王瑞云

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基于PLC控制的船用鍋爐水位控制系統(tǒng)的分析

王瑞云

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧省葫蘆島 125005)

為保證船用鍋爐在正常水位下工作，保證鍋爐的給水量與蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化，對(duì)鍋爐采取雙水位自動(dòng)控制，控制給水泵的啟、停和給水閥的開(kāi)度，使鍋爐水位在水泵啟停水位之間變化。并且當(dāng)水位到達(dá)高水位和低水位以及過(guò)低水位時(shí)，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警指示，甚至停爐檢修。

船用鍋爐 水位控制 PLC

0 引言

船用鍋爐水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的是保證鍋爐在正常水位下工作，控制給水泵的啟、停和給水閥的開(kāi)度，從而控制給水量，使鍋爐的給水量與蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。在蒸發(fā)量較小，蒸汽壓力較低的鍋爐中，大多數(shù)采取雙水位控制，即當(dāng)鍋爐水位達(dá)到水位下限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)給水泵，向鍋爐供水。當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)，自動(dòng)停止給水泵的工作，鍋爐工作水位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。在大型油輪中，鍋爐的蒸發(fā)量一般很大，蒸汽量較高，要求水位穩(wěn)定在某一定值上，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)水位偏差信號(hào)來(lái)控制給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使給水量適應(yīng)蒸發(fā)量。

1 船用鍋爐水位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1.1 水位控制器

水位控制器是鍋爐水位控制中心元件，水位控制器A10選用五點(diǎn)式控制器，對(duì)應(yīng)5個(gè)水位，是鍋爐水位控制中心元件，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，控制器與鍋爐爐體相同，形成一連通器，控制器檢測(cè)到的水位反應(yīng)爐體內(nèi)水位。具體接線如圖3所示，輸入端E1、E2、E3、E4，分別接受鍋爐高水位、低水位、水泵啟動(dòng)/停止的電平信號(hào)，同時(shí)水位控制器根據(jù)所輸入的信號(hào)做出判斷，將與之對(duì)應(yīng)的繼電器接通來(lái)實(shí)現(xiàn)鍋爐水位的自動(dòng)控制。圖1(b)圖為A4、A5低低水位報(bào)警控制器的結(jié)構(gòu)圖。

1.2 水位自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)

在圖3中，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA為控制地點(diǎn)選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)SA選擇就地控制時(shí)，SA的觸點(diǎn)13-14閉合，21-22斷開(kāi)，按下SB1或SB2，啟動(dòng)1#水泵或2#水泵，并且相應(yīng)的運(yùn)行指示燈亮；當(dāng)SA選擇遙控時(shí)，SA的觸點(diǎn)13-14斷開(kāi)，21-22閉合，為水泵遙控電路提供通路。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA3為控制方式選擇開(kāi)關(guān)，如選擇手動(dòng)控制時(shí)，SA3的觸點(diǎn)1-2、7-8閉合，水泵啟動(dòng)和停止由操作人員通過(guò)改變SA3的手柄位置來(lái)控制；如選擇自動(dòng)控制時(shí)，SA3的觸點(diǎn)5-6、11-12閉合，水泵啟動(dòng)和停止由水泵啟停繼電器KA33的觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)來(lái)控制。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA4為水泵選擇控制開(kāi)關(guān)，1#和2#水泵互為備用，如選擇1#水泵為主用供水泵，2#水泵為備用水泵時(shí)，SA4的觸點(diǎn)1-2、5-6閉合；如選擇2#水泵為主用供水泵，1#水泵為備用水泵時(shí)，SA4的觸點(diǎn)3-4、7-8閉合。

1.3 船用鍋爐水泵控制電路的主電路

圖2為鍋爐電力拖動(dòng)系統(tǒng)主電路的接線圖，合上電源總開(kāi)關(guān)QS，再合上1#、2#水泵控制開(kāi)關(guān)QF3和QF4，當(dāng)接觸器KM3得電時(shí)，1#水泵啟動(dòng)；當(dāng)接觸器KM4得電時(shí)，2#水泵啟動(dòng)。電路中還有熱繼電器K3和K4對(duì)水泵起過(guò)載保護(hù)用。

