輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)功能及原理分析

1、武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要I.ABSTRACTII1緒論11.1 選題目的（研究背景）1.1.2 輔鍋爐控制的特點(diǎn)1.1.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原則和要求2.1.4 國(guó)內(nèi)外船舶輔鍋爐自動(dòng)控制手段的改進(jìn)31.5 章節(jié)安排4.2輔鍋爐控制的原理分析5.2.1 船舶輔鍋爐自動(dòng)控制概述5.2.2 船舶輔鍋爐的主要調(diào)節(jié)任務(wù)5.2.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原理分析5.2.4 安全保護(hù)6.2.5 本章小結(jié)7.3輔鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析8.3.1 可編程控制器的基本特點(diǎn)8.3.2 設(shè)計(jì)要求8.3.3 PLC選型、設(shè)計(jì)及系統(tǒng)梯形圖9.3.3.1 PLC選型93.3.2 輸入/輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)103.3.3 硬

2、件設(shè)計(jì)113.3.4 系統(tǒng)梯形圖123.4 鍋爐的控制過(guò)程分析1.53.4.1 起動(dòng)前的準(zhǔn)備1.53.4.2 燃燒的時(shí)序控制1.53.4.3 汽壓的自動(dòng)控制1.63.4.4 安全保護(hù).163.4.5 停爐1.63.4.6 手動(dòng)操作173.5 本章小結(jié).174總結(jié)與展望1.84.1 輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望184.2 對(duì)PLC用于船舶輔助機(jī)械的展望1.8結(jié)束語(yǔ)2Q致謝21.參考文獻(xiàn)22武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著我國(guó)內(nèi)外貿(mào)易量的大幅增長(zhǎng)，作為外貿(mào)貨物主要運(yùn)輸工具的船舶也得到飛速發(fā)展，作為船舶自動(dòng)化重要組成部分的船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)也因采用高新技術(shù)而獲得新的生命力。對(duì)輔鍋爐系統(tǒng)的控

3、制，特別是對(duì)透平機(jī)船或油輪所使用的大型輔鍋爐系統(tǒng)的控制，一直是船舶輪機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要課題，因?yàn)檫@一控制不僅直接涉及到鍋爐運(yùn)行的效率性能，而且關(guān)系到它運(yùn)行的安全性和可靠性。以繼電器接觸器為主的老一代控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代船舶對(duì)其鍋爐控制越來(lái)越高、越來(lái)越復(fù)雜的控制要求，這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)化已勢(shì)出必行，而應(yīng)用在當(dāng)前工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中引人注目的可編程序控制器（PLC）則是使其計(jì)算機(jī)化的最簡(jiǎn)便、最可靠途徑。本文研究的工作主要包括三個(gè)部分：第一，分析輔鍋爐控制的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，性能及原理，為設(shè)計(jì)輔鍋爐自動(dòng)控制奠定理論基礎(chǔ)。第二，根據(jù)船舶輔鍋爐的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)PLC在船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

4、，主要有PLC選型及輸入/輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)，畫(huà)出系統(tǒng)控制梯形圖并對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行分析；第三，對(duì)輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望。通過(guò)對(duì)船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)的實(shí)例分析，得出結(jié)論：船舶輔鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)不但可以使用PLC技術(shù)取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制技術(shù)，而且前者比后者更可靠、更小巧，維護(hù)保養(yǎng)更方便，從而為船舶自動(dòng)化開(kāi)辟了一條新的路徑。關(guān)鍵詞：輔鍋爐，自動(dòng)控制系統(tǒng)，可編程控制器2AbstractAlongwiththemeasuresofinsideandoutsidetradeincreasinggreatlyinourcountry,asaresultoftheshipsasmain

5、conveyancetooloftheoutsidetradegoodsaredevelopedquickly,thelargesizeandautomationoftheshipsismoreandmoreneededbymarket.Theautomaticcontrolsystemofship'sauxiliarymechanismastheimportantpartofshipautomationalsoacquiresthenewvitalitybecauseofadoptionthehighnewtechnique.Thecontrolofmarineboilersyste

6、monboardship,especiallyonboardturboshiporonboardoiltanker,isalwaysaimportantquestionfordiscussionofmarineengineeringtechnologyandautoimmunizationtechnology.Thereasonisthatthecontrolcountformuchwithefficiency,securityandreliabilityofboiler.Theoldcontrolsystemmainlyusing-and-nowcan'tmeetthehighand

7、complicatedrequirementsofmodernshiptocontrolitsboiler.Itisimperativeunderthesituationtousecomputerforshipcontrolarea.AndtheremarkablePLCusedcurrentlybyindustryprocesscontrolareaisthemostreliable,simpleandconventionwaytorealizecomputercontrolonboardmodernship.Theresearchworkofthispaperisdividedintoth

8、reeparts:Thefirst,analyzetheworkcharacteristicsofshipsauxiliaryboiler,providingbaseforautomaticcontrolsystem.Thesecond,accordingtotheworkcharacteristicsofshipsauxiliaryboiler,thepaperistodesignappliedprojectintheauxiliaryboiler.Thethird,theconclusionandprospectoftheauxiliaryboiler.Accordingtothecomp

9、rehensiveanalysisofaboveactualexampleofshipsauxiliarymechanismautomaticsystemwiththetechniqueofPLC,notonlycanusethetechniqueofPLCtoreplacetraditionalrelaycontactorcontroltechniqueinshipsauxiliaryboilerautomaticsystem,butalsocangettheconclusionoftheformerismoredependableandmorecleverthanthelatter,the

10、maintenanceismoreconvenient,thusdevelopanewpathforshipautomation.Keywords:Auxiliaryboiler,automaticcontrolsystem,techniqueofPLC武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1.1 選題目的（研究背景）目前許多船舶的輔助機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)都是以繼電器接觸器為主要控制元件，鑒于如下因素有必要采用PLC技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制技術(shù)。繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系

11、統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有48對(duì)觸點(diǎn)，因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱(chēng)為“軟接線”。因此，靈活性和擴(kuò)展性都很好。從以上幾個(gè)方面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)，這可以從維修費(fèi)用減少中得到補(bǔ)償。因此,研究基于PLC技術(shù)的輔助機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)很有必要。可編程控制器（PLC）作為傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)

