辅锅炉自动控制系统功能及原理分析

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目 录

摘 要 ................................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................................... II 1 绪论 ............................................................................................................................................. 1 1.1 选题目的（研究背景） ....................................................................................................... 1 1.2 辅锅炉控制的特点 ............................................................................................................... 1 1.3 辅锅炉自动控制的原则和要求 ........................................................................................... 2 1.4 国内外船舶辅锅炉自动控制手段的改进 ........................................................................... 3 1.5 章节安排 ............................................................................................................................... 4 2辅锅炉控制的原理分析 .............................................................................................................. 5 2.1 船舶辅锅炉自动控制概述 ................................................................................................... 5 2.2 船舶辅锅炉的主要调节任务 ............................................................................................... 5 2.3 辅锅炉自动控制的原理分析 ............................................................................................... 5 2.4 安全保护 ............................................................................................................................... 6 2.5 本章小结 ............................................................................................................................... 7 3 辅锅炉控制系统的设计与分析 ................................................................................................. 8 3.1 可编程控制器的基本特点 ................................................................................................... 8 3.2 设计要求 ............................................................................................................................... 8 3.3 PLC选型、设计及系统梯形图 ........................................................................................... 9 3.3.1 PLC选型 ................................................................................................................................................ 9 3.3.2 输入/输出点的设计 ......................................................................................................................... 10 3.3.3 硬件设计 ............................................................................................................................................. 11 3.3.4 系统梯形图 ........................................................................................................................................ 12 3.4 锅炉的控制过程分析 ......................................................................................................... 15 3.4.1 起动前的准备 .............................................................................................................. 15 3.4.2 燃烧的时序控制 .......................................................................................................... 15 3.4.3 汽压的自动控制 .......................................................................................................... 16 3.4.4 安全保护 ...................................................................................................................... 16 3.4.5 停炉 .............................................................................................................................. 16 3.4.6 手动操作 ...................................................................................................................... 17 3.5 本章小结 ............................................................................................................................. 17 4总结与展望 ................................................................................................................................ 18 4.1 辅锅炉自动控制系统的总结与展望 ............................................................................... 18 4.2 对PLC用于船舶辅助机械的展望 .................................................................................. 18 结 束 语 ....................................................................................................................................... 20 致 谢 ....................................................................................................................................... 21 参考文献 ....................................................................................................................................... 22

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摘 要

随着我国内外贸易量的大幅增长，作为外贸货物主要运输工具的船舶也得到飞速发展，作为船舶自动化重要组成部分的船舶辅锅炉自动控制系统也因采用高新技术而获得新的生命力。

对辅锅炉系统的控制，特别是对透平机船或油轮所使用的大型辅锅炉系统的控制，一直是船舶轮机技术和自动化技术的一个重要课题，因为这一控制不仅直接涉及到锅炉运行的效率性能，而且关系到它运行的安全性和可靠性。

以继电器──接触器为主的老一代控制系统已不能满足现代船舶对其锅炉控制越来越高、越来越复杂的控制要求，这一领域的计算机化已势出必行，而应用在当前工业过程控制领域中引人注目的可编程序控制器（PLC）则是使其计算机化的最简便、最可靠途径。

本文研究的工作主要包括三个部分：第一，分析辅锅炉控制的特点及现状，性能及原理，为设计辅锅炉自动控制奠定理论基础。第二，根据船舶辅锅炉的工作特点，设计PLC在船舶辅锅炉自动控制系统中的应用方案，主要有PLC选型及输入/输出点的设计，画出系统控制梯形图并对工作过程进行分析；第三，对辅锅炉自动控制系统的总结与展望。

通过对船舶辅锅炉自动控制系统采用PLC技术的实例分析，得出结论：船舶辅锅炉的自动控制系统不但可以使用PLC技术取代传统的继电器──接触器控制技术，而且前者比后者更可靠、更小巧，维护保养更方便，从而为船舶自动化开辟了一条新的路径。

关键词：辅锅炉，自动控制系统，可编程控制器

I

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Abstract

Along with the measures of inside and outside trade 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 ship’s auxiliary mechanism as the important part of 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 technology. The reason is that the control count for much with efficiency, security and reliability of boiler.

