船舶蒸汽鍋爐的自動控制

（優(yōu)選）船舶蒸汽鍋爐的自動控制當(dāng)前第1頁\共有70頁\編于星期三\11點電極式水位控制系統(tǒng)

當(dāng)前第2頁\共有70頁\編于星期三\11點

第八章船舶蒸汽鍋爐的自動控制電極式雙位水位控制系統(tǒng)是在鍋爐的外面裝設(shè)一個電極室，它分別與鍋爐的水空間和蒸汽空間相通，故電極室中的水位與鍋爐水位一致。由于鍋爐水有一定的鹽分，所以它是導(dǎo)電的，電極室中插有三根電極棒，其中，電極1、2分別控制允許的上、下限水位；電極3用于危險低水位報警。1Z和2Z是二極管橋式整流電路。由變壓器次級繞組輸出的24V交流電壓經(jīng)1Z、2Z，電極1、2、3，鍋爐水及電極室接地的殼體，構(gòu)成交流通路，經(jīng)1Z和2Z整流成直流電作為繼電器3JY和4JY的電源。調(diào)整電極1、2的位置可調(diào)整鍋爐的上、下限水位。一般來說，在允許波動的范圍內(nèi)，電極1和2之間的距離不要調(diào)整得太小，否則給水泵電機起停頻繁，影響使用壽命。如果給水泵有故障，當(dāng)水位下降到下限水位，電極2露出水面時，水泵不能向鍋爐供水，水位會繼續(xù)降低。當(dāng)水位降低到危險低水位時，電極3露出水面，切斷2Z的交流電通路，使繼電器4JY斷電，發(fā)出聲光報警，同時會自動停爐。

當(dāng)前第3頁\共有70頁\編于星期三\11點

第八章船舶蒸汽鍋爐的自動控制2．管理要點及常見故障的分析方法一般輔鍋爐都裝有兩個電極室，—個工作，另一個備用。電極室由于長期使用，其中水的純度會提高，電極及電極室殼體會結(jié)水垢，使電極及電極室的導(dǎo)電性能降低。因此，電極室要定期放水和清洗。清洗前，要轉(zhuǎn)用備用電極室，然后關(guān)閉電極室與鍋爐水空間和汽空間相通的截止閥，再打開電極室底部的放水閥放掉電極室中的水。這時可拔出電極，打開電極室上蓋，清洗電極室殼體上的水垢和電極上的水垢。要檢查電極與電極室上蓋之間的絕緣是否良好。如果絕緣不好，要更換絕緣材料。電極室裝復(fù)后，打開與鍋爐汽和水空間相通的截止閥，電極室的水位就與鍋爐的實際水位一致了。

當(dāng)前第4頁\共有70頁\編于星期三\11點二、油輪輔鍋爐水位自動控制

1．油輪輔鍋爐水位控制的特點

大型油輪輔鍋爐由于蒸發(fā)量大，蒸汽壓力高，對水位和蒸汽壓力的要求比較嚴(yán)格，所以對水位和蒸汽壓都采用比例積分定值控制。（1）鍋爐水位的雙沖量控制（2）水位自動控制中的雙回路給水當(dāng)前第5頁\共有70頁\編于星期三\11點1）鍋爐水位的雙沖量控制在鍋爐水位控制系統(tǒng)中，還需要考慮“假水位”的影響，所謂“假水位”是指，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，鍋爐的水位變化方向與正常的變化方向相反。它的檢測裝置有兩個：一個是檢測水位變化的水位沖量信號3；另一個是檢測蒸汽流量變化的蒸汽流量沖量信號4，這兩個沖量信號都送到雙沖量調(diào)節(jié)器5。當(dāng)前第6頁\共有70頁\編于星期三\11點1）鍋爐水位的雙沖量控制

蒸汽流量信號是前饋信號，它與擾動變化大小成比例，控制作用在擾動發(fā)生的同時就產(chǎn)生，而不是等到擾動引起被控量發(fā)生波動后才產(chǎn)生，采用前饋控制可以改善控制的質(zhì)量。對于雙沖量給水自動控制系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽流量發(fā)生變化時，就給調(diào)節(jié)器發(fā)去一個信號，使給水量和蒸汽量同方向變化，因此可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽流量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動，從而減小了給水量和水位的波動，縮短了調(diào)節(jié)時間，可以改善水位的控制品質(zhì)。

當(dāng)前第7頁\共有70頁\編于星期三\11點2）水位自動控制中的雙回路給水

雙回路水位控制系統(tǒng)工作原理l-鍋爐；2-參考水位罐；3-差壓變送器；4-水位比例積分調(diào)節(jié)器；5-給水調(diào)節(jié)閥；6-差壓變送器；7-比例積分調(diào)節(jié)器；8-蒸汽調(diào)節(jié)閥；9-透平給水泵機組當(dāng)前第8頁\共有70頁\編于星期三\11點2）水位自動控制中的雙回路給水

