触摸屏实现燃气热水器监控的研究

同济大学 贺宗彦 冯 良 庞志辉 齐亚腾 胡 标

触摸屏实现燃气热水器监控的研究

同济大学 贺宗彦 冯 良 庞志辉 齐亚腾 胡 标

以MCGS嵌入版组态软件为平台，用触摸屏实现了燃气热水器的水流开关、过热保护等基本功能。运行结果表明，触摸屏可以实现对燃气热水器的稳定有效监控。

触摸屏 热水器 燃烧 MCGS

0 前言

现有的智能化热水器的控制芯片通常为单片机，采用汇编或C语言编写程序，所以在研究控制程序和算法时，会带来很多编程方面的困难，制约了热水器控制研究的开展。另一方面，随着触摸屏的普及，热水器(包括热水炉、蒸汽锅炉等)对人机界面的要求也在上升。因此，研究如何改变传统热水器的监控方式十分必要。

MCGSE(Monitor and Control Generated System for Embeded，嵌入式通用监控系统)是一种用于快速构造和生成监控系统的组态软件。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠，并且可以在一定程度上减少传统控制方法中的开关、按钮、指示灯和仪表等。本文意在以燃烧热水器控制系统为例，探讨用触摸屏监控燃气燃烧设备的可行性。

1 试验装置

燃气热水器控制系统试验台的连接如图1所示。本试验试图使用触摸屏实现整个系统的水温控制和过热保护，并实现正常安全启停。

图1 燃气热水器控制系统示意

系统中的燃烧控制器采用上海梅帝燃气设备有限公司的DFC-1控制器。DFC-1燃烧控制器具有手动控制燃烧负荷的功能。DFC-1燃烧控制器可以输出PWM(脉冲脉宽调制)信号调节无刷直流风机的转速、从而获得不同的风量，空气—燃气混合器前的风压也随之变化，该压力信号传递给电磁阀，由电磁阀上伺服阀控制燃气的流量，实现空燃比的控制，即燃气燃烧器功率大小的变化是通过调节无刷直流风机的转速来实现的，即燃烧器功率是可以无级调节的。控制器上设有负荷增大和减小键，控制燃烧控制器输出PWM值大小，实现燃烧器负荷的手动控制。DFC-1燃烧控制器也具有自动控制燃烧负荷的功能，DFC-1燃烧控制器可以接受4~20 mA控制信号的输入，4~20 mA控制电流信号对应直流风机的最小到最大PWM值(燃烧器最小功率到最大功率)。通过PID温度控制输出给燃烧控制器的电流信号来实现PWM值(燃烧功率)的自动调整。燃烧控制器是热水器温度控制系统和热水器燃烧系统的纽带，起着重要的衔接作用。

触摸屏采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的TPC7062KX型触摸屏。

装置中保留了ADAM4520模块，该模块可以实现RS-485/RS422与RS-232之间的转换。保留该模块可以使本装置也可以使用MCGS通用版。

燃气热水器出水温度信号的变送采用的是ADAM4011模拟量输入智能模块。ADAM4011模块提供信号调理、隔离、调整量程、数据比较、A/D转换及RS-485数据通讯等功能。ADAM4011采用微处理器控制的积分式A/D转换器将温度检测电路的电压信号转换成数字信号。数字信号根据模块配置转换为工程单位(mV，V或mA)，满量程百分比或十六进制表示的二进制补码形式。当主站发出请求命令时，模块就可以把这些数据通过标准485网络接口发送给触摸屏(或主机)。

燃气热水器水流量传感器的反馈信号通过ADAM4080智能模块传输给触摸屏。ADAM4080有两个32位计数器输入通道，可计数也可测量频率。提供一个可编程的数字过滤器来消除输入通道的噪音，可提供稳定的输入。

模拟输出模块ADAM4021通过RS-485接口可以接收触摸屏的数字输入。数据的格式是任意的工程单位，16进制表示的二进制补码或满量程(FSR)百分比。输出分辨率为12位，输出范围为0~20 mA，4~20 mA，0~10 V。

在测得燃气热水器的实时出水温度和流量的情况下，触摸屏(主机)判断水流量的区间，然后通过PID控制算法计算出实时的控制量，由ADAM4021模拟输出模块转换为4~20 mA的电流信号到燃烧控制器，4~20 mA的信号对应风机的最小到最大的PWM信号值(燃烧器最小功率到最大功率)，从而改变输入到风机的PWM信号值来实现燃气热水器的负荷控制，以维持燃气热水器出水温度的恒定。图2为控制系统的信号流向。

图2 控制系统信号流向

2 组态软件设定

在MCGS嵌入版组态软件设备窗口中添加通用串口父设备，正确设置通用串口父设备的通讯波特率、数据位位数、停止位位数和数据校验格式。在通用串口父设备下添加设备研华-ADAM4011、研华-ADAM4021和研华-ADAM4080d。如图3所示。进入各个设备的设备编辑窗口中将预先添加的变量与相应的通道连接。在用户窗口中搭建界面以显示相关参，数显示界面的风格也可以自由设计。

图3 设备窗口设置

在运行策略中设定运行程序以实现对热水器的控制，本试验中对水温采用了PID控制，并把PID参数显示在触摸屏界面上,不同的流量对应不同的PID参数。系统的控制流程见图4，试验台搭建完成后，测试过程中的触摸屏监控界面见图5。

图4 燃气热水器运行状态下的具体的控制流程

图5 MCGS监控界面

经测试，系统可以稳定运行，通过触摸屏可使实现热水器的精确监控和灵活控制。

4 结语

本试验使用ADAM系列智能板卡采集、转换和传递水流及温度等信息，使用DFC-1控制器实现对燃烧的控制，通过MCGS组态软件实现了燃气热水器的水气联动，过热保护，负荷的手动、自动控制以及两者之间的切换。使用触摸屏，控制程序编写方便，操作界面友好，提高了监控的可视化程度。

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