孫立新

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PLC控制的船用輔鍋爐自動(dòng)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(jī)工程系，南京 211170）

為了提高輪機(jī)管理人員和在校生分析PLC控制問(wèn)題的能力,本文以《輪機(jī)自動(dòng)化》中PLC控制的船用輔鍋爐自控系統(tǒng)為例，對(duì)PLC階梯圖按功能塊進(jìn)行分析，使問(wèn)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(duì)輪機(jī)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，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(duì)PLC控制中的階梯圖，分析起來(lái)比較費(fèi)力。為此，本文以《輪機(jī)自動(dòng)化》中PLC控制的船用輔鍋爐自控系統(tǒng)為例，對(duì)PLC階梯圖按功能塊進(jìn)行分析，以提高學(xué)生和輪機(jī)管理人員分析該類問(wèn)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(jī)、輔機(jī)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(shí)準(zhǔn)確地分析判斷和排除故障，將影響到船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，由此可見鍋爐的重要性。對(duì)船舶輔鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要分兩大部分，一個(gè)是水位的自動(dòng)控制，另一個(gè)是蒸汽壓力的控制，也就是燃燒的控制。

對(duì)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(duì)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(hào)，接觸器線圈、指示燈、電磁閥線圈等都是輸出信號(hào)。從鍋爐控制的實(shí)質(zhì)出發(fā)，對(duì)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(gè)PLC階梯看做一條控制線路，思路就相對(duì)清晰，下面結(jié)合輔鍋爐的自動(dòng)控制按功能把階梯圖分成四大部分進(jìn)行逐個(gè)分析。

1.1 水位的控制

水位控制由0號(hào)線路和73號(hào)線路組成。因?yàn)槭请p位控制，X014和X013分別是低位和高位觸點(diǎn)，X000、X001、X002分別是水泵轉(zhuǎn)換開關(guān)的停止、自動(dòng)和手動(dòng)觸點(diǎn)，X015是熱過(guò)載保護(hù)觸點(diǎn)，它們都是輸入信號(hào)。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(dòng)補(bǔ)水，Y000要有電，此時(shí)M7線圈要失電，結(jié)合雙位控制，也就是水位低于低位時(shí)，X013、X014都斷開。當(dāng)水位高于低位時(shí)，X014雖然閉合，但M7常開觸點(diǎn)沒(méi)有動(dòng)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(bǔ)水。

圖1 輔鍋爐燃燒自動(dòng)控制梯形圖

1.2 蒸汽壓力控制

也就是燃燒強(qiáng)度的控制。這里要結(jié)合鍋爐的燃燒時(shí)序控制來(lái)進(jìn)行分析。按照要求，如果水位低于最低水位，84號(hào)線路X012觸頭斷開，M8線圈失電，M8（9）觸頭斷開，鍋爐報(bào)警不能啟動(dòng)。啟動(dòng)前水位要正常，打到自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，首先進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，60 s計(jì)時(shí)這時(shí)油泵、風(fēng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)。風(fēng)門開到最大，燃油電磁閥關(guān)閉，9號(hào)線路上的X005、X006、X007分別為燃燒控制選擇開關(guān)的停止、自動(dòng)和手動(dòng)觸點(diǎn)。水位正常，M8合，未進(jìn)行火焰檢測(cè)，M1（9）閉合，T11延時(shí)斷開，所以M2線圈有電，23號(hào)線路上蒸汽壓力開關(guān)X011常閉，X021、X022為風(fēng)機(jī)和油泵開關(guān)的自動(dòng)、手動(dòng)觸點(diǎn)，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(dòng)風(fēng)機(jī)、油泵，T13（23）延時(shí)60s 才閉合，所以風(fēng)門擋板Y004線圈啟動(dòng)時(shí)沒(méi)電，風(fēng)門開到最大，同時(shí)M12（23）觸頭雖然閉合，但T14延時(shí)62s 才閉合，所以燃油電磁閥Y006線圈沒(méi)電，閥關(guān)閉，到60s 時(shí)按時(shí)序進(jìn)入預(yù)點(diǎn)火，點(diǎn)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(shí)60s 動(dòng)作，M15線圈通電，M15（102）合，點(diǎn)火變壓器Y003有電點(diǎn)火，T13延時(shí)60 s也動(dòng)作，風(fēng)門擋板Y004有電，關(guān)小風(fēng)門，到62 s時(shí)，進(jìn)入點(diǎn)火程序，T14延時(shí)時(shí)間到觸頭閉合，Y006線圈有電，打開燃油電磁閥噴油，此時(shí)點(diǎn)火變壓器保持打火，進(jìn)行小油量小風(fēng)門控制，如果點(diǎn)火成功，火焰監(jiān)測(cè)觸頭X027合，線圈M31、M32有電，線圈M4失電，M4（23）觸點(diǎn)斷開，線圈M15斷電，使點(diǎn)火變壓器自動(dòng)退出，M4（80）合，T3(80)有電，延時(shí)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(shí)時(shí)，其壓力開關(guān)X011動(dòng)作，23號(hào)線路上X011斷，立即停油，100號(hào)線路上的X011合，T17有電，T17(23)延時(shí)停風(fēng)機(jī)、油泵，控制后掃風(fēng)。

1.3 火焰監(jiān)控報(bào)警

X027為光敏電池觸點(diǎn)，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行火焰監(jiān)控，這是為了防止點(diǎn)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(guò)77號(hào)線路、82號(hào)線路分別進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)的火焰監(jiān)控和運(yùn)行時(shí)的火焰監(jiān)控，前者由T2延時(shí)10 s 動(dòng)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(xiǎn)水位和風(fēng)壓過(guò)低報(bào)警、停爐。鍋爐運(yùn)行中水位如果低于極限水位，則84號(hào)線路中的極限水位觸點(diǎn)X012斷開，線圈M8失電，M8（121）、M8（119）聲光報(bào)警，M8（9）觸頭斷開，M2線圈失電停爐，燃油電磁閥關(guān)閉。自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)T11（86）開始計(jì)時(shí)，到70 s后時(shí)T11（9）斷開，如風(fēng)壓還沒(méi)建立，或運(yùn)行中風(fēng)壓過(guò)低都導(dǎo)致風(fēng)壓觸頭X010斷開，M2線圈失電，同樣報(bào)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(duì)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(yùn)行指示燈是否正常，如正常說(shuō)明PLC 沒(méi)什么問(wèn)題。對(duì)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(duì)應(yīng)的外圍設(shè)備及其所對(duì)應(yīng)的I/O通道，像輸入信號(hào)(風(fēng)壓、氣壓、水位等)都是以標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)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(wèn)題則通過(guò)替換相應(yīng)模塊來(lái)解決，如果輸入輸出信號(hào)正常，則要通過(guò)圖紙查找控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電、氣元器件。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)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(gè)功能塊，化整為零，化繁為簡(jiǎn)，由淺入深，比較適用于課堂教學(xué)，同時(shí)有利于輪機(jī)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(yùn)行，保證船舶的安全可靠地運(yùn)行。

[1] 中國(guó)海事服務(wù)中心. 輪機(jī)自動(dòng)化. 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2008.

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

[3] 李世臣. 輪機(jī)自動(dòng)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(dòng)起貨機(jī)、錨機(jī)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(jī)員、二管輪、講師。研究方向：船舶自動(dòng)化。