油輪鍋爐給水系統(tǒng)通常由汽輪機給水泵從熱水井把水抽出來，經(jīng)給水調(diào)節(jié)閥打進(jìn)鍋爐里去?？刂平o水量可通過改變給水閥的開度來實現(xiàn)。通過給水閥的給水流量G與給水閥的流通面積F和給水閥前后壓差△p有關(guān)。改變給水閥的開度實際上就是改變給水閥的流通面積F。只有在給水閥前后壓差△p基本不變的情況下，給水流量G才能與給水閥的流通面積F成比例。但對汽輪機給水泵來說，如果蒸汽調(diào)節(jié)閥開度不變，則泵浦的排量基本不變，不管開大或關(guān)小給水閥，進(jìn)入鍋爐的給水量基本上是不變的，因此僅僅改變水閥的開度往往達(dá)不到控制給水量的目的。鍋爐水位連續(xù)自動控制系統(tǒng)除了具有根據(jù)水位偏差和蒸汽流量雙沖量來控制給水閥開度的水位控制回路外，還應(yīng)設(shè)有維持給水閥前后壓差恒定的給水差壓控制回路。這樣，給水量就直接與給水閥的開度成比例了。若鍋爐水位低于給定值，水位調(diào)節(jié)器1輸出的控制信號開大給水閥3。由于給水閥開大使其前后壓差減小，給水差壓調(diào)節(jié)器輸出的控制信號開大蒸汽調(diào)節(jié)閥4，提高汽輪機給水泵的轉(zhuǎn)速，使給水閥前后壓差保持恒定。當(dāng)前第9頁\共有70頁\編于星期三\11點2．油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的原理圖8-2-4鍋爐水位自動控制系統(tǒng)原理圖當(dāng)前第10頁\共有70頁\編于星期三\11點2.油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理

鍋爐水位自動控制系統(tǒng)主要是由水位差壓變送器1、水位調(diào)節(jié)器2、氣動計算器3、蒸汽流量變送器4、給水調(diào)節(jié)閥5、給水差壓變送器6、給水差壓調(diào)節(jié)器7等主要部分組成。鍋爐水位的變化是由氣動變壓變送器1測量的。蒸汽流量的變化也就是鍋爐負(fù)荷的變化，則由蒸汽流量變送器（氣動差壓變送器）來測量。系統(tǒng)中水位變送器1的作用是將鍋爐水位的變化量轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號送到氣動水位調(diào)節(jié)器2中。水位調(diào)節(jié)器的作用是將變送器1的輸出信號經(jīng)比例積分的反作用處理后，送到氣動計算器的通道A中。如果鍋爐的負(fù)荷保持不變，則蒸汽流量變送器輸出的氣壓信號B將是一個恒定值，此恒定值使給水控制閥在計算器的作用下有一個相應(yīng)的開度，以保持恒定的水位。當(dāng)前第11頁\共有70頁\編于星期三\11點2.油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理

A.如果鍋爐的負(fù)荷保持不變，則蒸汽流量變送器輸出的氣壓信號B將是一個恒定值，此恒定值使給水控制閥在計算器的作用下有一個相應(yīng)的開度，以保持恒定的水位。而這恒定的水位要保持在鍋爐正常水位的中間值，水位調(diào)節(jié)器的輸出必須是在50%的值上（0.06MPa）。由此可見，在鍋爐負(fù)荷不變的條件下，鍋爐的正常供水量僅取決于鍋爐的負(fù)荷量，也就是說鍋爐給水閥的開度是由蒸汽流量的大小來決定的。當(dāng)前第12頁\共有70頁\編于星期三\11點2.油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理

B.而在變負(fù)荷條件下，鍋爐的水位是在不斷變化的。如隨著負(fù)荷的變化在某一時刻給水量大于負(fù)荷量，鍋爐中的水位將隨之上升而引起水位調(diào)節(jié)器的輸出信號減小并小于50%（0.06MPa），在這種情況下

計算器的輸出將逐漸減小，使給水閥趨于關(guān)小，直到建立新的平衡為止。所以，鍋爐水位是由給水調(diào)節(jié)閥的開度來保證的。而當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，控制給水閥開度的信號大小是由氣動計算器根據(jù)蒸汽流量變化加上一個水位調(diào)節(jié)器的輸出信號（正或負(fù)）來決定的。在使用管理過程中，如果鍋爐水位需要維持得高一些或低一些時，只要相應(yīng)地改變表征給定值的設(shè)定氣壓信號即可。系統(tǒng)中水位變送器與調(diào)節(jié)器之間有一個氣容和氣阻構(gòu)成的慣性環(huán)節(jié)，以克服和減少由于船舶搖擺而對測量信號造成的干擾。當(dāng)前第13頁\共有70頁\編于星期三\11點第三節(jié)蒸汽壓力的自動控制

對蒸汽壓力控制，是控制燃燒強度來實現(xiàn)的。對貨輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)的要求是簡單，可靠。對經(jīng)濟性的要求并不嚴(yán)格。因此大多數(shù)貨輪輔鍋爐均采用汽壓的雙位控制，少數(shù)采用比例控制。一、柴油主機干貨船輔鍋爐蒸汽壓力自動控制1．燃燒的雙位控制最簡單的方案是，在蒸汽管路上裝一個壓力檢測開關(guān)。這種控制方案，由于鍋爐起停頻繁，對鍋爐運行不利，所以很少采用。在絕大多數(shù)汽壓雙位控制系統(tǒng)中，在蒸汽管路上裝兩個壓力檢測開關(guān)。它們動作的整定值不同。當(dāng)汽壓升高到高壓保護壓力時，兩個壓力檢測開關(guān)均斷開，自動停爐，發(fā)聲光報警。當(dāng)蒸汽壓力下降到允許的下限值時，兩個壓力檢測開關(guān)均閉合，但必須按復(fù)位（起動）按鈕才能重新起動鍋爐。

當(dāng)前第14頁\共有70頁\編于星期三\11點

高火燃燒：

當(dāng)蒸汽壓力下降到允許下限值時，兩個壓力檢測開關(guān)都閉合，控制系統(tǒng)自動啟動風(fēng)門電機使風(fēng)門開得最大，它的同軸所帶動的回油閥關(guān)得最?。ㄟ@是采用一個油頭工作的情況，對采用兩個油頭的鍋爐是打開兩個供油電磁閥使兩個油頭同時噴油）。這時噴油量和送風(fēng)量都最大，即對鍋爐進(jìn)行所謂的“高火燃燒”。低火燃燒：

