PLC控制的船用輔鍋爐自動控制系統(tǒng)的分析

孫立新

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PLC控制的船用輔鍋爐自動控制系統(tǒng)的分析

孫立新

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機工程系，南京 211170）

為了提高輪機管理人員和在校生分析PLC控制問題的能力,本文以《輪機自動化》中PLC控制的船用輔鍋爐自控系統(tǒng)為例，對PLC階梯圖按功能塊進(jìn)行分析，使問題深入淺出，易于理解。

船用輔鍋爐 PLC階梯圖 水位控制 蒸汽壓力控制

0 引言

船用輔鍋爐作為現(xiàn)代船舶的關(guān)鍵性設(shè)備，其控制技術(shù)廣泛采用PLC控制。但對輪機專業(yè)的學(xué)生來說，目前電氣學(xué)習(xí)方面注重的還是繼電器接觸器控制系統(tǒng)，對PLC控制中的階梯圖，分析起來比較費力。為此，本文以《輪機自動化》中PLC控制的船用輔鍋爐自控系統(tǒng)為例，對PLC階梯圖按功能塊進(jìn)行分析，以提高學(xué)生和輪機管理人員分析該類問題的能力。

1 船用輔鍋爐PLC階梯圖分析

從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，目前船舶的主機、輔機乃至鍋爐都采用重油，而要使重油能被正常使用，必須要加熱至合適的溫度，加溫主要是要靠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，一旦鍋爐發(fā)生異常，能否及時準(zhǔn)確地分析判斷和排除故障，將影響到船舶運行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，由此可見鍋爐的重要性。對船舶輔鍋爐的自動控制系統(tǒng)，主要分兩大部分，一個是水位的自動控制，另一個是蒸汽壓力的控制，也就是燃燒的控制。

對于一般貨船的輔鍋爐，水位和蒸汽壓力控制都是雙位控制，要對PLC控制的輔鍋爐進(jìn)行分析，首先要搞清楚階梯圖中的輸入、輸出的關(guān)系，像按鈕、壓力開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等都是輸入信號，接觸器線圈、指示燈、電磁閥線圈等都是輸出信號。從鍋爐控制的實質(zhì)出發(fā)，對照PLC階梯圖，結(jié)合電氣控制線路的分析方法，可以把每一個PLC階梯看做一條控制線路，思路就相對清晰，下面結(jié)合輔鍋爐的自動控制按功能把階梯圖分成四大部分進(jìn)行逐個分析。

1.1 水位的控制

水位控制由0號線路和73號線路組成。因為是雙位控制，X014和X013分別是低位和高位觸點，X000、X001、X002分別是水泵轉(zhuǎn)換開關(guān)的停止、自動和手動觸點，X015是熱過載保護(hù)觸點，它們都是輸入信號。M7是內(nèi)部繼電器，Y000為水泵的接觸器線圈。很顯然如果要自動補水，Y000要有電，此時M7線圈要失電，結(jié)合雙位控制，也就是水位低于低位時，X013、X014都斷開。當(dāng)水位高于低位時，X014雖然閉合，但M7常開觸點沒有動作，直到水位高于高位，X013閉合，M7線圈有電，觸頭自保，Y000線圈失電停泵；同樣可推斷水位必須低于低位，M7線圈才釋放，鍋爐重新補水。