1.4 船用鍋爐水泵控制電路

SA選擇遙控，SA的觸點(diǎn)21-22閉合；SA3選擇自動(dòng)控制時(shí)，SA3的觸點(diǎn)5-6閉合；SA4選擇1#水泵為主用供水泵，2#水泵為備用水泵，SA4的觸點(diǎn)1-2、5-6閉合。

（1）當(dāng)鍋爐處于低水位時(shí)，則低水位繼電器KA26得電，KA26的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，備用給水泵控制繼電器KA30得電，KA30的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通備用給水泵2#水泵電路，啟動(dòng)備用泵2#水泵供水。同時(shí)KA26的另一常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)接至PLC控制器輸入端，輸出低水位燈光（HL13）報(bào)警。

（2）當(dāng)鍋爐水位上升到水泵停止水位時(shí)，水泵啟停繼電器KA33失電，KA33的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷給水泵電路，水泵停止供水。

（3）當(dāng)水位上升到水泵停止位時(shí)，由于某種故障原因（如KA33的觸點(diǎn)發(fā)生熔焊，不能及時(shí)分?jǐn)啵?，水泵繼續(xù)供水，當(dāng)水位上升到高水位時(shí)，則高水位繼電器KA22得電，KA22的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷給水泵電路，水泵停止供水。同時(shí)KA22的另一常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)接至PLC控制器輸入端，輸出高水位燈光（HL12）報(bào)警。

（4）當(dāng)鍋爐水位下降到水泵啟動(dòng)水位時(shí)，水泵啟停繼電器KA33得電，KA33的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通1#給水泵電路，水泵啟動(dòng)供水。

（5）當(dāng)水位下降到水泵啟動(dòng)位時(shí)，由于某種故障原因（如KA33的觸點(diǎn)不能及時(shí)閉合），水泵沒(méi)啟動(dòng)，當(dāng)水位下降到低水位時(shí)，則重復(fù)（1）的過(guò)程。

（6）過(guò)低水位報(bào)警電路：鍋爐水位自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩個(gè)過(guò)低水位控制器A4和A5，過(guò)低水位控制器根據(jù)水位檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)來(lái)控制過(guò)低水位繼電器KA23、KA24的導(dǎo)通還是斷開(kāi)。當(dāng)兩個(gè)水位檢測(cè)傳感器同時(shí)發(fā)出過(guò)低水位信號(hào)時(shí)，則KA23、KA24同時(shí)導(dǎo)通，過(guò)低水位延時(shí)繼電器KT5的常閉觸點(diǎn)延時(shí)閉合，過(guò)低水位繼電器KA25得電，KA25有三個(gè)觸點(diǎn)動(dòng)作：KA25的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷風(fēng)機(jī)及燃油閥電路，使鍋爐停爐；KA25的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈亮，發(fā)出過(guò)低水位燈光（HL30）報(bào)警信號(hào)；KA25的第三個(gè)觸點(diǎn)7-11閉合，過(guò)低水位指示燈HL31（在報(bào)警板處）得電，指示燈亮，發(fā)出過(guò)低水位燈光報(bào)警。

（7）鍋爐給水壓力低報(bào)警

如圖3所示，當(dāng)鍋爐工作時(shí)，給水壓力低時(shí)間繼電器KT7得電，KT7的觸點(diǎn)延時(shí)閉合（確認(rèn)確實(shí)是水壓低），則給水壓力低繼電器KA31得電，KA31的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，備用給水泵控制繼電器KA30得電，KA30的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通備用給水泵2#水泵電路，啟動(dòng)備用泵2#水泵供水。同時(shí)KA31的另一常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)接至PLC控制器輸入端，輸出低水位燈光（HL14）報(bào)警。

（8）鍋爐水鹽度高報(bào)警

如圖4所示，鍋爐水鹽度由鹽度計(jì)A7來(lái)檢測(cè)水中鹽物質(zhì)濃度，當(dāng)水鹽度高時(shí)，A7輸出高電位，使鹽度高繼電器KA4得電，KA4的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈（HL32）亮，發(fā)出鹽度高燈光報(bào)警。

（9）鍋爐水油分高報(bào)警

鍋爐油分由油分計(jì)A16來(lái)檢測(cè)水中油份濃度，當(dāng)水油分高時(shí)，A16輸出高電位，使油分高繼電器KA32得電，KA32的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈（HL33）亮，發(fā)出油分高燈光報(bào)警。

