楊俊+單劍+陳翱

摘 要：針對某型立式燃油鍋爐存在控制系統(tǒng)功能落后問題，該文采用PLC控制器與觸控屏相結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計了一套全新的控制系統(tǒng)，較原系統(tǒng)增加了保養(yǎng)提示和超期閉鎖功能、故障記錄統(tǒng)計功能，關(guān)鍵參數(shù)實時監(jiān)測功能，大大提升了設(shè)備的智能化程度和人機交互性能。此系統(tǒng)可以有效提高鍋爐的自主性，為后期設(shè)備的保養(yǎng)、維護等設(shè)備日常問題進行及時反饋。對于故障的紀(jì)錄系統(tǒng)可以很好地保證人員在修理前準(zhǔn)確定位故障類型，對如何開展維修提供可靠保障。

關(guān)鍵詞：燃油鍋爐 PLC 觸控屏 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0039-03

目前，某船鍋爐采用接觸器——繼電器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖有一定程度的自動化程度，但系統(tǒng)復(fù)雜而且故障多、可靠性差、維護工作量大，由于智能化程度低，不能進行設(shè)備參數(shù)、故障報警的實時記錄與統(tǒng)計，故障發(fā)生時不利于及時排除，并且不易實現(xiàn)功能的擴展。而PLC具有使用方便、通用性強、可靠性高、適應(yīng)面廣、編程簡單及抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最廣的控制設(shè)備之一。特別是近年來，PLC在網(wǎng)絡(luò)通訊、運動控制、PID控制方面的功能更加強大，為該船鍋爐現(xiàn)有控制功能的升級提供了可能。該系統(tǒng)在能夠滿足鍋爐現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上增加三項功能：一是鍋爐維護保養(yǎng)提示和超期鎖閉功能；二是故障記錄與統(tǒng)計功能；三是關(guān)鍵參數(shù)實時監(jiān)測功能。

1 鍋爐的基本介紹

1.1 鍋爐的基本參數(shù)

鍋爐的基本參數(shù)（如圖1）。

1.2 壓力控制及保護

自動燃燒及報警保護是通過一只壓力控制器和一只壓力傳感器來完成的，他們安裝在鍋爐的儀表板上。

壓力傳感器可以將蒸汽壓力信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，信號傳送到鍋爐控制箱以供控制燃燒、啟動、停止及大、小火之間的轉(zhuǎn)換。

壓力控制器內(nèi)設(shè)壓力傳動裝置，可以將鍋爐蒸汽壓力信號轉(zhuǎn)換成觸點開關(guān)信號，當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到規(guī)定值時切斷燃燒。（見圖2）

如果壓力控制保護措施失效，鍋爐壓力失控將不斷上升，最終導(dǎo)致安全閥起跳。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，安全閥共設(shè)有兩只，以達(dá)致雙重保護的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件選型

PLC選型的基本原則是保證系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟性、可靠性、使用維護方便且滿足控制功能的前提下。在實際設(shè)計中一般考慮以下幾個方面的問題。

（1）I/O點數(shù)的確定（一般可考慮10%～15%的備用量）。

（2）確定用戶程序存儲器的存儲容量，一般粗略的估計方法是：（輸入+輸出）×（10～12）=指令步數(shù)。

（3）輸入輸出方式及負(fù)載能力。根據(jù)控制系統(tǒng)中輸入輸出信號的種類、參數(shù)等級和負(fù)載要求，選擇能夠滿足輸入輸出接口需要的機型，并且要特別注意電壓和電流的問題。

（4）響應(yīng)速度。

根據(jù)以上原則，該系統(tǒng)選擇了西門子的S7-200 smart的可編程控制器，CPU SR60，擴展2塊數(shù)字輸入模塊EMDI08，1塊模擬輸入模塊 EMAI04，1塊數(shù)字輸出模塊EMDR08。觸摸屏采用與S7-200 smart通信及兼容性良好的西門子公司Smart 700 IE。

2.2 系統(tǒng)硬件接線

PLC與觸控屏的接線、PLC資源配置與外部接線如圖3所示。

PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，它主要是接收各傳感器輸入收觸摸屏和收觸摸屏的信號，經(jīng)過內(nèi)部程序處理后輸出控制信號至各傳感器控制設(shè)備正常運行，并將設(shè)備狀態(tài)參數(shù)等信息傳輸?shù)接|控屏。觸摸屏在控制系統(tǒng)中主要承擔(dān)著使過程可視化、操作員對過程的控制、顯示報警、過程值、報警記錄、報警歸檔、過程和設(shè)備參數(shù)管理的功能，它可以與PLC通過RS485通信接口進行實時通信，向PLC發(fā)送控制指令，并采集PLC的數(shù)據(jù)進行狀態(tài)監(jiān)視。

水位控制功能是通過水位計對水位進行檢測實現(xiàn)的，將4個水位（上限水位、給水位、停給水位、下限水位）的4個開關(guān)將信號接入PLC，經(jīng)PLC控制水泵，實現(xiàn)給水量的控制、報警處理、低水位聯(lián)鎖、給水水泵電機故障時的聯(lián)鎖等控制，使系統(tǒng)完全達(dá)到自動平穩(wěn)運行。

蒸汽壓力控制功能是通過壓力傳感器測量蒸汽壓力實現(xiàn)的，并通過壓力變送器將信號接入PLC的一路模擬量輸入，從而實現(xiàn)兩級壓力上限保護和燃燒（大、小火）控制。

燃燒系統(tǒng)的自動控制的本質(zhì)是自動控制蒸汽壓力。蒸汽壓力作為燃燒自動控制的被控參數(shù)，對鍋爐發(fā)出起動信號后，自動起動風(fēng)機和油泵，從而實現(xiàn)預(yù)打火、掃風(fēng)、二級燃燒等燃燒程序的進行。

高水位、低水位、報警功能和過低水位保護是通過水位計進行檢測，將開關(guān)量信號送至PLC來實現(xiàn)；空氣壓力低、燃燒鉸鏈未合保護和報警功能通過壓力傳感器將開關(guān)量信號送至PLC來實現(xiàn)；火焰故障保護和報警功能通過光敏開關(guān)將開關(guān)量信號送至PLC來實現(xiàn)。

鍋爐維護保養(yǎng)的自動提示功能通過PLC內(nèi)部程序觸發(fā)觸控屏預(yù)設(shè)提示文字控件來實現(xiàn)。超期不維護的系統(tǒng)自動鎖閉功能則直接由PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)，該功能將十分有利于設(shè)備的日常保養(yǎng)與周期保養(yǎng)。

故障自動統(tǒng)計記錄與記錄功能通過觸控屏報警記錄功能采集設(shè)備運行過程中的報警信息，并通過觸控屏的變量歸檔功能處理和長期存儲設(shè)備運行過程中的測量值和過程值實現(xiàn)。通過此項功能可以清楚記錄故障次數(shù)、故障部位和頻率，當(dāng)某一故障部件達(dá)到設(shè)定的故障次數(shù)或頻率后，自動提示更換零部件，為關(guān)鍵故障零部件的修理與更換提供了有力的依據(jù)。

關(guān)鍵參數(shù)的實時監(jiān)測是通過將PLC將采集到的每一路輸入、輸出通道的值輸入到觸控屏的外部變量，然后實時反映在觸控屏的狀態(tài)監(jiān)視器窗口當(dāng)中，該項功能可以使值班人員對鍋爐參數(shù)狀態(tài)進行實時監(jiān)控了解。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計