12、用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變過(guò)程，而且具有體積小、組裝靈活、編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等特點(diǎn)，非常適用于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用，被認(rèn)為是工業(yè)上的無(wú)故障產(chǎn)品。PLC應(yīng)用于船舶輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)中，替代傳統(tǒng)輔鍋爐燃燒控制系統(tǒng)是一種必然。本文擬通過(guò)對(duì)船舶輔鍋爐采用PLC技術(shù)所構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，說(shuō)明船舶輔助機(jī)械采用PLC技術(shù)的必要性、可行性和優(yōu)越性，進(jìn)而為輪機(jī)自動(dòng)化、船舶自動(dòng)化開(kāi)辟一條新途徑。1.2 輔鍋爐控制的特點(diǎn)機(jī)艙中輔助設(shè)備的自動(dòng)控制，是實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”機(jī)艙的必要條件之一。船舶輔鍋爐是船舶動(dòng)力裝置的重要組成部分。為了提高機(jī)艙的自動(dòng)化程度，輔鍋爐的全自動(dòng)控制是必

13、不可少的。對(duì)于小型輔鍋爐，由于產(chǎn)生的蒸汽主要供主機(jī)暖缸、加熱燃油以及日常生活用,故對(duì)蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性要求不高，一般采用雙位控制或比例調(diào)節(jié)，允許蒸汽壓力在設(shè)定范圍內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)。對(duì)于大容量的油輪輔鍋爐，因?yàn)榧訜嶝浻?、?qū)動(dòng)貨油泵、鍋爐給水泵等蒸汽輔機(jī)以及洗艙的需要，多采用比例一一積分環(huán)節(jié)，使蒸汽壓力基本穩(wěn)定在設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。作為過(guò)程控制的一個(gè)典型，輔鍋爐的控制具有以下特點(diǎn)：（1）鍋爐控制的動(dòng)態(tài)特性具有大慣性大延時(shí)的特點(diǎn)，而且伴有非線性。（2）控制過(guò)程屬于慢過(guò)程、參數(shù)控制。由于控制過(guò)程具有大慣性大延時(shí)的特點(diǎn)，因而決定了鍋爐控制過(guò)程是一個(gè)慢過(guò)程。（3）定值控制是鍋爐控制的一種主要形式。在鍋

14、爐控制系統(tǒng)中，其給定值是恒定的或保持在很小的范圍內(nèi)變化，控制的主要目的是在于如何減小或消除外界干擾對(duì)被控制量的影響。船用輔鍋爐的控制一般分為燃燒器管理和燃燒過(guò)程的負(fù)荷控制。鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)是指按程序執(zhí)行鍋爐的起動(dòng)和停爐，任一動(dòng)作未完成前系統(tǒng)都決不會(huì)執(zhí)行下一步。若某一步動(dòng)作的完成超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位并發(fā)出報(bào)警。燃燒過(guò)程的負(fù)荷控制是指監(jiān)控和安全保護(hù)，對(duì)系統(tǒng)一切可能發(fā)生的非正常運(yùn)行予以監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生風(fēng)機(jī)失靈、點(diǎn)火失敗、中途熄火、危險(xiǎn)低水位、危險(xiǎn)高汽壓等重要故障時(shí)，應(yīng)實(shí)施停爐并進(jìn)行聲光報(bào)警對(duì)工作油泵、水泵電機(jī)過(guò)電流故障，應(yīng)采取啟動(dòng)相應(yīng)備用泵等措施。對(duì)非重要故障（如高水位、高油溫）則只發(fā)

15、出聲光報(bào)警。1.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原則和要求輔鍋爐系統(tǒng)的控制原則是確保其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、降低能耗和維修費(fèi)用，整個(gè)系統(tǒng)的控制可分為三個(gè)部分，即燃燒程序控制、燃燒自動(dòng)控制和給水自動(dòng)控制。燃燒程序控制系統(tǒng)控制與燃燒器點(diǎn)火、熄火有關(guān)的一整套程序，包括點(diǎn)火前油泵和風(fēng)機(jī)的起動(dòng)、預(yù)掃風(fēng)和風(fēng)油門(mén)控制、點(diǎn)火過(guò)程、熄火后的后掃氣以及在多燃燒器系統(tǒng)中根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器工作數(shù)量，還有對(duì)點(diǎn)火失敗、缺水、爐前風(fēng)壓低等非正常情況的報(bào)警及自動(dòng)保護(hù)措施。這一系統(tǒng)基本上屬于對(duì)開(kāi)關(guān)量的順序邏輯控制，雖然控制過(guò)程復(fù)雜，可靠性要求高，但輸入/輸出（I/O）點(diǎn)不多，很適合用僅有開(kāi)關(guān)量功能的低檔PLC控制。根據(jù)負(fù)荷變化，對(duì)燃燒工況的

16、自動(dòng)調(diào)節(jié)，目的在于控制鍋爐的供汽壓力和溫度，使其穩(wěn)定在給定值以滿足設(shè)備的需要。同時(shí)調(diào)節(jié)給油量和進(jìn)風(fēng)量的比例，保持合適的過(guò)量空氣從而使燃油充分燃燒，達(dá)到安全和省油的目的。在主鍋爐或大型油、客輪的輔鍋爐控制中，此系統(tǒng)的主要被控量是模擬量，應(yīng)采用具有多個(gè)模擬量PID調(diào)節(jié)回路功能的中檔PLC。圖1為較典型的供汽壓力和風(fēng)油比調(diào)節(jié)的原理方框圖。圖1典型的供汽壓力和風(fēng)油比調(diào)節(jié)的原理方框圖由于對(duì)小型船用輔鍋爐的蒸汽品質(zhì)要求不高，可采用雙位調(diào)節(jié)（即高壓停爐，低壓起動(dòng)），或采用單調(diào)節(jié)器的簡(jiǎn)單比例調(diào)節(jié)，或用分檔方式將連續(xù)的汽壓信號(hào)變成開(kāi)關(guān)量，實(shí)現(xiàn)近似的連續(xù)閉環(huán)調(diào)節(jié)。最后這種方式很適合于用低價(jià)的開(kāi)關(guān)量PLC完成這一調(diào)

17、節(jié)功能，同樣可達(dá)到較高的調(diào)節(jié)質(zhì)量，并可與前述的燃燒程序控制系統(tǒng)使用同一個(gè)小型或超小型PLC。同樣，給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)亦可根據(jù)鍋爐性能及大小、控制質(zhì)量要求分別采用雙位調(diào)節(jié)或單沖量、雙沖量以至三沖量連續(xù)調(diào)節(jié)。用具有模擬量控制功能的PLC實(shí)現(xiàn)雙沖量或三沖量的調(diào)節(jié)都很方便而無(wú)須增添新的控制單元，因而較容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的給水控制，而一般輔鍋爐則多采用雙位調(diào)節(jié)方式，可與前兩個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)小型或更小型的PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)。1.4 國(guó)內(nèi)外船舶輔鍋爐自動(dòng)控制手段的改進(jìn)我國(guó)從60年代開(kāi)始就從事鍋爐自控系統(tǒng)的研制工作，到70年代初研制成強(qiáng)制循環(huán)輔助鍋爐的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，直到90年代開(kāi)始研制以可編程控制器為核心的輔鍋爐燃燒控制

