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.IABSTRACT.II1 緒論.11.1 選題目的（研究背景）.11.2 輔鍋爐控制的特點(diǎn).11.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原則和要求.21.4 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.42 輔鍋爐控制的原理分析.52.1 船舶輔鍋爐自動(dòng)控制概述.52.2 船舶輔鍋爐的主要調(diào)節(jié)任務(wù).52.3 輔鍋爐自動(dòng)控制的原理分析.52.4 安全保護(hù).62.5 本章小結(jié).73 輔鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析.83.1 可編程控制器的基本特點(diǎn).83.2 設(shè)計(jì)要求.83.3 PLC 選型、設(shè)計(jì)及系統(tǒng)梯形圖.93.3.1 PLC 選型.93.3.2 輸入/輸出點(diǎn)的

2、設(shè)計(jì).103.3.3 硬件設(shè)計(jì).113.3.4 系統(tǒng)梯形圖.123.4 鍋爐的控制過(guò)程分析.153.4.1 起動(dòng)前的準(zhǔn)備.153.4.2 燃燒的時(shí)序控制.153.4.3 汽壓的自動(dòng)控制.163.4.4 安全保護(hù).163.4.5 停爐.163.4.6 手動(dòng)操作.173.5 本章小結(jié).174 總結(jié)與展望.184.1 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.18結(jié) 束 語(yǔ).20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）I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

3、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

4、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，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)鍵詞關(guān)鍵詞：輔鍋爐，自動(dòng)控制系統(tǒng)，可編程控制器武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIAbstractAlong with the measures of inside and outside t

5、rade increasing greatly in our country, as a result of the ships as main conveyance tool of the outside trade goods are developed quickly, the large size and automation of the ships is more and more needed by market. The automatic control system of ships auxiliary mechanism as the important part of

6、ship automation also acquires the new vitality because of adoption the high new technique.The control of marine boiler system on board ship, especially on board turbo ship or on board oil tanker, is always a important question for discussion of marine engineering technology and autoimmunization tech

7、nology. The reason is that the control count for much with efficiency, security and reliability of boiler.The old control system mainly using -and-now cant meet the high and complicated requirements of modern ship to control its boiler. It is imperative under the situation to use computer for ship c

8、ontrol area. And the remarkable PLC used currently by industry process control area is the most reliable, simple and convention way to realize computer control on board modern ship.The research work of this paper is divided into three parts: The first, analyze the work characteristics of ships auxil

9、iary boiler, providing base for automatic control system. The second, according to the work characteristics of ships auxiliary boiler, the paper is to design applied project in the auxiliary boiler. The third, the conclusion and prospect of the auxiliary boiler.According to the comprehensive analysi

10、s of above actual example of ships auxiliary mechanism automatic system with the technique of PLC ,not only can use the technique of PLC to replace traditional relay contactor control technique in ships auxiliary boiler automatic system ,but also can get the conclusion of the former is more dependab

11、le and more clever than the latter, the maintenance is more convenient , thus develop a new path for ship automation .Keywords : Auxiliary boiler , automatic control system , technique of PLC武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 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

12、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

13、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)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

14、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)榧訜嶝浻汀Ⅱ?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

15、性。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2（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)

16、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)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)

17、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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖 1 典型的供汽壓力和風(fēng)油比調(diào)節(jié)的

18、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)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

19、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)。現(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

20、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)。壓力調(diào)節(jié)器+-燃 油調(diào)節(jié)器風(fēng) 壓調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器鍋爐+-+-油閥用汽量給定壓力供汽壓力風(fēng)門(mén)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4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，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)

21、對(duì)所選用的美國(guó)德州儀器公司（TI）的 PC5TI 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 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

22、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

23、，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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）52 輔鍋爐控制的原理分析2.1 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

24、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。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

25、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

26、，即控制給水泵的起?；蚪o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)定在給定值武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6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

27、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)性要求不是很嚴(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)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

28、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，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)

29、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)火油頭投入工作，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)燃工作油頭。（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、升汽以及正常運(yùn)行的

30、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)一失武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7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

31、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)

32、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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）83 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圖 2 PLC 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)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，

33、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，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

34、調(diào)節(jié)器電動(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)；觀察鍋爐武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9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)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）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

35、2060秒。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)量少噴油。對(duì)只有一個(gè)油頭工作的輔鍋爐，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)

36、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。3.3 PLC 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（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）（1012）=指令步數(shù)

37、；（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、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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10PLC 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

38、 DC24V。（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 FX 2N PLC 機(jī)。其原因基于以下幾方面： （1）FX 2N 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 FX ZN-40MR。（2）FX 2N 指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執(zhí)行速度快。（3）FX 2N PLC 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、計(jì)數(shù)器 C 的

39、功能和數(shù)量滿足系統(tǒng)控制要求的需要。（4）FX 2N PLC 的編程，可用編程器，也可以在 PC 機(jī)上使用三菱公司的專用編程軟件包 MELSE M EDOC 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）11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

40、調(diào)節(jié)器X006燃燒旋鈕-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

41、連接方式，設(shè)計(jì)外圍輔助電路及操作控制箱，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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12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 所示武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 圖 4 系統(tǒng)控制梯形圖武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）153.4 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

42、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“停” 位置，然后按下起動(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)”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)

43、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 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 Y

44、003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)。到 46s 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)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武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16火焰的照射，X0

45、27 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 Y003 通電，重新進(jìn)

46、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)?。▏娪土考哟螅?，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

47、果汽壓再升高，則相應(yīng)地關(guān)小風(fēng)門(mén)和減少噴油量，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

48、險(xiǎn)低水位時(shí)，最低的一根電極脫離水面，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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）173.4.5 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、

49、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，

50、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 X 026，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)

51、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。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）184 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

52、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?，F(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)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

53、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

54、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)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19都是以繼電器接觸器為主要控制元件，通過(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 在船舶輔助機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可以包括：PLC 在船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流三速變級(jí)調(diào)