付乾坤

摘 要：基于PLC的船舶鍋爐水位控制能夠增強鍋爐應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，減少船舶鍋爐運行故障，提升船舶運行檢修效率。為此，文章在闡述PLC控制系統(tǒng)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，結(jié)合船用鍋爐的應(yīng)用特點，就基于PLC的船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)打造問題進行探究。

關(guān)鍵詞：PLC;船舶鍋爐;水位控制系統(tǒng);打造

鍋爐是以內(nèi)燃機為動力船舶的重要輔助機械設(shè)備，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽一般被用來加熱燃油、驅(qū)動輔助機械和生活雜用。在人們對船舶應(yīng)用要求的不斷提升下船舶的自動化管控被提上日程，而鍋爐的自動化控制則是船舶自動化管控的重要體現(xiàn)。為此，文章立足于當(dāng)前船舶鍋爐水位控制操作線路復(fù)雜、維護管理工作量大、可靠性弱的問題提出一種基于PLC技術(shù)的船用鍋爐水位控制系統(tǒng)，旨在接著這種可編程控制器系統(tǒng)來提升船用鍋爐水位控制成效。

一、PLC控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)是可編程控制系統(tǒng)的簡稱，在具體操作的時候借助存儲器內(nèi)部的邏輯運算、順序調(diào)控和時令把控等能夠控制機械設(shè)備的生產(chǎn)、加工和運行。在具體操作的時候整個控制系統(tǒng)會按照一定的順序進行掃描和循環(huán)往復(fù)工作，在完成一個周期的指令掃描并在沒有發(fā)生指令跳轉(zhuǎn)的時候會從第一個指令來按照一定的順序來執(zhí)行操作。

二、船舶鍋爐的基本結(jié)構(gòu)和工作原理分析

船舶鍋爐是由鍋爐本體和輔助設(shè)備共同組成，鍋爐本體一般包含爐膛、蒸發(fā)受熱面、蒸汽過濾器、空氣預(yù)熱器等。爐膛包含水冷壁和耐火磚墻，爐膛的存在能夠為整個鍋爐運行提供燃油支持，確?？臻g內(nèi)的燃油能夠充分燃燒。蒸發(fā)受熱面則是通過煙氣傳熱方式來將熱量傳遞給鍋水，在蒸汽過熱的過程中會產(chǎn)生比較強烈的動力機械，從而在鍋爐運行的過程中減少熱量的損失?？諝忸A(yù)熱器則是在煙氣的作用下來改造船舶鍋爐內(nèi)部的燃料燃燒，從而在某種程度上達到節(jié)能的作用。

第一，水位控制。采用水位計來對水位進行測試，根據(jù)控制需要將不同水位的三個開光量信號接入到PLC中，經(jīng)過PLC控制水泵電機，由此實現(xiàn)對水位的控制，確保船舶鍋爐的穩(wěn)定運行。第二，蒸汽壓力控制。蒸汽壓力通過壓力傳感器來實現(xiàn)控制。在水位正常的時候蒸汽壓力在0.4MPa到0.6MPa下可以實現(xiàn)燃燒，在負(fù)荷減少的時候蒸汽壓力會上升，在上升到0.46MPa 的時候鍋爐停止燃燒。第三，燃燒控制系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)是鍋爐蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)，氣壓是燃燒系統(tǒng)的重要參數(shù)，在向鍋爐發(fā)出信號之后自動啟動油泵和風(fēng)機，控制燃燒。

三、基于PLC控制的船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)

（一）硬件設(shè)計

船舶鍋爐水位PLC電氣控制系統(tǒng)的電路包含系統(tǒng)的主電路和PLC控制電路。主要電路的作用是為控制鍋爐液位的水泵提供持久的供電電路支持，整個電路包含熔斷器、熱繼電器、接觸器、斷路器。其中，熔斷器的應(yīng)用功能是有效保護船舶鍋爐主電路不發(fā)生短路破壞，斷路器的作用是保護船舶鍋爐水泵主電路不出現(xiàn)破壞并控制水泵總開關(guān)，熱繼電器主要是對主要電路實施過載保護，接觸器主要是控制水泵之間的變頻系統(tǒng)，一個接觸器控制電機抽水，一個用來控制變頻器的電源。