當(dāng)蒸汽壓力上升到正常上限值時，一個壓力檢測開關(guān)閉合，另一個壓力檢測開關(guān)斷開，再次啟動風(fēng)門電機把風(fēng)門關(guān)得最小。它同軸帶動的回壓閥開得最大（或關(guān)閉一個燃油電磁閥，使一個油頭噴油工作）。這時，噴油量和送風(fēng)量都是最小的，即鍋爐進(jìn)行所謂的“低火燃燒”。

當(dāng)前第15頁\共有70頁\編于星期三\11點2．燃燒的比例控制當(dāng)前第16頁\共有70頁\編于星期三\11點燃燒的比例控制采用壓力比例調(diào)節(jié)器和電動比例操作器所組成的比例控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽壓力升高時，劃針2左移，R1減小，R2增大，破壞了電橋的平衡，使電橋輸出一個上負(fù)下正的不平衡電壓信號U入，經(jīng)放大器2放大后，去觸發(fā)反轉(zhuǎn)可控硅交流開關(guān)4使其導(dǎo)通，電機M反轉(zhuǎn)，關(guān)小風(fēng)門開大回油閥，以降低鍋爐的燃燒強度使蒸汽壓力降低。與此同時，電機M同軸帶動的反饋凸輪5轉(zhuǎn)動并推動反饋劃針向左移動，使R3減小、R4增大。當(dāng)反饋劃針移動到使R1·R4＝R2·R3時，電橋又處于新的平衡狀態(tài)，這時U入＝0，電機M停轉(zhuǎn)。鍋爐的燃燒控制達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)，通過改變測量電位器4的傾斜角度，可調(diào)整比例作用強弱。傾斜角度越大，比例作用越強。

當(dāng)前第17頁\共有70頁\編于星期三\11點燃燒的比例控制通過改變測量電位器4的傾斜角度，可調(diào)整比例作用強弱。該電位器傾斜角越大，在蒸汽壓力變化量相同的情況下，即劃針左右移動相同距離時，電阻R1和R2的變化量越大，電橋所輸出的不平衡電壓信號U入變化量越大，電機M需要轉(zhuǎn)一個較大的角度，也就是對爐膛的送風(fēng)量和噴油量改變比較大，才能達(dá)到新的平衡，即比例控制作用強；反之比例作用減弱。當(dāng)前第18頁\共有70頁\編于星期三\11點二、油輪輔鍋爐的蒸汽壓力自動控制

鍋爐蒸汽壓力自動控制也就是燃燒自動控制。它根據(jù)汽壓的高低自動改變進(jìn)入爐膛的噴油量和送風(fēng)量，維持鍋爐汽壓恒定或在允許的范圍內(nèi)波動。由于船用主鍋爐和大型油輪輔鍋爐的蒸發(fā)量較大，汽壓較高，往往需要保持穩(wěn)定的汽壓，一般都采用定值控制方案。蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)是由兩個控制回路組成，一個回路是噴油量的控制回路，它根據(jù)蒸汽壓力的偏差值經(jīng)PI控制作用的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器來控制燃油調(diào)節(jié)閥的開度，即改變進(jìn)入爐膛的噴油量；另一個回路是送風(fēng)量的控制回路。它根據(jù)噴油量來控制風(fēng)門調(diào)節(jié)機構(gòu)，改變進(jìn)入爐膛的送風(fēng)量。實現(xiàn)最佳風(fēng)油比。噴油量控制回路是定值控制系統(tǒng)，送風(fēng)量控制回路是程序控制系統(tǒng)，當(dāng)前第19頁\共有70頁\編于星期三\11點二、油輪輔鍋爐的蒸汽壓力自動控制

1．蒸汽壓力控制的特點在鍋爐不同負(fù)荷下、接受汽壓的偏差信號并輸出一個控制信號，通過伺服器控制進(jìn)入爐膛的燃油量和空氣量，即控制爐膛內(nèi)的燃燒強度，以便保持汽壓為恒定值。為完成這樣的任務(wù)，主調(diào)節(jié)器一般采用比例積分調(diào)節(jié)器?？諝饬空{(diào)節(jié)器的給定值要根據(jù)不同的噴油量，按預(yù)先規(guī)定好的噴油量與空氣量的配比關(guān)系來變化。這種控制關(guān)系與保持恒定的被控參數(shù)的定值控制不同，在控制系統(tǒng)分類中，稱為程序控制。當(dāng)前第20頁\共有70頁\編于星期三\11點二、油輪輔鍋爐的蒸汽壓力自動控制

1．蒸汽壓力控制的特點主調(diào)節(jié)器也可以直接控制進(jìn)入爐膛的空氣量，或同時直接控制進(jìn)入爐膛的燃油量和空氣量。但是，燃油量與空氣量的這種“程序”關(guān)系是不變的，如果空氣量調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，每一個噴油量所對應(yīng)的實際供氣壓力如圖中虛線所示，虛線與實線之間的距離就是調(diào)節(jié)器的靜差?？諝饬空{(diào)節(jié)器最終控制風(fēng)門擋板或鼓風(fēng)機，需要相當(dāng)大的作用力，因此這種調(diào)節(jié)器都是采用間接作用式的。

燃油能否完全燃燒，還取決于燃油霧化的情況，燃油壓力和溫度是影響燃油霧化的兩個因素。為此，在燃燒控制中，還應(yīng)裝有燃油溫度和燃油壓力調(diào)節(jié)裝置。當(dāng)前第21頁\共有70頁\編于星期三\11點噴油量與風(fēng)壓之間的關(guān)系

當(dāng)前第22頁\共有70頁\編于星期三\11點2．蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理當(dāng)前第23頁\共有70頁\編于星期三\11點2．蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理

