基于PLC的船用锅炉自动控制系统设计 -

0 船舶PLC 锅炉培训仿真系统的功能

0.1 某柴油机货轮锅炉的主要特点

某柴油机货轮所配备的锅炉所产生的蒸汽主要用来加热主、辅柴油机所用燃油、厨房用汽，锅炉水位和汽压采用双位控制，燃烧采用单油头、定油量和定风量燃烧。系统设有中途熄火、危险低水位和低风压等安全保护装置，详细的控制原理和过程见教材[5]

。

为了更好对程序进行解读，结合船舶控制的安全保护需求，我们采用西门子公司的S7224CN 对控制系统进行了设计，并制作了该装置。

0.2 锅炉自动控制装置总体功能设计

系统包括点火自动/手动模式、水位自动/手动模式、风机、油泵自动/手动模式（简称风油自动/手动），水位和压力采用双位控制，另外系统设置有多个故障点（风压、水位、火焰）对锅炉的工作进行全程监控，具体如图1所示。

自动点火程序根据锅炉的点火特点，首先进行预扫风60秒，然后关小风门，打开点火变压器进行点火，10秒内点火成功，系统没有警报产生，则点火成功。具体实现程序如图2所示，系统的I/O 点设计如表1所示，系统使用了14个输入点8个输出点，装置的实物如图3所示。

图1 PLC 锅炉总体功能设计框架图

表1 系统I/O 点的设计

I0.0 手动点火油头 I1.3 燃烧自动 I0.1 风压开关 I1.4 燃烧手动 I0.2 火焰开关 I1.5 风油手动 I0.3 蒸汽开关 Q0.0 水泵 I0.4 低水位 Q0.1 风机 I0.5 高水位 Q0.2 油泵 I0.6

水位自动 Q0.3 点火线圈 I0.7

危险水位 Q0.4 风门挡板 I1.0 风油自动 Q0.6 油头电磁阀 I1.1 手动点火 Q0.7 熄火保护 I1.2

复位开关

Q1.1

报警

手动点火水位控制压力控制故障设置 故障报警 故障处理 自动点火

执行自动点火程序

蒸汽压力双位控制（低汽压锅炉自动起动，高汽压锅炉自动停止）

水位双位控制 （低水位水泵自动起动，高水位水泵自动停止炉）

锅炉仿真系统

图2 自动点火流程图 图3 船舶PLC 锅炉装置实物图

1 PLC 锅炉的测试和使用方法

该船用锅炉模拟装置的控制功能包括：锅炉自动手动点火、水位控制、蒸汽压力控制，火焰检测，风油自动手动控制，熄火保护、报警等，输入状态由开关按钮控制，通过PLC 控制输出，并由指示灯指示。

1.1 自动点火

将PLC 控制器位于RUN 位置，燃烧控制、风油控制均置于自动状态（燃烧自动I1.4、风油自动I1.5），系统自动使风机Q0.1、油泵Q0.2指示灯点亮，开始进入预扫风阶段，并在此阶段建立风压（风压开关I0.1），经过60s 大风门预扫风自动关小风门，进行预点火，点火线圈指示灯、风门挡板指示灯点亮。按下火焰模拟开关（I0.2），说明点火成功，首先熄灭点火变压器（Q0.3），2s 后风门挡板（Q0.4）指示灯熄灭，70s 内不报警则说明点火成功。点火控制程序如图4所示。

a 手动模式

b 自动模式

图4 点火控制程序

1.2 手动点火模式

将燃烧控制、风油控制均置于手动位置（燃烧手动I1.3、风油手动I1.0），首先进行预扫风，60s 内建立风压（风压开关I0.1），60s 后手动点火I1.1，打开手动点火油头I0.0，按下火焰模拟开关，70s 内不报警则点火成功。

故障修复 系统复位

预扫风60s

预点火10s 点火2s 点火成功正常燃烧

风压、 水位、 火焰 故障报警

系统起动 电源

PLC

1.3水位控制

将水位控制置于自动位，先后闭合高水位I0.4，低水位I0.5，则水泵指示灯亮，关闭低水位，指示灯不熄灭，直到到达高水位，水泵停止供水，达到危险水位I0.7，系统将熄火报警。水位控制如图5所示。

图5 水位自动控制图 6 系统复位功能程序

1.4蒸汽压力双位控制

运行中，蒸汽压力达到上限设定值（按下模拟开关，对应输入点为I0.3），系统将熄火停炉，并进行后扫风，可以实现自动停炉功能。该控制功能分布在程序的各个控制点，用于控制风机、油泵、点火变压器、风门挡板以及油头电磁阀。

当蒸汽压力下降到设定的下限值（弹起模拟开关，对应输入点为I0.3），系统重新进行点火，具体分析和锅炉的点火过程相同。

1.5系统复位功能

本系统设计了系统复位功能（对应的输入点为I1.2），当出现故障后，待所有故障检测完毕，按下复位按钮，方可重新起动锅炉。系统复位功能程序如图6所示

1.6运行中的模拟故障报警

运行中风机出现故障，导致无风压，系统熄火并报警，应检查故障；运行中弹起火焰开关，则系统将熄火并报警；危险水位报警，当水位低于危险水位时，系统将熄火并报警。在点火过程，以及锅炉运转过程中，当出现故障时，所有这些报警都会触发。