18、裝置。中國(guó)船舶總公司的704所從60年代開(kāi)始研制了輔助鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)，80年代初還制定了輔鍋爐控制箱標(biāo)準(zhǔn)。目前，他們又在開(kāi)發(fā)用可編程控制器的油輪輔鍋爐控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)造船業(yè)迅速發(fā)展，各船廠大量建造出口船舶，因此輔鍋爐的控制系統(tǒng)都以進(jìn)口產(chǎn)品為主，如：丹麥的AALBORG公司、SUNROD公司、VOLCANO公司的自控系統(tǒng)，這些公司幾乎都采用了可編程控制器組成的控制系統(tǒng)。國(guó)外早在73年底，西德西門(mén)子公司已經(jīng)開(kāi)始將PLC用于超級(jí)油輪的主鍋爐燃燒程序控制系統(tǒng)，并與該公司的數(shù)字調(diào)節(jié)器系統(tǒng)及過(guò)程控制計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成鍋爐透平機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)。1978年，殼牌（SHELL）國(guó)際油輪公司開(kāi)始了一個(gè)研究項(xiàng)目，

19、即改造其超級(jí)油輪上的使用繼電器或常規(guī)電子開(kāi)關(guān)電路的鍋爐燃燒器程序控制系統(tǒng)，為其經(jīng)常發(fā)生且難以排除的故障找到一個(gè)根本的解決辦法。他們注意到了當(dāng)時(shí)嶄露頭角的PLC,首先分別在實(shí)驗(yàn)室和船舶現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所選用的美國(guó)德州儀器公司（TI）的PC-5TI進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月的測(cè)試，取得了良好的結(jié)果，使該系統(tǒng)的故障率和故障停機(jī)時(shí)間比原系統(tǒng)大大降低。Hamworthy工程公司是一個(gè)船舶輔機(jī)機(jī)械制造公司，由于鍋爐的控制極為復(fù)雜，可靠性要求高，質(zhì)量直接影響其產(chǎn)品的信譽(yù)，1979年以來(lái)，他們開(kāi)始自己設(shè)計(jì)及成套生產(chǎn)鍋爐控制系統(tǒng)。1983年，他們對(duì)著名的豪華客輪“伊麗莎白女皇二號(hào)”主鍋爐的繼電器控制系統(tǒng)用PC公司的PM550中型

20、PLC系統(tǒng)完成了對(duì)鍋爐燃燒工況調(diào)節(jié)的全面控制，還配以彩色圖形顯示和操作等完善的高級(jí)系統(tǒng)實(shí)船裝用，我國(guó)大連造船廠也為其出口船舶配置了這種系統(tǒng)。1.5 章節(jié)安排在第一章緒論中通過(guò)對(duì)輔鍋爐控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外船舶輔鍋爐自動(dòng)控制手段改進(jìn)的分析得出PLC應(yīng)用于船舶輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)中，替代傳統(tǒng)輔鍋爐燃燒控制系統(tǒng)是一種必然。第二章，分析了輔鍋爐自動(dòng)控制的原理，對(duì)輔鍋爐自動(dòng)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)輔鍋爐的自動(dòng)控制原理和安全保護(hù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并簡(jiǎn)單介紹了水位自動(dòng)控制、燃燒自動(dòng)控制、鍋爐點(diǎn)火及燃燒時(shí)序自動(dòng)控制和自動(dòng)安全保護(hù)，為下一步進(jìn)行PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研究做好準(zhǔn)備。第三章開(kāi)始進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，首先在第一

21、節(jié)介紹了PLC（可編程控制器）的基本特點(diǎn)。第二節(jié)主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。第三節(jié)開(kāi)始進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)控制功能、船用的特點(diǎn)進(jìn)行PLC選型，接下來(lái)設(shè)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)，然后進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，即確定各種輸入輸出信號(hào)與PLC的連接方式，畫(huà)出輸入輸出端子接線圖，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪制系統(tǒng)梯形圖。第四節(jié)對(duì)鍋爐控制過(guò)程進(jìn)行分析，說(shuō)明PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)輔鍋爐的自動(dòng)控制。最后的第四章是對(duì)輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望，通過(guò)對(duì)PLC用于船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的利弊分析，得出結(jié)論：用PLC技術(shù)取代傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶輔助機(jī)械的自動(dòng)控制是大勢(shì)所趨。4武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2輔鍋爐控制的原理分析2

22、.1 船舶輔鍋爐自動(dòng)控制概述船舶輔鍋爐的自動(dòng)控制通常包括自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序控制、安全保護(hù)、自動(dòng)連鎖和熱工檢測(cè)等內(nèi)容。輔鍋爐工作過(guò)程中的自動(dòng)調(diào)節(jié)是使蒸汽壓力、溫度和水位等被調(diào)參數(shù)，在任何工況下均能維持所要求的規(guī)定值，包括燃燒過(guò)程和給水過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)。程序控制是指在操作指令的作用下按照預(yù)定的操作程序自動(dòng)完成鍋爐的起動(dòng)和停爐的操作。安全保護(hù)主要是在鍋爐的某個(gè)工作過(guò)程處于異常狀態(tài)、危及安全運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行必要的操作使鍋爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還要發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警。船舶輔鍋爐的安全保護(hù)有超壓保護(hù)、過(guò)低水位保護(hù)及爐膛熄火保護(hù)等。自動(dòng)連鎖是當(dāng)鍋爐的某個(gè)設(shè)備發(fā)生誤操作或故障時(shí)，能自動(dòng)阻止有關(guān)設(shè)備的操作和運(yùn)轉(zhuǎn)，避免事故的發(fā)生