油輪鍋爐蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)是由兩個控制回路組成的。其中一個回路是根據(jù)蒸汽壓力的偏差值經(jīng)比例積分的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器來控制燃油調(diào)節(jié)閥的開度，即改變向爐膛的噴油量。噴油量的改變必須同時改變向爐膛的送風(fēng)量（空氣量可用風(fēng)道與爐內(nèi)之間的壓差來表示），為了保證燃油完全燃燒并得到較高的經(jīng)濟性，對應(yīng)某一噴油量要有一個最佳的送風(fēng)量（最佳的空氣壓力）與之相匹配，即在某一噴油量下要求有一個最佳的風(fēng)油比(近似平方關(guān)系)。當(dāng)前第24頁\共有70頁\編于星期三\11點2．蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理

燃燒控制系統(tǒng)的另一個控制回路是根據(jù)噴油量對空氣壓力進(jìn)行控制的回路。在這個回路中，空氣壓力的給定值是隨噴油量而變化的。燃油量變送器輸出的氣壓信號代表噴油量，函數(shù)發(fā)生器輸出與噴油量平方成比例的信號，這一信號是代表該噴油量下最佳空氣量的氣壓信號。該信號一路直接送到高壓選擇閥，另一路與微分控制閥的微分部分輸出信號相加后再送入高壓選擇閥。送入爐膛的實際空氣量是用風(fēng)道與爐內(nèi)的壓差來反映的，經(jīng)差壓變送器輸出一個代表送入鍋爐空氣量實際值的氣壓信號與高壓選擇閥送出的給定值相比較，得到空氣量的偏差信號，經(jīng)比例積分的空氣量調(diào)節(jié)器控制風(fēng)門調(diào)整機構(gòu)以改變向爐膛的送風(fēng)量。當(dāng)前第25頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

1）燃油控制閥1-預(yù)緊彈簧；2-調(diào)整旋鈕；3-膜片4-反饋波紋管圖8-3-4燃油調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)原理圖1-

預(yù)緊彈簧；2-

調(diào)整旋鈕；3-

膜片4-

反饋波紋管當(dāng)前第26頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

P1是由蒸汽壓力調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，作為燃油控制閥的輸入信號。P是燃油控制閥輸出的燃油壓力，它與燃油量成比例。P0是燃油控制閥前的壓力。假定，膜片3的有效面積為F；反饋波紋管4的有效面積為f；彈簧1的預(yù)緊力為N。在穩(wěn)態(tài)時，燃油控制閥輸出的燃油壓力P（即燃油量）只取決于信號壓力P1。它們之間保持良好的線性關(guān)系，而不受閥芯摩擦力、閥前油壓變化等因素的影響。當(dāng)前第27頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

2）函數(shù)發(fā)生器l-測量波紋管；2-噴嘴擋板機構(gòu)；3-氣動功率放大；4-反饋氣室和反饋波紋管；5-反饋凸輪；6-調(diào)零彈簧；7-量程調(diào)整螺釘圖8-3-5函數(shù)發(fā)生器結(jié)構(gòu)原理圖l-測量波紋管；2-噴嘴擋板機構(gòu)；3-氣動功率放大；4-反饋氣室和反饋波紋管；5-反饋凸輪；6-調(diào)零彈簧；7-量程調(diào)整螺釘當(dāng)前第28頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

函數(shù)發(fā)生器使噴油量與送風(fēng)量成近似平方關(guān)系。代表噴油量實際值的氣壓信號p入送入測量波紋管1，若噴油量增大，擋板靠近噴嘴，噴嘴背壓升高，經(jīng)放大器3使輸出氣壓信號p出增大，通過風(fēng)門調(diào)節(jié)機構(gòu)增大向鍋爐的送風(fēng)量，同時增大的p出送入反饋氣室，壓縮反饋波紋管使反饋桿上移，于是反饋凸輪5順時針轉(zhuǎn)動，通過反饋桿件及調(diào)零彈簧限制擋板繼續(xù)靠近噴嘴。函數(shù)發(fā)生器p出與p入之間的函數(shù)關(guān)系是由反饋凸輪5的外形輪廓實現(xiàn)的，即p入在不同范圍內(nèi)變化其反饋強度不同。當(dāng)前第29頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

3）微分控制閥1、2、3-膜片；4-噴嘴；5-恒節(jié)流孔；6-放大器；7-擋板圖8-3-6燃油調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)原理圖1、2、3-膜片；4-噴嘴；5-恒節(jié)流孔；6-放大器；7-擋板當(dāng)前第30頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

該閥具有放大倍數(shù)K1＝1不可調(diào)的比例微分作用。微分控制閥由膜片1、2、3和隔板把它們分成A、B、C、D、E5個氣室。膜片1、3的有效面積F1和F3相等，即F1=F3；膜片2的有效面積F2比Fl、F3大得多。這3個膜片在結(jié)構(gòu)上是連在一起的，構(gòu)成一個膜片組。來自函數(shù)發(fā)生器的p2送入氣室A，主調(diào)節(jié)器的輸出即燃油調(diào)節(jié)閥前的信號p3，一路送至B室，另一路經(jīng)微分閥Rd送入C室。0.14MPa的氣源經(jīng)恒節(jié)流孔5進(jìn)入氣室E，再經(jīng)噴嘴4進(jìn)入氣室D。假定鍋爐負(fù)荷突然增大，蒸汽壓力會迅速下降，主調(diào)節(jié)器將立即輸出一個增大的p3信號，該信號使B室壓力立即增大，因微分閥Rd的節(jié)流，C室壓力暫時不變，由于F2>>F1，即p3·F2>>p3·F1，這就破壞了膜片組的受力平衡，使膜片組下移較大的距離，擋板大大靠近噴嘴，p0大大增加，使風(fēng)門提前有一個較大的開度。當(dāng)前第31頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

