周名偵

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船舶輔鍋爐裝置模擬控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

周名偵

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，廣州 510800）

本文以實船CPDB-40船舶輔鍋爐為對象，用實物加仿真的形式，利用PLC、MCGS觸摸屏和MINIC模擬板從而實現(xiàn)鍋爐裝置、燃燒裝置、鍋爐附件的運(yùn)行顯示，形象逼真，并可在觸摸屏上實時顯示和控制鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)。該設(shè)備運(yùn)用到海船船員適任崗位技能訓(xùn)練和評估取得了很好的效果。

船舶輔鍋爐 MCGS觸模屏 PLC MINIC模擬

0 前言

船舶輔鍋爐是海船上重要的設(shè)備之一，主要用于產(chǎn)生飽和蒸汽驅(qū)動各種輔機(jī)、加熱燃油、潤滑油、暖缸冷卻水及供船員日常生活使用。對于船舶輔鍋爐的操作與管理是輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須學(xué)習(xí)和考核的內(nèi)容，但由于真實鍋爐造價昂貴，而且污染較大，運(yùn)行成本高，對于初學(xué)者操作不當(dāng)容易出現(xiàn)安全事故。而采用模擬控制系統(tǒng)替代真實的船舶輔鍋爐裝置既可降低建設(shè)費(fèi)用又可減少日常運(yùn)行管理和保養(yǎng)費(fèi)用少，同時又安全可靠，不會學(xué)生由于誤操作或操作不當(dāng)損壞設(shè)備和危及學(xué)生，更不會引起爆炸和對周圍環(huán)境的污染。并且還可以操作在實船上難以操縱的訓(xùn)練內(nèi)容：如，嚴(yán)重失水，滿水操作等。因此在教學(xué)上一般先采用模擬仿真訓(xùn)練再實際操作。本文是以CPDB-40船舶輔鍋爐系統(tǒng)為研究對象，對廢舊鍋爐進(jìn)行改造后，用于學(xué)生模擬訓(xùn)練是可行的。

1 船舶輔鍋爐裝置模擬控制系統(tǒng)的組成

1.1系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

1.2系統(tǒng)各組成部分功能說明

1）可實行急停；自動/手動切換控制。

2）遇到火災(zāi)時能自動關(guān)閉輔鍋爐系統(tǒng)。

3）觸摸屏界面中，可以看到鍋爐運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)及故障信息顯示，如顯示蒸汽壓力；同時可以對鍋爐的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，例如:預(yù)掃風(fēng)時間，預(yù)點火時間，預(yù)熱時間等。

4）自動檢測、監(jiān)測各種器件工況、參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值是否符合，以確保整個系統(tǒng)的使用安全，如出現(xiàn)故障將做出相應(yīng)的處理，并報警。

5）模擬量和數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換由PLC特殊模塊處理。

6）MINIC模擬板能直觀的顯示整個系統(tǒng)的運(yùn)行流程。

2 模擬控制過程與要求

2.1 自動控制過程

按下鍋爐啟動按鈕后，自動起動燃油泵和鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉燃油電磁閥使燃油在鍋爐外面循環(huán)，此時風(fēng)門開得最大，以大風(fēng)量進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，防止鍋爐內(nèi)殘油的油氣在點火發(fā)生“冷爆”，預(yù)掃風(fēng)時間設(shè)定為30～50 s，達(dá)到預(yù)掃風(fēng)的時間后自動關(guān)小風(fēng)門，同時啟動點火變壓器，開始進(jìn)行預(yù)點火，時間為3～5 s，點火同時，打開燃油電磁閥，關(guān)閉回油電磁閥，以小風(fēng)量和小噴油進(jìn)行點火，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)小回油閥或增加一個油頭向爐膛噴油，使鍋爐轉(zhuǎn)入高火燃燒，即進(jìn)行正常燃燒的負(fù)荷控制階段，當(dāng)壓力升到額定壓力時，自動停爐，停爐時，必須先停止噴油，然后再關(guān)風(fēng)機(jī)。

在預(yù)定的時間內(nèi)若點火不成功，中間熄火，水位過低，氣壓超壓等異?，F(xiàn)象，應(yīng)停爐，待故障排除后按復(fù)位按鈕方可重新起爐，防止鍋爐發(fā)生事故，并發(fā)出聲光報警。