23、。如當(dāng)鍋爐鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生故障而停止工作時(shí)，燃燒器應(yīng)該自動(dòng)停止噴油。為了隨時(shí)掌握鍋爐運(yùn)行情況并鑒別其運(yùn)行是否良好，要不斷的測(cè)量和監(jiān)視蒸汽壓力、蒸汽溫度、水位，燃油壓力、燃燒溫度等運(yùn)行參數(shù)，故熱工檢測(cè)也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。2.2 船舶輔鍋爐的主要調(diào)節(jié)任務(wù)船舶輔鍋爐設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力和溫度的蒸汽，同時(shí)要保證在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。所以，其主要的調(diào)節(jié)任務(wù)有(1)鍋爐供給負(fù)荷的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)；(2)鍋爐汽包中的水位保持在一定范圍內(nèi)；(3)爐膛負(fù)壓保持在一定范圍內(nèi)；(4)保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行。2.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原理分析鍋爐是船上最早實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的裝置之一，其控制

24、項(xiàng)目包括：水位自動(dòng)控制、燃燒自動(dòng)控制、鍋爐點(diǎn)火及燃燒時(shí)序自動(dòng)控制和自動(dòng)安全保護(hù)。(1)水位自動(dòng)控制的目的是保持鍋爐的正常水位，即控制給水泵的起停或給水閥的開(kāi)度，從而控制給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。在蒸發(fā)量較小、蒸汽壓力較低的輔鍋爐中，大多數(shù)采用雙位水位自動(dòng)控制，即當(dāng)鍋爐水位達(dá)到水位下限時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)給水泵向鍋爐供水；當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)，自動(dòng)停止給水泵的工作。因此，這種鍋爐工作時(shí)水位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)而不會(huì)穩(wěn)定在某一給定值上。在大型的油輪上，輔鍋爐的蒸發(fā)量一般很大，汽壓較高，它要求水位穩(wěn)定在給定值上。所以，控制給水一般通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，即根據(jù)水位的偏差信號(hào)來(lái)控制給水閥

25、的開(kāi)度，從而使給水量適合蒸汽流量的變化。(2)在燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控量是鍋爐的蒸汽壓力，在單沖量控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)汽壓的高低自動(dòng)改變進(jìn)入爐膛的燃油量和送風(fēng)量，維持鍋爐汽壓恒定或在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，并維持一定的風(fēng)油比，以保證獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于貨輪輔鍋爐，燃燒控制系統(tǒng)要求簡(jiǎn)單、可靠，而且對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)性要求不是很?chē)?yán)格，因此大多數(shù)采用雙位控制。在油輪輔鍋爐中，要求汽壓穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)性要求也比較高，這就要求控制系統(tǒng)在不同的負(fù)荷下保證一個(gè)最佳的風(fēng)油比，所以通常采用比例積分控制或更好的控制算法。油輪的燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)通常由兩個(gè)回路組成。其中一個(gè)回路根據(jù)汽壓的偏差信號(hào)經(jīng)比例積分的蒸汽壓力調(diào)

26、節(jié)器來(lái)控制燃油調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，即改變向爐膛的噴油量。噴油量的改變必須同時(shí)改變送風(fēng)量，所以另一回路就是根據(jù)燃油量的多少來(lái)改變送風(fēng)量，以達(dá)到最佳的風(fēng)油比，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。(3)輔鍋爐點(diǎn)火及燃燒時(shí)序控制是指給鍋爐一個(gè)起動(dòng)信號(hào)后，按時(shí)序的先后進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點(diǎn)火、噴油點(diǎn)火，點(diǎn)火成功后對(duì)鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，接著轉(zhuǎn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段,同時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行一系列的安全保護(hù)。一般情況下，輔鍋爐的點(diǎn)火及燃燒時(shí)序控制包括以下步驟：起動(dòng)前的準(zhǔn)備：檢查是否具備啟動(dòng)條件。比如手動(dòng)燃油速閉閥是否打開(kāi)；燃油閥是否關(guān)閉；鍋爐水位是否正常：燃油壓力和溫度是否在正常的范圍內(nèi)。(1)預(yù)掃風(fēng)：為了防止鍋爐內(nèi)殘余的油氣在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生冷爆，

27、在點(diǎn)火前應(yīng)進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)。此時(shí)應(yīng)起動(dòng)風(fēng)機(jī)和燃油泵，使燃油在鍋爐外打循環(huán)，將風(fēng)門(mén)開(kāi)到最大，以大量風(fēng)吹去殘余油氣。預(yù)掃風(fēng)時(shí)間根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)形式不同而異，一般在2060s之間。(2)點(diǎn)火：預(yù)掃風(fēng)完畢后，打開(kāi)輔電磁閥使點(diǎn)火汕頭投入工作，同時(shí)打開(kāi)點(diǎn)火變壓器，點(diǎn)燃從點(diǎn)火油頭噴出的輕油，然后點(diǎn)燃工作汕頭。(3)預(yù)熱：點(diǎn)火成功后，進(jìn)入預(yù)熱階段，此時(shí)燃油控制應(yīng)處于手動(dòng)控制，使鍋爐緩慢的加熱至一定的壓力后，將燃油控制轉(zhuǎn)為自動(dòng)控制，進(jìn)入正常燃燒階段，此時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐的負(fù)荷調(diào)整噴入爐膛的燃油量或改變油頭投入燃燒的數(shù)目。(4)鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)的另一個(gè)重要任務(wù)是對(duì)鍋爐進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。自動(dòng)保護(hù)包括：安全保護(hù)和自動(dòng)連鎖。對(duì)于全

28、自動(dòng)化的鍋爐為達(dá)到鍋爐安全、可靠的運(yùn)行和無(wú)人管理的目的,當(dāng)鍋爐在點(diǎn)火、開(kāi)汽以及正常運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生異常情況，聲光報(bào)警，這就是安全保護(hù)的任務(wù)，鍋爐的安全保護(hù)一般包括極低水位自動(dòng)保護(hù)、蒸汽壓力過(guò)高自動(dòng)保護(hù)、異常熄火自動(dòng)保護(hù)、油壓過(guò)低自動(dòng)保護(hù)、油溫過(guò)高/過(guò)低自動(dòng)保護(hù)和低風(fēng)壓自動(dòng)保護(hù)等。自動(dòng)連鎖是指當(dāng)某些特定的條件成立后，才能對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行操作，比如只有當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)建立風(fēng)壓以后,才允許開(kāi)動(dòng)燃油泵和開(kāi)起燃油電磁閥。2.4 安全保護(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng)不是絕對(duì)可靠的，萬(wàn)一失靈發(fā)生水位過(guò)低，汽壓過(guò)高或是爐膛熄火，都可能導(dǎo)致重大的事故，所以安全保護(hù)裝置更是不可缺少的組成部分。以下分別敘述船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中一些主要