p0增大使p0·F3增大，限制了膜片的下移，當(dāng)p0增加到使膜片組向上的作用力等于向下的作用力時，膜片組處于一個暫時的平衡狀態(tài)，這就是該閥的微分輸出。以后p3經(jīng)節(jié)流閥Rd使C室壓力逐漸增大，由于F2>>F3，膜片組向上的力逐漸增大，破壞了膜片組的暫時平衡，使擋板逐漸上移，p0逐漸減小，這就是微分輸出的消失過程。當(dāng)C室壓力增大到與B室相等時，膜片組又恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)。但是，在主調(diào)節(jié)器輸出p3增大的同時還去開大燃油調(diào)節(jié)閥，使函數(shù)發(fā)生器的輸出p2增大，膜片組下移，p0增大。當(dāng)p0＝p2時，膜片組達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)，其輸出p0不變?？梢姡⒎挚刂崎y的輸出p0是對函數(shù)發(fā)生器送來的信號p2進(jìn)行放大系數(shù)Kl＝1固定不變的比例控制環(huán)節(jié)。當(dāng)前第32頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

4）高壓選擇器圖8-3-7高壓選擇器結(jié)構(gòu)原理圖當(dāng)前第33頁\共有70頁\編于星期三\11點3．系統(tǒng)的其他主要元件

它由膜片1和噴嘴2等組成。A接微分控制閥的輸出，B接函數(shù)發(fā)生器的輸出，C輸出為空氣壓力控制回路的設(shè)定值。兩個輸入壓力信號分別作用到膜片1的兩側(cè)，其中高壓側(cè)將自動關(guān)閉另一側(cè)的噴嘴，同時把高壓側(cè)壓力作為輸出壓力。可見，高壓選擇器可自動地選擇或設(shè)定兩個信號中的高壓信號，只要有0.00035MPa大小的壓力差就能使它動作。因此，過程控制信號在沒有任何擾動下就能平滑地傳輸出去。當(dāng)前第34頁\共有70頁\編于星期三\11點4．控制系統(tǒng)常見故障分析及管理要點

1）常見故障分析（1）鍋爐負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，但蒸汽壓力出現(xiàn)振蕩主要原因可能是：燃油控制閥振蕩；燃油泵輸送壓力振蕩；蒸汽壓力變送器本身振蕩或節(jié)流不當(dāng)；主控制器的靈敏度太高等。（2）鍋爐負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，但檢測的蒸汽壓力與設(shè)定值不符主要原因可能是：主控制器的調(diào)整不正確或蒸汽壓力變送器調(diào)整不當(dāng)?shù)取．?dāng)前第35頁\共有70頁\編于星期三\11點4．控制系統(tǒng)常見故障分析及管理要點

（3）盡管風(fēng)道和爐內(nèi)壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，但燃燒器前風(fēng)壓振蕩主要原因可能是：風(fēng)門驅(qū)動裝置振蕩；空氣差壓變送器本身振蕩或輸出管路節(jié)流不當(dāng)；燃油壓力變送器或函數(shù)發(fā)生器振蕩；空氣差壓變送器的靈敏度太高等。（4）鍋爐在突然增加負(fù)荷時，大量冒黑煙和燃燒不穩(wěn)定原因可能是：當(dāng)噴油器數(shù)增加時，燃油壓力降低；空氣量控制器靈敏度太高；風(fēng)門調(diào)節(jié)機構(gòu)動作遲緩；微分控制閥的靈敏度低；空氣量控制器靈敏度低等。（5）鍋爐燃燒器進(jìn)口供給空氣不足原因可能是：空氣差壓變送器的零點偏高或量程偏小等。當(dāng)前第36頁\共有70頁\編于星期三\11點4．控制系統(tǒng)常見故障分析及管理要點

2）管理要點①在鍋爐運行期間，如要對蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)進(jìn)行“手動-自動”切換，必須注意做到無擾動切換。②要經(jīng)常檢查蒸汽壓力等變送器的輸出信號與輸入的實際壓力是否相符，并檢查其工作是否正常③要經(jīng)常檢查燃油控制閥動作和工作是否平穩(wěn)，填料壓蓋有沒有漏泄，它是否按設(shè)計的輸入信號工作等。④蒸汽壓力等變送器和各調(diào)節(jié)器的放大器、節(jié)流部件、噴嘴、檢測管吹通和清洗，每年進(jìn)行一次當(dāng)前第37頁\共有70頁\編于星期三\11點第四節(jié)燃燒時序控制

輔鍋爐燃燒時序控制是指，給鍋爐控制系統(tǒng)一個起動信號后，能按時序的先后，自動進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點火和噴油點火，點火成功后對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，接著轉(zhuǎn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段。同時對鍋爐的運行進(jìn)行一系列的安全保護。當(dāng)前第38頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

當(dāng)前第39頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

按下鍋爐起動按鈕后，自動起動燃油泵和鼓風(fēng)機，關(guān)閉燃油電磁閥使燃油在鍋爐外面進(jìn)行循環(huán)。此時風(fēng)門開得最大，以大風(fēng)量進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)。以防止鍋爐內(nèi)殘存的油氣在點火時發(fā)生“冷爆”。預(yù)掃風(fēng)的時間根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)形式而異，一般是20～60s。預(yù)掃風(fēng)時間達(dá)到后自動關(guān)小風(fēng)門，同時點火變壓器打出電火花，進(jìn)行預(yù)點火，時間為3s左右。然后打開燃油電磁閥，開大回油閥，以小風(fēng)量和少噴油量進(jìn)行點火。點火成功后維持一段“低火燃燒”對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱。然后開大風(fēng)門關(guān)小回油閥使鍋爐轉(zhuǎn)入“高火燃燒”，即進(jìn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段。在預(yù)定的時間內(nèi)若點火不成功，或風(fēng)機失靈，或中間熄火等故障現(xiàn)象發(fā)生時，會自動停爐，待故障排除后按復(fù)位按鈕方能重新起動鍋爐。當(dāng)前第40頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