The old control system mainly using ---and---now can’t meet the high and complicated requirements of modern ship to control its boiler. It is imperative under the situation to use computer for ship control 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 ship’s auxiliary boiler, providing base for automatic control system. The second, according to the work characteristics of ship’s 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 analysis of above actual example of ship’s 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 ship’s auxiliary boiler automatic system ,but also can get the conclusion of the former is more dependable 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

II

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1 绪论

1.1 选题目的（研究背景）

目前许多船舶的辅助机械自动控制系统都是以继电器──接触器为主要控制元件，鉴于如下因素有必要采用PLC技术来取代传统的继电器──接触器控制技术。

继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4~8对触点，因此，灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称为“软接线”。因此，灵活性和扩展性都很好。

从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但在很小的系统中使用时，价格要高于继电器系统，这可以从维修费用减少中得到补偿。因此，研究基于PLC技术的辅助机械自动控制系统很有必要。

可编程控制器（PLC）作为传统的继电接触控制系统的替代产品，已广泛应用于工业控制的各个领域，由于它可通过软件来改变过程，而且具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适用于在恶劣的工业环境下使用，被认为是工业上的无故障产品。PLC应用于船舶辅锅炉燃烧自动控制系统中，替代传统辅锅炉燃烧控制系统是一种必然。

本文拟通过对船舶辅锅炉采用PLC技术所构成的自动控制系统的研究，说明船舶辅助机械采用PLC技术的必要性、可行性和优越性，进而为轮机自动化、船舶自动化开辟一条新途径。

1.2 辅锅炉控制的特点

机舱中辅助设备的自动控制，是实现“无人值班”机舱的必要条件之一。船舶辅锅炉是船舶动力装置的重要组成部分。为了提高机舱的自动化程度，辅锅炉的全自动控制是必不可少的。对于小型辅锅炉，由于产生的蒸汽主要供主机暖缸、加热燃油以及日常生活用，故对蒸汽参数的稳定性要求不高，一般采用双位控制或比例调节，允许蒸汽压力在设定范围内波动，实现有差调节。对于大容量的油轮辅锅炉，因为加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以及洗舱的需要，多采用比例——积分环节，使蒸汽压力基本稳定在设定值，实现无差调节。

作为过程控制的一个典型，辅锅炉的控制具有以下特点：

（1）锅炉控制的动态特性具有大惯性大延时的特点，而且伴有非线性。

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（2）控制过程属于慢过程、参数控制。由于控制过程具有大惯性大延时的特点，因而决定了锅炉控制过程是一个慢过程。

（3）定值控制是锅炉控制的一种主要形式。在锅炉控制系统中，其给定值是恒定的或保持在很小的范围内变化，控制的主要目的是在于如何减小或消除外界干扰对被控制量的影响。

船用辅锅炉的控制一般分为燃烧器管理和燃烧过程的负荷控制。锅炉燃烧器管理系统是指按程序执行锅炉的起动和停炉，任一动作未完成前系统都决不会执行下一步。若某一步动作的完成超过了预先设定的时间，系统将自动复位并发出报警。燃烧过程的负荷控制是指监控和安全保护，对系统一切可能发生的非正常运行予以监视，当发生风机失灵、点火失败、中途熄火、危险低水位、危险高汽压等重要故障时，应实施停炉并进行声光报警。对工作油泵、水泵电机过电流故障，应采取启动相应备用泵等措施。对非重要故障（如高水位、高油温）则只发出声光报警。

1.3 辅锅炉自动控制的原则和要求

辅锅炉系统的控制原则是确保其运行经济性、降低能耗和维修费用，整个系统的控制可分为三个部分，即燃烧程序控制、燃烧自动控制和给水自动控制。

燃烧程序控制系统控制与燃烧器点火、熄火有关的一整套程序，包括点火前油泵和风机的起动、预扫风和风油门控制、点火过程、熄火后的后扫气以及在多燃烧器系统中根据负荷变化自动调节燃烧器工作数量，还有对点火失败、缺水、炉前风压低等非正常情况的报警及自动保护措施。这一系统基本上属于对开关量的顺序逻辑控制，虽然控制过程复杂，可靠性要求高，但输入/输出（I/O）点不多，很适合用仅有开关量功能的低档PLC控制。

根据负荷变化，对燃烧工况的自动调节，目的在于控制锅炉的供汽压力和温度，使其稳定在给定值以满足设备的需要。同时调节给油量和进风量的比例，保持合适的过量空气从而使燃油充分燃烧，达到安全和省油的目的。在主锅炉或大型油、客轮的辅锅炉控制中，此系统的主要被控量是模拟量，应采用具有多个模拟量PID调节回路功能的中档PLC。图1为较典型的供汽压力和风油比调节的原理方框图。

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