29、的安全保護(hù)設(shè)施。(1)超壓保護(hù)鍋爐汽壓超過(guò)最高允許工作壓力時(shí)，超壓保護(hù)器的電觸頭被斷開(kāi)，促使噴油嘴切斷而油泵停運(yùn)，風(fēng)機(jī)在后掃風(fēng)后也停止工作。(2)水位過(guò)低保護(hù)當(dāng)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時(shí)，若水位降至低水位后仍不進(jìn)水，并且繼續(xù)下降到危險(xiǎn)水位時(shí)，通過(guò)過(guò)低水位保護(hù)器，切斷燃油電磁閥，油泵以及風(fēng)機(jī)的電源，從而實(shí)現(xiàn)熄火停爐，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。(3)熄火保護(hù)所謂熄火保護(hù)，主要是指當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，突然中途熄火，此時(shí)應(yīng)立即斷油斷風(fēng)，實(shí)施停止燃燒的安全保護(hù)作用。這一保護(hù)通常是通過(guò)一個(gè)火焰感受器的作用而達(dá)到的。2.5 本章小結(jié)本章對(duì)輔鍋爐自動(dòng)控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)輔鍋爐的自動(dòng)控制原理和安全保護(hù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并簡(jiǎn)單介紹了

30、水位自動(dòng)控制、燃燒自動(dòng)控制、鍋爐點(diǎn)火及燃燒時(shí)序自動(dòng)控制和自動(dòng)安全保護(hù)，旨在為下一步進(jìn)行PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研究做好準(zhǔn)備。7武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)103輔鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析3.1 可編程控制器的基本特點(diǎn)可編程控制器（PLC）是以中央處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)控制器。PLC的工作原理框圖如圖所示編程器按鈕一工接觸器觸點(diǎn)«.*行程開(kāi)關(guān)一輸入單元I系統(tǒng)箝庠卷儲(chǔ)器T中央處理單元L單元在遛觸器線圈®示燈電磁閥線圈電源I可編程控制器圖2PLC的工作原理框圖PLC是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)

31、用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描。如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪掃描，周而復(fù)始。每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。編程時(shí)使用的各種編程元件，它們可提供相當(dāng)多個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。這使得整個(gè)控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)單，只須外部端子上接上相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)線即可，并能在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí)，不必改變PLC的硬設(shè)備，只要改變程序即可。PLC能在線修改程序，也能方便地?cái)U(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。PLC結(jié)構(gòu)緊密，體積小巧

32、，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.2 設(shè)計(jì)要求總體要求達(dá)到：鍋爐水位是采用電極雙位控制；鍋爐汽壓在低負(fù)荷時(shí)采用雙位控制，正常負(fù)荷時(shí)采用壓力比例調(diào)節(jié)器一電動(dòng)比例操作的比例控制；火焰監(jiān)視器采用光電池；有危險(xiǎn)水位、低風(fēng)壓、超壓保護(hù)等安全保護(hù)裝置；自動(dòng)控制系統(tǒng)失靈時(shí)可轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作。在起動(dòng)鍋爐以前，輪機(jī)員先要做一系列的準(zhǔn)備工作。如合上電源總開(kāi)關(guān)；觀察鍋爐水位是否在危險(xiǎn)水位以下，若是，則要向鍋爐補(bǔ)足水，否則鍋爐不能起動(dòng)；讓燃油系統(tǒng)的溫度、壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)投入工作；把“自動(dòng)一一手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”位置等。做好這些工作以后，就可按鍋爐起動(dòng)按鈕，燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)的功能如下：(1)

33、預(yù)掃風(fēng)預(yù)掃風(fēng)就是在起動(dòng)鍋爐時(shí)先用空氣吹除殘留在爐膛內(nèi)的油氣，防止?fàn)t膛內(nèi)集油過(guò)多而在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生冷爆。預(yù)掃風(fēng)的時(shí)間根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)形式不同而異，一般是206刑。給鍋爐一個(gè)起動(dòng)信號(hào)后，控制系統(tǒng)能自動(dòng)起動(dòng)油泵和風(fēng)機(jī)。這時(shí)，燃油電磁閥是關(guān)閉的，不能供油，風(fēng)門(mén)開(kāi)得最大以大風(fēng)量進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)(2)點(diǎn)火當(dāng)整定的預(yù)掃風(fēng)時(shí)間到達(dá)后?？刂葡到y(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)小風(fēng)門(mén)以利于點(diǎn)火。點(diǎn)火變壓器通電,點(diǎn)火電極產(chǎn)生電火花進(jìn)行供油點(diǎn)火。有些鍋爐沒(méi)有預(yù)點(diǎn)火，在點(diǎn)火變壓器通電的同時(shí)打開(kāi)燃油電磁閥供油點(diǎn)火。在點(diǎn)火時(shí)間內(nèi)要求小風(fēng)量少?lài)娪?。?duì)只有一個(gè)汕頭工作的輔鍋爐，要開(kāi)大回油閥減少供油。點(diǎn)火是否成功由光電池來(lái)監(jiān)視。在調(diào)定的點(diǎn)火時(shí)間內(nèi)，如果爐膛內(nèi)有火焰

34、說(shuō)明點(diǎn)火成功，否則說(shuō)明點(diǎn)火失敗。自動(dòng)停爐，待故障修復(fù)后再重新起動(dòng)。(3)負(fù)荷控制點(diǎn)火成功后維持一段時(shí)間低火燃燒對(duì)鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，然后開(kāi)大風(fēng)門(mén)，關(guān)小回油閥，以大風(fēng)量多噴油來(lái)增強(qiáng)爐膛內(nèi)的燃燒強(qiáng)度，使鍋爐進(jìn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段。負(fù)荷控制就是對(duì)鍋爐蒸汽壓力進(jìn)行自動(dòng)控制。(4)安全保護(hù)如果發(fā)生點(diǎn)火失敗、風(fēng)機(jī)失壓、中間熄火、水位太低等現(xiàn)象，會(huì)自動(dòng)停爐進(jìn)行安全保護(hù)。待故障排除后按復(fù)位按鈕才能重新起動(dòng)鍋爐。3.3PLC選型、設(shè)計(jì)及系統(tǒng)梯形圖3.3.1 PLC選型機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能的前提下，保證系統(tǒng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)及使用維護(hù)方便。在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：(1) I/O點(diǎn)數(shù)的確定