為了實現(xiàn)輔鍋爐的時序控制，必然要采用下列主要元部件：1．信號發(fā)訊器信號發(fā)訊器是發(fā)送各種控制信號的元件，其中包括手動信號發(fā)訊器和自動信號發(fā)送器。手動信號發(fā)訊器包括起動和停爐按鈕、轉(zhuǎn)換或選擇開關(guān)等，自動信號發(fā)訊器如壓力開關(guān)、溫度開關(guān)等，當(dāng)前第41頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

2．時序控制元件時序控制器是輔鍋爐燃燒時序控制的核心部分。它根據(jù)起動信號發(fā)訊器送來的電信號，接通或切斷電路，或者根據(jù)規(guī)定的時間來接通或斷開電路，用以實現(xiàn)預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點火、點火及轉(zhuǎn)入正常燃燒等一系列時序動作，廣泛采用的時序控制器有兩大類，即有觸點時序控制器和無觸點時序控制器。當(dāng)前第42頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

有觸點的時序控制器多采用凸輪式時序控制器。同步電機經(jīng)減速裝置帶動一根凸輪軸轉(zhuǎn)動，在凸輪軸上通常安裝有若干組凸輪，每一組凸輪控制一個微動開關(guān)。每組凸輪由右凸輪和左凸輪構(gòu)成，來控制開關(guān)觸點的閉合或斷開。改變左、右凸輪的相對位置可以調(diào)整開關(guān)閉合或斷開的時間。定時器相當(dāng)于鐘表機構(gòu)。當(dāng)前第43頁\共有70頁\編于星期三\11點無觸點時序控制器無觸點時序控制器是利用RC電路延時功能實現(xiàn)的。通常把RC充放電回路加在晶體管基極電路中，利用晶體管的開關(guān)特性使繼電器通電動作或斷電釋放。a）為單管延時釋放電路。b）是繼電器延時吸合電路。

當(dāng)前第44頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

a）為單管延時釋放電路。開關(guān)K閉合時，電容被旁路，晶體管立即導(dǎo)通，繼電器J通電動作。當(dāng)開關(guān)K斷開時，電源向電容充電。在一段時間內(nèi)晶體管基極的充電電流較大，晶體管保持導(dǎo)通，繼電器J保持通電。隨著電容的充電，電容兩端電壓不斷升高，充電電流不斷減小，晶體管集電極電流不斷減小，經(jīng)ts延時后繼電器J斷電釋放。

b）是繼電器延時通電電路。當(dāng)開關(guān)K閉合時，電容C被旁路，晶體管立即截止，繼電器J立即斷電釋放，當(dāng)開關(guān)K斷開時，電源向電容充電，起初充電電流較大，晶體管基極電流近似為零。以后隨著電容C兩端電壓的升高，晶體管基極電流不斷增大，經(jīng)ts的延時后，基極電流增大到使晶體管導(dǎo)通，繼電器J通電動作。晶體管延時開關(guān)電路的延時時間取決于RC電路的時間常數(shù)T及繼電器的動作電流。晶體管延時開關(guān)電路的延時時間可以從1s到幾十秒內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)整。當(dāng)前第45頁\共有70頁\編于星期三\11點一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能以及常用元部件

3．火焰感受器火焰感受器用來監(jiān)視爐膛有無火焰。當(dāng)點火失敗或在持續(xù)燃燒期間熄火時，為避免再向爐內(nèi)噴油引起故障，要求立即關(guān)閉燃油電磁閥停止噴油，并發(fā)出聲光報警。因此，自動化鍋爐都裝有火焰感受器來監(jiān)視爐膛內(nèi)的火焰。輔鍋爐上常用的火焰感受器有光敏電阻、光電池和紫外線燈泡等當(dāng)前第46頁\共有70頁\編于星期三\11點3火焰感受器

（1）光敏電阻當(dāng)前第47頁\共有70頁\編于星期三\11點光敏電阻火焰感受器光敏電阻是由涂在透明底板上的一片光敏層，經(jīng)金屬電極引出線構(gòu)成的，如圖所示。光敏層是由鉈、鎘、鉛的硫化物或硒化物制成的，光敏電阻的主要特性是，接受光照射時其電阻值很小，無光照射時，其電阻值較大。因此，在光敏電阻兩端所加電壓不變的情況下，有光照射和無光照射時流過光敏電阻的電流相差很大。為了防止光敏電阻接受高溫爐墻所輻射的可見光和紅外光使光敏電阻動作遲延或誤動作，在安裝時要避免高溫爐墻輻射線直接照射在光敏電阻上。此外，光敏電阻不能承受高溫，否則會影響使用壽命。因此，光敏電阻火焰感受器裝有散熱片并用空氣冷卻，磨砂玻璃可阻擋紅外線的透入。