圖4 鍋爐水質(zhì)監(jiān)測(cè)電路的接線圖

（10）鍋爐水加藥泵控制

鍋爐水需要加藥鍋時(shí)，可開(kāi)啟加藥泵。鍋爐水加藥泵的運(yùn)行有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式：若選擇手動(dòng)控制，將鍋爐水加藥控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA6轉(zhuǎn)換到手動(dòng)控制位置，SA6的觸點(diǎn)1-2閉合，加藥泵啟動(dòng)向水中加藥；若選擇自動(dòng)控制，將鍋爐水加藥控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA6轉(zhuǎn)換到自動(dòng)控制位置，SA6的觸點(diǎn)5-6閉合，并且啟動(dòng)1#或2#給水泵，水泵啟動(dòng)接觸器KM3或KM4的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，加藥泵啟動(dòng)向水中加藥。同時(shí)，不論手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制方式，加藥泵啟動(dòng)運(yùn)行的同時(shí)，加藥泵繼電器KA36得電，KA36的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，并將信號(hào)輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端加藥泵運(yùn)行指示燈（HL34）亮，發(fā)出加藥泵運(yùn)行燈光指示。

若需停止加藥泵，將SA6扳至停止位置，加藥泵失電停止運(yùn)行，繼電器KA36失電，KA36的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，加藥泵運(yùn)行指示燈不亮。

3 船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的硬件配置

船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的硬件配置是根據(jù)控制要求考慮PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是分析系統(tǒng)所需的輸入輸出信息，確定PLC輸入輸出接點(diǎn)的類(lèi)型、數(shù)量和PLC的配置，繪出系統(tǒng)的PLC輸入輸出接點(diǎn)的配置圖。考慮到船用鍋爐自動(dòng)點(diǎn)火控制、船用鍋爐負(fù)荷控制、船用鍋爐水位控制等控制，船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出接點(diǎn)龐大，而為了滿足水位控制要求的PLC硬件配置，若采用西門(mén)子系列PLC，系統(tǒng)輸入/輸出接點(diǎn)配置如圖5所示。

根據(jù)輸入輸出接點(diǎn)配置的設(shè)定，按控制要求及其所確定的邏輯條件，畫(huà)出梯形圖，編寫(xiě)PLC程序，便可完成船用鍋爐水位的PLC控制。

圖5 船用鍋爐PLC水位控制系統(tǒng)的的I／O接點(diǎn)配置圖

4 結(jié)論

可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。船用鍋爐水位的控制采用PLC的控制系統(tǒng)克服了繼電器-接觸器控制可靠性、直觀性、自動(dòng)化程度不高的特點(diǎn)，結(jié)合觸摸屏智能操作及顯示技術(shù)，造就了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾強(qiáng)、功能強(qiáng)大、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。

它不但具有與外部工業(yè)設(shè)備連接的輸入/輸出（I/O）接口電路，而且具有編程直觀簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂的優(yōu)點(diǎn)，其輸入模塊可以直接接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種傳感器信號(hào)，輸出模塊可以直接驅(qū)動(dòng)2～5 A的受控設(shè)備, 產(chǎn)品系列化、結(jié)構(gòu)模塊化的可編程控制器給控制系統(tǒng)的配置和備件管理帶來(lái)了極大的方便，這一點(diǎn)尤其適用于船舶機(jī)械設(shè)備的控制。

對(duì)于機(jī)艙溫度高、濕度大、機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)的特殊工作環(huán)境，采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)的鍋爐水位的自動(dòng)控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和集中報(bào)警控制管理。

[1] 劉明偉. 船舶電力拖動(dòng). 北京: 人民交通出版社, 2010.

[2] 任志錦. 電機(jī)與電氣控制. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

[3] 費(fèi)千.船舶輔機(jī). 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2009.

[4] 鄧志良, 劉維亭. 電氣控制技術(shù)與PLC. 南京: 東南大學(xué)出版社, 2002年.

Analysis of Water Level Control for Marine Boiler Based on PLC

Wang Ruiyun

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao125005, Liaoning, China)

U664.111 TP273.4

A

1003-4862（2013）04-0040-04

2012-09-17

王瑞云(1972年-)，女，工程碩士，副教授。研究方向：船舶電氣。