35、(一般可考慮10%15%的備用量)；(2)確定用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，一般粗略的估計(jì)方法是：(輸入+輸出)X(1012)=指令步數(shù)；(3)響應(yīng)速度(4)輸入輸出方式以及負(fù)載能力。根據(jù)控制系統(tǒng)中輸入輸出信號(hào)的種類(lèi)、參數(shù)等級(jí)和負(fù)載要求，選擇能夠滿足輸入輸出接口需要的機(jī)型，在這里特別要注意電壓和電流的問(wèn)題。PLC機(jī)應(yīng)用于船用控制設(shè)備，特別是應(yīng)用于機(jī)艙監(jiān)視系統(tǒng)上，必須具有較好的防震性能、三防性能以及抗干擾性能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了反復(fù)比較：(1)PLC機(jī)的電源電壓為DC24V。(2)使用環(huán)境條件，滿足海規(guī)或內(nèi)規(guī)的要求。(3)有實(shí)船使用的經(jīng)驗(yàn)，也即取得過(guò)船級(jí)社認(rèn)可標(biāo)記。(4)適用、便

36、于掌握操作，價(jià)格較低。(5)輸入方式采用源輸入，輸出采用繼電器輸出方式，輸入輸出均為DC24V0(6)具有較高的使用可靠性，軟件指令豐富，功能較強(qiáng)?；谝陨蠋c(diǎn)，通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口PLC機(jī)進(jìn)行反復(fù)的比較，最后選擇了三菱FX2NPLC機(jī)。其原因基于以下幾方面：(1) FX2N配置靈活，除主機(jī)單元外，還可以擴(kuò)展I/O模塊、A/D模塊、D/A模塊和其他特殊功能模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需I/O點(diǎn)數(shù)40點(diǎn)(輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn))。主機(jī)采用小型化基本單元FXZN-40MR。(2) FX2N指令功能豐富，有各種指令107條，且指令執(zhí)行速度快。(3) FX2NPLC可用內(nèi)部輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、定時(shí)器T、寄存器D

37、、計(jì)數(shù)器C的功能和數(shù)量滿足系統(tǒng)控制要求的需要。(4) FX2NPLC的編程，可用編程器，也可以在PC機(jī)上使用三菱公司的專(zhuān)用編程軟件包MELSEMEDOC進(jìn)行。編程語(yǔ)言可用梯形圖或指令表。尤其是PC機(jī)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。為調(diào)試和維修提供了極大的方便。3.3.2 輸入/輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)如表1所示武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表1輸入/輸出點(diǎn)的設(shè)計(jì)X000水泵轉(zhuǎn)換旋鈕-停止Y000水泵X001水泵轉(zhuǎn)換旋鈕-自動(dòng)Y001風(fēng)機(jī)X002水泵轉(zhuǎn)換旋鈕-手動(dòng)Y002油泵X003停爐按鈕Y003點(diǎn)火變壓器X004起動(dòng)按鈕Y004回油及風(fēng)量調(diào)節(jié)X005燃燒旋鈕-停止Y005壓力比例調(diào)節(jié)器X006燃燒旋

38、鈕-自動(dòng)Y006燃油電磁閥X007燃燒旋鈕-手動(dòng)Y007熄火手動(dòng)復(fù)位X010風(fēng)壓保護(hù)Y010水泵運(yùn)行指示燈X011超壓保護(hù)Y011風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈X012危險(xiǎn)低水位Y012油泵運(yùn)行指示燈X013高水位Y013熄火指示燈X014低水位Y014危險(xiǎn)低水位指示燈X015水泵熱保護(hù)Y015報(bào)警器X016風(fēng)機(jī)熱保護(hù)X017油泵熱保護(hù)X020風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換旋鈕-停止X021風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換旋鈕-自動(dòng)X022風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換旋鈕-手動(dòng)X023油泵轉(zhuǎn)換旋鈕-停止X024油泵轉(zhuǎn)換旋鈕-自動(dòng)X025油泵轉(zhuǎn)換旋鈕-手動(dòng)X026手動(dòng)點(diǎn)火按鈕X027光電池控制觸點(diǎn)3.3.3 硬件設(shè)計(jì)主要是確定各種輸入輸出信號(hào)與PLC的連接方式，設(shè)計(jì)外圍輔助電

39、路及操作控制箱，畫(huà)出輸入輸出端子接線圖，并實(shí)施具體的安裝和連接。圖3是鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路接線圖。15220V圖3鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路接線圖3.3.4系統(tǒng)梯形圖系統(tǒng)控制梯形圖如圖4所示03284T2HH-(Y007)-J2加一1M41(T11K460)_MI41011(5107109111113M12M13MQQ¥QQ1V001M2Q(T12£400-(TI3K440J-(T14K40O-(TI5UOO)-(Y0D3)-(V00U-(Y002)-謂。1。)-(Y011)-(YQ12卜(M20)-(Y013)-(Y0M)-(如同-圖4系統(tǒng)控制梯形圖武漢理工大學(xué)畢業(yè)

40、設(shè)計(jì)(論文)3.4鍋爐的控制過(guò)程分析3.4.1 起動(dòng)前的準(zhǔn)備(1)合上總電源開(kāi)關(guān)，控制電路接通電源。(2)若爐內(nèi)水位低于危險(xiǎn)低水位，X012斷開(kāi)，鍋爐無(wú)法自動(dòng)起動(dòng)。此時(shí)應(yīng)將給水泵旋鈕放在“手動(dòng)”位置，X002閉合，Y000閉合，啟動(dòng)水泵向爐內(nèi)供水，當(dāng)水位上升到正常水位后，水泵旋鈕放在“停止”位置，水泵停止工作。(3)將燃燒控制旋鈕和風(fēng)機(jī)旋鈕轉(zhuǎn)到“手動(dòng)”位置，油泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“?！蔽恢茫缓蟀聪缕饎?dòng)按鈕X004,M2通電，于是M2觸電閉合自鎖，M12通電，起動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，手動(dòng)進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)1分鐘后，再按停止按鈕X003,使風(fēng)機(jī)停止工作。(4)將水泵開(kāi)關(guān)、燃燒開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)和油泵開(kāi)關(guān)都轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”