在進行基于PLC控制的船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的時候可以基于輸出、輸入點的數(shù)量來進行PLC的選型，具體包含九個輸入點和九個輸出點。輸入點包含消音、水位上下限、系統(tǒng)啟動和停止、變頻器準(zhǔn)備、故障處理、水位上上限、水位下下限。輸出點則是包含指示燈、蜂鳴器、一號和二號水泵的變頻、工頻輸出、報警排水等。

在綜合考慮多個因素之后文章選擇西門子S7200系列中的CPU224控制器來控制船舶鍋爐水位，整個控制器包含26個操作點。在選定硬件設(shè)備之后應(yīng)用24V的開關(guān)電源來為整個操作系統(tǒng)提供持續(xù)性的電源?；赑LC控制的船舶鍋爐水位控制的硬件結(jié)構(gòu)如圖一所示。

（二）軟件設(shè)計

1.主要功能軟件設(shè)計和實現(xiàn)

應(yīng)用PCS7編程軟件來編寫連續(xù)功能圖，在對這個編程圖簡化之后得到三沖量水位控制副回路功能框架圖。在整個示意圖中包含PID基本操作控制模塊、模擬量的輸入和輸出模塊等。通過模擬量輸入模塊來獲得蒸汽流量、給水流量;通過模擬量的輸出模塊來將控制信號發(fā)送到給水調(diào)節(jié)閥門，調(diào)節(jié)閥門在接收到指令之后開始運作。蒸汽流量在經(jīng)過乘法器處理之后得到反饋信號，這些反饋信號會和水位控制器的輸出信號共同輸入到加法器中，經(jīng)過加法器的處理來將這些信號作為水流量控制器的最終設(shè)定數(shù)值。

2.WinCC監(jiān)控界面的打造

WinCC的特點是能夠?qū)⒏鱾€軟件和用戶程序組合在一起，在多個程序的打造作用下來形成友好的人機界面模式，從而更好地滿足整個系統(tǒng)的運行需要。從整個系統(tǒng)的運作來看系統(tǒng)本身設(shè)置了較多的項目窗口、菜單選項、可視化窗口等。結(jié)合系統(tǒng)運作要求在上位機軟件WinCC上設(shè)計出了汽包水位操控系統(tǒng)，并額外添加了能夠增強性能的廢氣鍋爐、熱水井等設(shè)備。

結(jié)束語

綜上所述，PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，將其應(yīng)用到船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)能夠提升整個系統(tǒng)的運作成效，增強系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。文章以船舶鍋爐水位PLC電氣控制系統(tǒng)作為鍋爐水位控制的重要設(shè)計點，通過將PLC應(yīng)用到船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)中能夠解決傳統(tǒng)繼電器和接觸器的應(yīng)用缺點，從而提升船舶鍋爐運行安全性和穩(wěn)定性。同時，基于PLC的船舶控制系統(tǒng)還具備編程簡單、方便你操作的特點，面臨機艙溫度高、濕度大的問題借助PLC能夠有效實現(xiàn)對鍋爐水位的自動化控制。

參考文獻

[1]王瑞云.基于PLC控制的船用鍋爐水位控制系統(tǒng)的分析[J].船電技術(shù)，2013，33（4）：40-43.

[2]汪健，張?zhí)K新.船舶鍋爐水位PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界，2016（20）：119-120.

[3]陳文秀，薛士龍，孫磊等l.基于PLC船用鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的仿真與監(jiān)控[J].上海電機學(xué)院學(xué)報，2017（2）.

[4]呂雪瑛.船舶鍋爐水位PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（31）：190-191.

（作者單位： 廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院）