管道上安装压力表和压力传感器，通过检测超压、低压信号来控制燃气截止阀的通断，同时，具有超高压和超低压报警功能。

2.3 自动点火控制系统

在燃烧室内安装可自动伸缩的点火枪，点火枪点火成功后，自动退出燃烧室，来延长点火枪的使用寿命。

2.4 空气燃气自动控制系统

利用PID控制器来实现空气燃气自动调节，通过空气量燃气量适当的配比，可使燃料充分燃烧并快速达到预期工艺要求。

2.5 控制柜

控制柜除了正常的配电功能外，主要以S7-200为控制核心，通过控制程序来实现逻辑控制工艺要求。采用232/485通信协议与上位机进行通信。控制柜安装温控仪表和流量监测仪表，可以实时采集现场数据信息，以供显示和计算偏差。

2.6 工控机

工控机采用安装有MCGS组态软件和SETP7软件的工业PC机，通过MCGS组态软件生成的HMI界面，具有画面模拟与监控、故障报警显示与分析、数据报表显示与输出等功能。例如：模拟燃烧控制元件的状态、燃烧室内的燃烧状态，数据报表，实时温度曲线等。通过SETP7软件可在线修改、调试用户程序，并查看用户程序的执行状态。

3 燃烧控制系统的组态设计

3.1 MCGS组态软件

MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性［2］。 本设计采用昆仑通态（MCGS）TPC7062KS 触摸屏作为人机界面。TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU 为核心的高性能嵌入式一体化工控机。该产品预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.NET和MCGS 嵌入式组态软件。

3.2 组态窗口（HMI）设计

用户窗口设计。用户窗口设计主要是监控画面的制作，主要包括主页面设计、监控页面设计、报表页面设计、报警页面设计等。

①主页面设计。主页面主要包括燃烧监控系统、温度监控系统、温度报警系统和控制柜几部分。可以实现各个界面之间的相互切换。并将此窗口设置为启动窗口。

②监控页面设计。燃烧监控系统主要模拟实际工况，显示管路内介质的动态流动效果、各种电气设备的通断情况、燃烧室内的燃烧状况及自动点火的过程。能做到与现场设备同步运行。燃烧监控系统图见图2。

图2 燃烧监控系统图

③报表及报警页面设计。本控制系统需要保持炉膛温度恒定，对温度要求严格，所以对温度数据进行监测和存储。温度不仅需要实时数据监测，还要有历史数据记录，同时还设置有超温报警功能。

3.3 设备窗口的设计

为了能够使HMI与PLC、温控仪表成功通讯，必须把定义好的数据对象与PLC内部变量和温控仪表的变量进行设置。首先选择通用串口父设备，设置属性，选择串口端口号、波特率等然后检查确定，其次选择要连接的设备，西门子S7200PPI，进行设备编辑，新增设备通道，建立与PLC的变量连接。PID温控仪表，进行设备编辑，新增设备通道，建立与仪表的数据连接。设备连接设置图见图3。

图3 设备连接设置图

3.4 动画制作

设置动画链接，将监控画面中的电气元件与数据库中的变量依次建立链接。分别设置动画连接的基本属性和操作属性，编写动作脚本。

3.5 调试

系统配置完成，对系统进行调试。首先进行通讯测试，当检测到通讯测试正常，进行工程下载，完成下载。其次启动运行，系统直接跳转到启动页面，这时就可以进行各个页面之间的切换，实现实时监控的作用。

4 结语

燃烧控制系统采用MCGS组态软件进行设计，不仅使控制原理及实时工况一目了然，而且提高了控制系统的先进性。系统采用组态控制后，运行可靠，投资低，能够实现燃烧控制系统的工艺要求，达到预期的目标，为企业创造一定的经济效益。

参考文献：

［1］王英.回转窑天然气燃烧装置控制系统的设计［J］.科技与企业,2015（05）.

［2］刘小春.基于MCGS和PLC的电机运行参数监控系统设计［J］.自动化技术及应用,2010（09）.

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

作者简介：王英（1982-），女，满族，学士学位，工程师，研究方向：工业控制自动化。