41、位置，準(zhǔn)備自動(dòng)起動(dòng)。3.4.2 燃燒的時(shí)序控制(1)預(yù)掃風(fēng)當(dāng)按下起動(dòng)按鈕X004時(shí)，由于水位正常，M8有電，其常開(kāi)觸電閉合；T11沒(méi)有電，其常閉觸電閉合，M2有電，Y001得電，風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)；Y002得電，油泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。但此時(shí)燃油電磁閥無(wú)電關(guān)閉，燃油從油泵排出后在管路中循環(huán)，不能進(jìn)入爐內(nèi)，風(fēng)機(jī)對(duì)爐膛進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)。由于Y004得電，壓力比例調(diào)節(jié)器YBD發(fā)訊電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，逐漸把風(fēng)門(mén)關(guān)小，回油閥開(kāi)大，為點(diǎn)火做好準(zhǔn)備。由于在40s之前尚未點(diǎn)火，所以光電池感受不到火焰的光照，X027斷開(kāi)，M31無(wú)電，M4有電，相應(yīng)的M4觸點(diǎn)閉合，為點(diǎn)火變壓器通電和熄火保護(hù)T2通電做好準(zhǔn)備。(2)點(diǎn)火在預(yù)掃風(fēng)40s

42、后，T14閉合，燃油電磁閥Y006有電，打開(kāi)油泵到噴油器的供油管路。但因回油閥已開(kāi)大，故向爐內(nèi)噴油量很少。與此同時(shí)，T15也閉合，使點(diǎn)火變壓器Y003通電，使點(diǎn)火電極之間產(chǎn)生電火花進(jìn)行點(diǎn)火；T2通電。但是，它要在通電7s后才能將Y007閉合。所以，這時(shí)只對(duì)點(diǎn)火進(jìn)行監(jiān)視，為熄火保護(hù)作好準(zhǔn)備。如果在7s內(nèi)點(diǎn)火成功，爐內(nèi)有火焰，光敏電池受到光照，X027閉合，M31得電，M32失電，使M4失電，M4觸點(diǎn)斷開(kāi)，使T2短電，其觸點(diǎn)因未達(dá)到閉合時(shí)間繼續(xù)斷開(kāi)，維持M1為斷電狀態(tài)。至1146s時(shí)，T11斷開(kāi)，風(fēng)壓保護(hù)X010已閉合，使M2仍有電。正常點(diǎn)火時(shí)序控制結(jié)束。(3)點(diǎn)火失敗如果點(diǎn)火時(shí)序控制從40s時(shí)開(kāi)

43、始點(diǎn)火，延時(shí)時(shí)間超過(guò)7s,光敏電池仍未感受到爐膛火焰的照射，X027斷開(kāi)，M31失電，M32失電，M4得電，使M4觸點(diǎn)一直閉合，當(dāng)T2達(dá)到設(shè)定時(shí)間7s后，使觸點(diǎn)T2閉合，Y007得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，M1得電，使M2失電，將控制回路電源切斷。使風(fēng)機(jī)、油泵停轉(zhuǎn)，電磁閥關(guān)閉，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(4)再次起動(dòng)在第一次點(diǎn)火失敗后，必須在排除故障后進(jìn)行再次起動(dòng)。首先，將熄火保護(hù)繼電器觸點(diǎn)Y007手動(dòng)復(fù)位，使其斷開(kāi)。只有M1斷電，其常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合后，才能重新起動(dòng)。(5)中途熄火在燃燒過(guò)程中，如果中途熄火，光電池失去火焰光照，X027斷開(kāi)。M31失電，M32失電，M4得電，使M4觸點(diǎn)閉合，所以點(diǎn)火變壓器Y00

44、3通電，重新進(jìn)行點(diǎn)火；同時(shí)，開(kāi)始7s計(jì)時(shí)，對(duì)點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行監(jiān)視。若在7s內(nèi)點(diǎn)火成功，即轉(zhuǎn)入正常燃燒；若仍未點(diǎn)燃，則同點(diǎn)火失敗情況一樣，使鍋爐停止燃燒，并發(fā)出熄火聲光報(bào)警信號(hào)。也就是，在中途熄火后，自動(dòng)點(diǎn)火一次，如不成功，則鍋爐發(fā)出報(bào)警。3.4.3 汽壓的自動(dòng)控制在點(diǎn)火時(shí)序控制過(guò)程中，到了44s后，Y004失電，使壓力比例調(diào)節(jié)器YBD的滑動(dòng)觸點(diǎn)和電動(dòng)比例操作器DBC的滑動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，由于此時(shí)鍋爐是低壓起動(dòng)，所以YBD滑動(dòng)觸點(diǎn)移到低壓端，電動(dòng)比例操作器DBC的滑動(dòng)點(diǎn)也向低壓端跟蹤，使風(fēng)門(mén)開(kāi)大，回油閥關(guān)小(噴油量加大)，鍋爐進(jìn)入正常比例燃燒自動(dòng)控制。當(dāng)汽壓上升到控制汽壓的下限值時(shí)，如果汽壓再升高，則相應(yīng)

45、地關(guān)小風(fēng)門(mén)和減少?lài)娪土?，維持正常負(fù)荷的汽壓比例控制。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷低于30%,風(fēng)油量已調(diào)到最小程度，汽壓達(dá)到控制汽壓的上限值時(shí)，比例控制失去作用，汽壓轉(zhuǎn)入雙位控制。即達(dá)到超過(guò)保護(hù)繼電器的整定上值，X001斷開(kāi)，接觸器M2失電，風(fēng)機(jī)和油泵停止工作，此時(shí)為正常熄爐，不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)鍋爐的汽壓又降低到控制汽壓的下限值時(shí)，X011又重新閉合，M2通電，風(fēng)機(jī)和油泵重新起動(dòng)，開(kāi)始自動(dòng)點(diǎn)火控制，使鍋爐重新燃燒。因此，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽壓的比例控制作用不大，燃燒接近雙位控制。3.4.4 安全保護(hù)該系統(tǒng)的安全保護(hù)有危險(xiǎn)低水位和風(fēng)壓過(guò)低自動(dòng)熄爐保護(hù)。鍋爐在運(yùn)行中，當(dāng)水位下降到危險(xiǎn)低水位時(shí)，最低的一根電極脫離水

46、面，X012斷開(kāi)，M8斷電，使M2斷電，切斷整個(gè)控制程序，使鍋爐自動(dòng)熄火停爐。當(dāng)風(fēng)壓過(guò)低時(shí)，風(fēng)壓保護(hù)繼電器觸點(diǎn)X010斷開(kāi)、主繼電器M2斷電，鍋爐自動(dòng)熄火停爐。3.4.5 停爐停爐時(shí)，可手按停止按鈕X003,M2斷電，燃燒系統(tǒng)停止工作，當(dāng)水位降低到低于危險(xiǎn)低水位時(shí)，應(yīng)把水泵開(kāi)關(guān)放在“手動(dòng)”位置，向鍋爐供水，直到水位達(dá)到正常水位時(shí)，再把水泵開(kāi)關(guān)放在“停止”位置上。切斷總電源開(kāi)關(guān)，并把燃燒開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”位置，風(fēng)機(jī)、油泵放在“停止”位置上。3.4.6 手動(dòng)操作當(dāng)鍋爐某些自動(dòng)控制設(shè)備出現(xiàn)故障(如多回路時(shí)間繼電器故障、壓力比例調(diào)節(jié)器或電動(dòng)比例操作器失靈等)，難以立即修復(fù)時(shí)，可改為手動(dòng)操作。在手動(dòng)操作之