當(dāng)前第48頁\共有70頁\編于星期三\11點光敏電阻火焰感受器當(dāng)前第49頁\共有70頁\編于星期三\11點（2）光電池當(dāng)前第50頁\共有70頁\編于星期三\11點（2）光電池光電池是一種半導(dǎo)體材料，它是利用有光照射后在兩極間產(chǎn)生電壓的原理工作的。圖為光電池的控制電路。圖（a）采用RAR型硒光電池作為光敏元件，當(dāng)它接受光照射時，正負(fù)兩極之間將會產(chǎn)生小于1V的電壓，經(jīng)磁放大器MV放大后足以激勵繼電器FR動作；圖（b）采用2CRⅡ型光電池，當(dāng)它接受光照射時，光電池兩極間能產(chǎn)生0.5V的電壓，經(jīng)晶體管放大器放大后，可使繼電器J通電動作。光電池使用壽命長，而且它的光譜敏感范圍僅限有于可見光，而不包括紅外線。當(dāng)前第51頁\共有70頁\編于星期三\11點（3）紫外線燈泡燈泡是用能透過紫外線的石英玻璃制成的，泡內(nèi)充以惰性氣體，兩個電極對稱放置。當(dāng)陰極接受到足夠數(shù)量的紫外線時會發(fā)射出光電子。在外電場的作用下，光電子加速運動使惰性氣體電離，管子導(dǎo)通；若無光照射，紫外線管截止。紫外線管的優(yōu)點是不受高溫爐壁輻射的影響，它的特性較光敏電阻好，且在交、直流控制線路中均可使用。當(dāng)前第52頁\共有70頁\編于星期三\11點（3）紫外線燈泡

l-電極2-引腳；3-石英玻璃外殼；4-管腳圖8-4-7紫外線管結(jié)構(gòu)示意圖l-電極；2-引腳；3-石英玻璃外殼；4-管腳l234當(dāng)前第53頁\共有70頁\編于星期三\11點二、PLC控制的燃燒時序控制系統(tǒng)工作原理

在PLC控制的輔鍋爐控制系統(tǒng)中，各種現(xiàn)場信息，如氣壓的高/低、水位的高/低、燃油加熱的通/斷、爐膛火焰的有/無、系統(tǒng)的手動/自動控制方式等信號，通過輸入單元輸入到PLC；PLC掃描執(zhí)行用戶程序，并根據(jù)程序運行結(jié)果，通過輸出單元輸出各種控制信息指揮繼電器和其它執(zhí)行機構(gòu)動作或控制指示燈進(jìn)行顯示和報警等。采用PLC的輔鍋爐控制系統(tǒng)，其控制功能是通過軟件來完成的，這樣不僅可以大大地簡化硬件電路，提高系統(tǒng)運行的可靠性，維護方便，而且只要簡單修改PLC程序就可以適用不同型號的船舶鍋爐。下面將以西門子S7-200系列的PLC為例，介紹輔鍋爐燃燒時序的PLC控制。當(dāng)前第54頁\共有70頁\編于星期三\11點二、PLC控制的燃燒時序控制系統(tǒng)工作原理

1.系統(tǒng)功能輔鍋爐的水位控制采用電極式雙位控制；鍋爐氣壓在正常負(fù)荷時采用壓力比例調(diào)節(jié)器一電動比例操作器的比例控制，在低負(fù)荷時采用雙位控制；火焰監(jiān)視采用光電池傳感器；有風(fēng)壓低、蒸氣壓力高、危險低水位等安全保護裝置；有手/自動轉(zhuǎn)換和應(yīng)急手動操作功能。鍋爐起動前，先合上電源總開關(guān)；若鍋爐水位在危險低水位以下，則要向鍋爐補足水，否則鍋爐不能起動；把“自動/手動”轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“自動”位置，使燃油系統(tǒng)的溫度、壓力控制系統(tǒng)處于自動狀態(tài)；做好這些工作以后，可按動鍋爐起動按鈕，則燃燒時序控制系統(tǒng)開始自動投入工作。當(dāng)前第55頁\共有70頁\編于星期三\11點二、PLC控制的燃燒時序控制系統(tǒng)工作原理

1.系統(tǒng)功能控制系統(tǒng)自動起動油泵和風(fēng)機，關(guān)閉燃油電磁閥，并將風(fēng)門開得最大以大風(fēng)量進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)；預(yù)掃風(fēng)過程結(jié)束后，控制系統(tǒng)會自動關(guān)小風(fēng)門，點火變壓器通電進(jìn)行預(yù)點火；然后打開燃油電磁閥進(jìn)行供油點火，在點火時間內(nèi)要求小風(fēng)量、少噴油；光電池用來監(jiān)視點火是否成功，在設(shè)定的點火時間內(nèi)，如果爐膛內(nèi)有火焰說明點火成功，否則說明點火失敗，自動停爐，待故障修復(fù)后再重新起動；點火成功后維持一段時間低火燃燒對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，然后開大風(fēng)門，關(guān)小回油閥，以大風(fēng)量多噴油來增強爐膛內(nèi)的燃燒強度，使鍋爐進(jìn)入正常燃燒的負(fù)荷控制階段。如果發(fā)生風(fēng)機失壓、水位太低、中間熄火、點火失敗等現(xiàn)象，會自動停爐對鍋爐進(jìn)行安全保護。待故障排除后按復(fù)位按鈕才能重新起動鍋爐。當(dāng)前第56頁\共有70頁\編于星期三\11點2、PLC及其控制程序（1）PLC的CPU型號及其輸入輸出通道分配本系統(tǒng)采用的是西門子S7-200PLC，CPU型號為226。226CPU模塊本身具有24路開關(guān)量輸入和16路開關(guān)量輸出和豐富的定時器資源。I/0通道和定時器的符號定義及其地址分配（2）外部接線及梯形圖