圖1 輔鍋爐燃燒自動控制梯形圖

1.2 蒸汽壓力控制

也就是燃燒強度的控制。這里要結(jié)合鍋爐的燃燒時序控制來進(jìn)行分析。按照要求，如果水位低于最低水位，84號線路X012觸頭斷開，M8線圈失電，M8（9）觸頭斷開，鍋爐報警不能啟動。啟動前水位要正常，打到自動啟動時，首先進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，60 s計時這時油泵、風(fēng)機同時起動。風(fēng)門開到最大，燃油電磁閥關(guān)閉，9號線路上的X005、X006、X007分別為燃燒控制選擇開關(guān)的停止、自動和手動觸點。水位正常，M8合，未進(jìn)行火焰檢測，M1（9）閉合，T11延時斷開，所以M2線圈有電，23號線路上蒸汽壓力開關(guān)X011常閉，X021、X022為風(fēng)機和油泵開關(guān)的自動、手動觸點，X016、X017為熱保護(hù)觸頭，正常M12、M13線圈有電，M12（105）、M13（107）合分別啟動風(fēng)機、油泵，T13（23）延時60s 才閉合，所以風(fēng)門擋板Y004線圈啟動時沒電，風(fēng)門開到最大，同時M12（23）觸頭雖然閉合，但T14延時62s 才閉合，所以燃油電磁閥Y006線圈沒電，閥關(guān)閉，到60s 時按時序進(jìn)入預(yù)點火，點火變壓器通電，風(fēng)門關(guān)到最小，燃油電磁閥保持關(guān)閉，T12延時60s 動作，M15線圈通電，M15（102）合，點火變壓器Y003有電點火，T13延時60 s也動作，風(fēng)門擋板Y004有電，關(guān)小風(fēng)門，到62 s時，進(jìn)入點火程序，T14延時時間到觸頭閉合，Y006線圈有電，打開燃油電磁閥噴油，此時點火變壓器保持打火，進(jìn)行小油量小風(fēng)門控制，如果點火成功，火焰監(jiān)測觸頭X027合，線圈M31、M32有電，線圈M4失電，M4（23）觸點斷開，線圈M15斷電，使點火變壓器自動退出，M4（80）合，T3(80)有電，延時2 s后，T3（23）斷開，使Y004失電開大風(fēng)門，進(jìn)入正常燃燒。當(dāng)蒸汽壓力至上限時時，其壓力開關(guān)X011動作，23號線路上X011斷，立即停油，100號線路上的X011合，T17有電，T17(23)延時停風(fēng)機、油泵，控制后掃風(fēng)。

1.3 火焰監(jiān)控報警

X027為光敏電池觸點，通過它來進(jìn)行火焰監(jiān)控，這是為了防止點火失敗或中途熄火繼續(xù)向爐內(nèi)噴油。分別控制內(nèi)部繼電器M31、M32和M4，通過77號線路、82號線路分別進(jìn)行點火時的火焰監(jiān)控和運行時的火焰監(jiān)控，前者由T2延時10 s 動作，后者由T16和M4共同完成。

1.4 安全保護(hù)

控制系統(tǒng)中的安全保護(hù)，一般有危險水位和風(fēng)壓過低報警、停爐。鍋爐運行中水位如果低于極限水位，則84號線路中的極限水位觸點X012斷開，線圈M8失電，M8（121）、M8（119）聲光報警，M8（9）觸頭斷開，M2線圈失電停爐，燃油電磁閥關(guān)閉。自動啟動時T11（86）開始計時，到70 s后時T11（9）斷開，如風(fēng)壓還沒建立，或運行中風(fēng)壓過低都導(dǎo)致風(fēng)壓觸頭X010斷開，M2線圈失電，同樣報警并停爐。

如果將這四大功能塊理順了，PLC 鍋爐控制系統(tǒng)分析就迎刃而解。

2 故障分析

對PLC 控制的輔鍋爐，一旦出現(xiàn)故障，首先要查看PLC 的CPU 模塊電源是否正常，如果正常，再看運行指示燈是否正常，如正常說明PLC 沒什么問題。對局部故障，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理，根據(jù)資料、圖紙找到相對應(yīng)的外圍設(shè)備及其所對應(yīng)的I/O通道，像輸入信號(風(fēng)壓、氣壓、水位等)都是以標(biāo)準(zhǔn)電信號或觸頭的形式輸入到PLC的，如果不符，系統(tǒng)即異常，如果是硬件問題則通過替換相應(yīng)模塊來解決，如果輸入輸出信號正常，則要通過圖紙查找控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的電、氣元器件。

3 結(jié)束語

對于PLC 控制系統(tǒng)的分析，可以結(jié)合設(shè)備工作原理，將梯形圖分解成幾個功能塊，化整為零，化繁為簡，由淺入深，比較適用于課堂教學(xué)，同時有利于輪機管理人員，根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和判斷，及早排除故障，保證船舶輔鍋爐的正常運行，保證船舶的安全可靠地運行。

[1] 中國海事服務(wù)中心. 輪機自動化. 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2008.

[2] 中國海事服務(wù)中心. 船舶電氣與自動化. 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2012.

[3] 李世臣. 輪機自動化. 大連:大連海事大學(xué)出版社, 2008.

[4] 陳意惠，薛士龍，船舶電動起貨機、錨機類控制電路的分析方法，航海技術(shù), 2004,（6）.

[5] 鐘蕾. PLC在船舶鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，江蘇船舶, 2007,（2）.

Analysis of Control System Based on PLC for Donkey Boiler

Sun Lixin

（Jiangsu Maritime Institute, Nanjing 211170, China）

TP273

A

1003-4862（2013）10-0042-03

2013-03-04

孫立新（1969-），男，船舶電機員、二管輪、講師。研究方向：船舶自動化。