47、前，應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作；檢查鍋爐水、油、電的供給情況是否正常；自動(dòng)控制箱上的各個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是否處于點(diǎn)火前的準(zhǔn)備位置；鍋爐水位應(yīng)高于最低水位；將燃油電磁閥置于常開(kāi)狀態(tài)，而手動(dòng)速關(guān)閥置于關(guān)閉狀態(tài)；將燃燒轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，風(fēng)機(jī)和油泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于停止位置；將風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)與電動(dòng)比例操作器DBC脫開(kāi)，把風(fēng)門(mén)和油門(mén)調(diào)到小火燃燒位置；合上總電源開(kāi)關(guān)QS。手動(dòng)操作具體步驟：(1)按下起動(dòng)按鈕X004接通控制電路；(2)將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行，進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)；(3)預(yù)掃風(fēng)后，把油泵轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，油泵起動(dòng)，建立起油壓；(4)按下點(diǎn)火按鈕X026,點(diǎn)火變壓器通電，點(diǎn)火電極產(chǎn)生電火花，打開(kāi)燃油管

48、路上的速關(guān)閥，向爐膛內(nèi)噴油進(jìn)行點(diǎn)火；(5)從觀火孔看到火焰時(shí)，放開(kāi)按鈕X026,終止點(diǎn)火變壓器工作；(6)點(diǎn)火成功后，調(diào)整風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)，使?fàn)t內(nèi)燃燒和鍋爐負(fù)荷相適應(yīng)；(7)如果手動(dòng)點(diǎn)火失敗，應(yīng)立即關(guān)閉速關(guān)閥，停止向爐膛內(nèi)噴油，并進(jìn)行后掃風(fēng)，待查明原因并排除故障后，再重新點(diǎn)火。3.5本章小結(jié)本章是輔鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，首先在第一節(jié)介紹了PLC(可編程控制器)的基本特點(diǎn)。第二節(jié)主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。第三節(jié)開(kāi)始進(jìn)行PLC的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)控制功能、船用的特點(diǎn)進(jìn)行PLC選型，接下來(lái)設(shè)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)，然后進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，即確定各種輸入輸出信號(hào)與PLC的連接方式，畫(huà)出輸入輸出端子接線圖，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求繪

49、制系統(tǒng)梯形圖。第四節(jié)對(duì)鍋爐控制過(guò)程進(jìn)行分析，說(shuō)明PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)輔鍋爐的自動(dòng)控制。4總結(jié)與展望4.1 輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望船舶輔鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)化是船舶自動(dòng)化的重要組成部分，而鍋爐技術(shù)是自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要課題。由于船舶特別是鍋爐系統(tǒng)的特殊性，鍋爐控制系統(tǒng)目前仍建立在以繼電器一一接觸器為主的硬布線邏輯控制基礎(chǔ)上。鍋爐系統(tǒng)的控制已成為機(jī)艙自動(dòng)化的薄弱環(huán)節(jié)之一，而由于手動(dòng)操作不當(dāng)引起的惡性鍋爐事故以及無(wú)人和一人值班機(jī)艙的迅速發(fā)展則更加強(qiáng)了要求實(shí)現(xiàn)更可靠、完善的鍋爐自動(dòng)化運(yùn)行的呼聲，用新技術(shù)來(lái)武裝鍋爐控制系統(tǒng)已勢(shì)在必行。現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物PLC目前已發(fā)展到一個(gè)

50、成熟時(shí)期。其軟硬件結(jié)構(gòu)上的高度靈活性，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的高度可靠性，由標(biāo)準(zhǔn)化、通用化而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性、獨(dú)具一格的編程方法帶來(lái)的易于使用性，都使它在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域中成為最有希望的新一代產(chǎn)品，成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的有力武器。技術(shù)發(fā)展史表明，經(jīng)濟(jì)上的合理性與技術(shù)上的可行性將決定一項(xiàng)新技術(shù)能否在發(fā)明和發(fā)現(xiàn)層出不窮的當(dāng)今科技世界中站住腳，并得到發(fā)展和應(yīng)用。高新技術(shù)的應(yīng)用必定能夠推動(dòng)船舶機(jī)艙自動(dòng)化水平的提高。PLC在輔鍋爐中的應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)節(jié)約電能，降低了電氣控制部分的能耗。(2)提高了安全性，保證船舶機(jī)艙監(jiān)視系統(tǒng)能夠安全可靠地工作。(3)降低了維修費(fèi)用。由于工作壽命

51、延長(zhǎng)、可靠性提高，設(shè)備故障維修率下降。(4)改善了船員的勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。(5)操作簡(jiǎn)便，便于學(xué)習(xí)掌握。(6)價(jià)格較為合理便宜，一般用戶均可承受。從上述觀點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)前開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用PLC船用輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的條件已完全成熟。從技術(shù)可行性，我們遠(yuǎn)可借鑒國(guó)外PLC船用輔鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，近有國(guó)內(nèi)許多單位PLC開(kāi)發(fā)，特別是熱電廠PLC鍋爐控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。從經(jīng)濟(jì)效益上看，即使目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的PLC基本上還是價(jià)格較高的進(jìn)口原裝產(chǎn)品，成本仍接近或低于成品繼電器控制柜。從設(shè)備投資角度上看：即使一次性投資暫時(shí)還較高，在備份投資、擴(kuò)展投資、維修投資及設(shè)備的再利用率上，都大大優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，如果再加上它在可靠性、附加功能、開(kāi)發(fā)周期、控制精度及體積和重量上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，PLC系統(tǒng)的巨大潛力是無(wú)可懷疑的，而且其潛力正逐步得到挖掘和驗(yàn)證。4.2 對(duì)PLC用于船舶輔助機(jī)械的展望目前許多船舶的輔助機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)都是以繼電器接觸器為主要控制元件，通19武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過(guò)對(duì)輔鍋爐采用PLC技術(shù)所構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究可以預(yù)測(cè)：船舶輔助機(jī)械采用PLC技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)船舶控制系統(tǒng)的小型化、高可靠性和自動(dòng)化。PLC在船舶輔助