由CPU226控制的輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)外部接線如圖當(dāng)前第57頁\共有70頁\編于星期三\11點2、PLC及其控制程序圖8-4-8輔鍋爐燃燒時序PLC控制系統(tǒng)接線圖當(dāng)前第58頁\共有70頁\編于星期三\11點2、PLC及其控制程序當(dāng)前第59頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（1）起動前的準(zhǔn)備①合上總電源開關(guān)，控制電路接通電源。②若爐內(nèi)水位低于危險低水位，鍋爐無法自動起動。此時應(yīng)將給水泵旋鈕放在“手動”位置，起動水泵向爐內(nèi)供水，當(dāng)水位上升到正常水位后，水泵旋鈕放在“?！蔽恢茫猛Ｖ构ぷ?。本控制系統(tǒng)的鍋爐水位采用電極式雙位控制，鍋爐水位在兩個水位設(shè)定值之間不斷變化，實現(xiàn)水位的雙位控制。③將燃燒控制旋鈕和風(fēng)機旋鈕轉(zhuǎn)到“手動”位置，油泵轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“?！蔽恢?，然后按下起動按鈕通電，起動風(fēng)機進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，手動進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)一分鐘后，再按停止按鈕使風(fēng)機停止工作。④將給水泵開關(guān)，燃燒開關(guān)，風(fēng)機開關(guān)和油泵開關(guān)都轉(zhuǎn)到“自動”位置，準(zhǔn)備自動起動。

當(dāng)前第60頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（2）燃燒的時序控制①預(yù)掃風(fēng)當(dāng)按下起動按鈕時，由于水位正常,風(fēng)機開始運轉(zhuǎn)；油泵開始運轉(zhuǎn)。但此時燃油電磁閥無電關(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)機對爐膛進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)。壓力比例調(diào)節(jié)器發(fā)訊電位器的滑動觸點動作，逐漸把風(fēng)門關(guān)小，回油閥開大，為點火做好準(zhǔn)備。由于在40秒之前尚未點火，所以光電池感受不到火焰的光照，為點火變壓器通電和熄火保護復(fù)位的通電做好準(zhǔn)備。②自動點火控制在預(yù)掃風(fēng)40秒后，使點火變壓器通電，點火電極之間產(chǎn)生電火花進(jìn)行預(yù)點火；燃油電磁閥有電，打開油泵到噴油器的供油管路。但因回油閥己開大，故噴油量很少。對點火進(jìn)行監(jiān)視，為熄火保護作好準(zhǔn)備。如果在7秒內(nèi)點火成功，爐內(nèi)有火焰，光電池受到光照，正常點火時序控制結(jié)束當(dāng)前第61頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（2）燃燒的時序控制如果點火時序控制從40秒時開始點火，延時時間超過7秒，光電池仍未感受到爐膛火焰的照射，將控制回路電源切斷。使風(fēng)機、油泵停轉(zhuǎn)，電磁閥關(guān)閉，發(fā)出報警信號。在第一次點火失敗時，必須在排除故障后進(jìn)行再次起動。首先將熄火保護繼電器觸點手動復(fù)位，才能重新起動。在燃燒過程中，如果中途熄火，光電池失去火焰光照，重新進(jìn)行點火；同時，開始7秒計時，對點火時間進(jìn)行監(jiān)視。若在7秒內(nèi)點火成功，即轉(zhuǎn)入正常燃燒；若仍未點燃，則同點火失敗情況一樣，使鍋爐停止燃燒，并發(fā)出熄火聲光報警信號。也就是，在中途熄火后，自動點火一次，如不成功，停爐并發(fā)出報警。當(dāng)前第62頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（3）氣壓自動控制在點火時序控制過程中，點火44秒后，使壓力比例調(diào)節(jié)器YBD的滑動觸點和電動比例操作器DBC的滑動觸點動作，由于此時鍋爐是低壓起動，所以YBD滑動觸點移到低壓端，電動比例操作器DBC的滑動點也向低壓端跟蹤，使風(fēng)門開大，回油閥關(guān)小（噴油量加大），鍋爐進(jìn)入正常比例燃燒自動控制。當(dāng)前第63頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（3）氣壓自動控制當(dāng)氣壓上升到控制氣壓的下限值時，如果氣壓再升高，則相應(yīng)地關(guān)小風(fēng)門和減少噴油量，維持正常負(fù)荷的氣壓比例控制。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷低于30%,風(fēng)油量己調(diào)到最小程度。氣壓達(dá)到控制氣壓的上限值時，比例控制失去作用，氣壓轉(zhuǎn)入雙位控制。即達(dá)到超壓保護繼電器的整定上限值，I1.1斷開，M12.0、M13.0都失電，風(fēng)機和油泵停止工作，此時為正常熄爐，不發(fā)出報警信號。當(dāng)鍋爐的氣壓又降低到控制氣壓的下限值時，I1.1又重新閉合，M12.0、M13.0都通電，風(fēng)機和油泵重新起動，開始自動點火控制，使鍋爐重新燃燒。因此，鍋爐在低負(fù)荷運行時，氣壓的比例控制作用不大，燃燒接近雙位控制。當(dāng)前第64頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控制過程（4）安全保護該系統(tǒng)的安全保護有危險低水位和風(fēng)壓過低自動熄爐保護。鍋爐在運行中，當(dāng)水位下降到危險低水位時，最低的一根電極脫離水面，使鍋爐自動熄火停爐。當(dāng)風(fēng)壓過低時，鍋爐自動熄火停爐。（5）停爐停爐時，可手按停止按鈕，燃燒系統(tǒng)停止工作。當(dāng)水位降到低于危險低水位時，應(yīng)把水泵開關(guān)放在“手動”位置，向鍋爐供水，直到水位達(dá)到正常水位時，再把水泵開關(guān)放在“停止”位置上。切斷總電源開關(guān)，并把燃燒開關(guān)置于“手動”位置，風(fēng)機、油泵開關(guān)放在“停止”位置上。當(dāng)前第65頁\共有70頁\編于星期三\11點3．輔鍋爐燃燒時序的PLC控