2.2 系統(tǒng)控制具有的功能

2.2.1 聯(lián)鎖功能

在鍋爐點火、運(yùn)行及停爐階段，只有在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后方允許開動油泵和燃油電磁閥，如果風(fēng)機(jī)故障應(yīng)停止工作，立即關(guān)閉電磁閥和停止油泵。當(dāng)水位低處于低水位時，不能開爐。同時手動操作與自動操作實現(xiàn)聯(lián)鎖，互不干涉。

2.2.2 手動控制功能

將控制開關(guān)切換到手動位置，操作者只須按人工操作規(guī)程進(jìn)行點火和正常運(yùn)行。在電控箱上按下按鈕即能起動風(fēng)機(jī)、水泵和油泵。

2.2.3 自動控制功能

在整個控制過程中系統(tǒng)必須達(dá)到以下幾點：燃燒程序?qū)崿F(xiàn)自動控制；蒸氣壓力保護(hù)；溫度保護(hù)；鍋爐水位自動控制；火焰異常聯(lián)鎖；停爐報警；聲光報警；應(yīng)急停爐；模擬故障等九項功能。具體輔鍋爐控制流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于在很多文章里都有敘述過觸摸屏和PLC的制作和編程，在此重點述MINIC模擬的實現(xiàn)。

3.1 PLC通信設(shè)置

三菱FX系列PLC在其內(nèi)部有一個特殊功能寄存器D8120,可以根據(jù)其中的內(nèi)容,按照一定的協(xié)議實現(xiàn)與單片機(jī)之間的通信.但必須事先對PLC編程寫入D8120。三菱FX系列的PLC控制器,采用FX1N-485-BD通信模塊與單片機(jī)連接。格式采用1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，一位停止。因此設(shè)置D8120數(shù)據(jù)為H0C81,部分程序如圖3：

3.2 STC89C52RC單片機(jī)的通信設(shè)置

為了保證單片機(jī)與PLC的正常通信,除了要了解清楚通信協(xié)議外,還必須正確設(shè)定其通信方式,即采用統(tǒng)一的波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位和偶校驗位,據(jù)此建立雙方通信的應(yīng)答信號。AT89C51內(nèi)部有一個全雙工增強(qiáng)UART，TXD(P3.1)為發(fā)送端,RXD(P3.0)為接收端。AT89C51系列單片機(jī)的SCI工作方式由串行口控制寄存器(SCON)、波特率控制寄存器(PCON)設(shè)置決定，可用軟件設(shè)置四種工作方式。通信工作方式中,方式1是標(biāo)準(zhǔn)的異步通信方式,此方式工作時,串行口為8位異步通信接口,每幀信息包括10位:1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位。波特率可變,由定時器T1或T2的溢出率和SMOD1的狀態(tài)決定,在CPU的晶振為11.0592 MHz時波特率采用9600bps。單片機(jī)的通信參數(shù)設(shè)置如下:置寄存器T2CON為34H(定時器T2工作于波特率發(fā)生器方式);置寄存器TH2和RCAP2H為FFH,TL2和RCAP2L為D9H(波特率9600 b/s);置寄存器SCON為50H(串口工作方式1,允許接收)。波特率控制寄存器一般只在復(fù)位后初始化時寫入一次,以建立SCI通信波特率。

3.3 電路設(shè)計

顯示系統(tǒng)采用單片機(jī)將PLC通過485傳送過來的壓力數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，通過PLC自由口通信發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)給單片機(jī)，單片機(jī)負(fù)責(zé)顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4，電路圖如圖5。

4 結(jié)束語

整個系統(tǒng)由基于三菱FX系列PLC的控制單元進(jìn)行控制，工作可靠，性能穩(wěn)定，如圖7所示。用實際的鍋爐控制箱進(jìn)行控制，鍋爐本體裝置及系統(tǒng)采用MINIC模擬板進(jìn)行模擬，學(xué)生能夠按照實船鍋爐的操作程序在MINIC板上進(jìn)行實際系統(tǒng)的操作和控制，基本實現(xiàn)既能用于教學(xué)，又能進(jìn)行實操訓(xùn)練和評估的需要，實際運(yùn)用中得到海事局和學(xué)員雙方的認(rèn)可。

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Implement of Simulation Control System for Marine Auxiliary Boiler Plant

Zhou Mingzhen

(Guangdong Communications Polytechnic，Guangzhou 510800, China)

TM769

A

1003-4862（2015）01-0024-04

2014-07-21

周名偵（1973-），男，高級實驗師。研究方向：船舶機(jī)電工程。