基于PLC的船用辅锅炉燃烧控制系统设计(2)

PLC的发展趋势 随着计算机网络的发展，可编程序控制器作为自动化控制

网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来

越大的作用。PLC在以下几个方面会有很大突破：向高速、打容量方向发展；向

超大型、超小型方向发展；智能模块应运而生，联网通信能力不断加强；故障的

检测和处理能力不断增强；编程语言丰富多样。

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3 锅炉概述

3.1 锅炉的定义

在我们日常生活中有很多可以把化学能、风能、太阳能等能源转变为动力或

其他能源的装备，比如燃油发点机、太阳能电池、风车等。其中有一种设备可以

把化学能转变为热能，它就是锅炉。锅炉是一种承受一定工作压力地能量转换设

备。其任务就是有效地把燃料中的化学能转换为热能，从而产生出一定数量和质

量(温度和压力)的蒸汽。

3.2 锅炉的重要性

锅炉在日常生活和生产中，主要提供热量和动力。锅炉是供热系统中热源产

生的主要设备；锅炉是化工、石化、冶金、轻纺、造纸等工矿企业主要动力及供

热设备；锅炉是能源工业发展的主要组成部分——火力发电站三大主机之一；锅

炉设备在节能、环保等科技改造及研究方面具有重要地位。

3.3 锅炉的分类

锅炉的分类有很多种，例如按用途、使用燃料、载热工质、受热面管内流

动工质、燃烧室内压力、锅炉容量、出口介质等很多种类，我们在这里只介绍其

中几种。

按用途可分为：电站锅炉、工业锅炉、动力锅炉。

按使用燃料可分为：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废气锅炉、太阳能

锅炉和其它燃料（木材、垃圾等）锅炉。

按载热工质可分为：蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体（导热油）锅炉。

按受热面管内流动工质可分为：水管锅炉、火管锅炉、水火管锅炉。

3.4 锅炉的基本构造及工作过程

3.4.1 锅炉的基本构造

构成锅炉的基本组成部分称为锅炉本体，是由汽锅、炉子及安全附件组成；

其它的部件包括锅炉金属钢架及平台楼梯等。

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其中汽锅是锅炉本体中汽水系统，高温燃烧产物烟气通过受热面将热量传递

给汽锅内温度较低的水，水被加热，沸腾汽化，生成蒸汽。

炉子是锅炉本体中燃烧设备，燃烧将燃料的化学能转化为热能。

安全附件包括水位计、压力表、安全阀。

3.4.2 锅炉的工作过程

锅炉的工作过程基本可以概括为三个阶段：燃料的燃烧过程、烟气向水(汽

等工质)的传热过程、工质(水)的加热和汽化过程——蒸汽的生产过程。

燃烧过程：燃料在炉内（燃烧室内）燃烧生成高温烟气，并排出灰渣的过程。

由于根据燃料的不同，燃烧过程也不同，我们这里主要讨论船用辅锅炉的燃

烧过程。燃油加热后通过管道输送到燃烧器雾化和空气充分混合，混合物喷入炉

内燃烧，产生高温烟气，热量传导给受热面内流动工质，燃烧后烟气排出。

烟气向水(汽等工质)的传热过程：高温烟气通过热对流把热量传导给水冷

壁，经过水冷壁的高温烟气再通过过热器（凝渣管），然后依次是对流管束、尾

部受热面、除尘器、引风机、烟囱。

工质(水)的加热和汽化过程——蒸汽的生产过程：这个过程很三部分，给水

过程，水通过省煤器到汽锅里；水循环过程，水通过汽锅到下降管和下集箱 水冷壁，最后一个过程是汽水分离。

锅炉的种类繁多，根据各种生产和生活的需求，它的功能、构造及工作过程

也是不尽相同，这里我们重点研究船用辅助锅炉。

4 船用辅锅炉的燃烧控制系统

随着世界造船业发展，船舶将向船舶大型化、自动化，大多数船舶都以柴油

机为主动力，为了保证船用燃油加热分离、生活用水、主机备车时缸套水温升温、滑油加热、以及驱动一些小型辅机，在船舶上还设有辅助锅炉。随着船舶向全自

动、无人机舱方向的发展，现在船用辅助锅炉大多数都采用PLC控制方案，实现

自动控制运行。

4.1 PLC系统在锅炉燃烧控制系统中的控制要求

在船舶的内燃机动力装置中使用的锅炉我们称为辅锅炉，船舶辅锅炉的控制

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系统包括锅炉水位的自动控制、锅炉点火及燃烧时的时序控制、蒸汽压力的自动控制和自动安全保护控制等，在下面的章节中我将主要研究船舶辅锅炉的点火及燃烧自动控制系统。

自动控制的设计总要求是：锅炉的水位是采用电极式双位控制；火焰监视器采用光电池；锅炉气压在低负荷时采用双位控制，正常负荷时采用压力比例调节器及电动比例操作器的比例控制；危险水位、低风压、超压保护等安全保护装置；自动控制系统失灵的时候系统可转换到手动操作。

在锅炉启动之前，工作人员要对锅炉做好准备工作：首先要先合上电源的总开关，观察锅炉的水位是否正常，如果不正常，调整好水位，否则不能启动锅炉；让燃油的压力、温度自动控制系统投入正常工作；把“自动—手动”转换开关打到“自动”档位等。等做好这些工作之后，就可以启动锅炉了，按下启动按钮，燃烧时序控制系统投入工作，其主要功能为：预扫风、点火、负荷控制和安全保护。

4.2 PLC选型及输入/输出端口的设计

4.2.1 PLC的选型

PLC的种类很多，综合考虑，我们选择FX2N PLC，其具有以下优点：

FX2N配置灵活，除了主机单元之外，还可以扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块以及其他特殊功能模块。我们这个系统需要I/O 40点（输出16点，输入24点），而主机选用小型化基本单元FX2N—40MR。

FX2N指令功能非常丰富，有各种操作指令性107条，而且其指令执行速度快。

FX2N PLC可使用内部辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、寄存器D、计数器C的功能和数量满足了系统控制的要求和需要。

FX2N PLC的编程，可以用编程器，也可以在PC机上用其他的编程软件包进行编程，编程语言可使用梯形图或者指令表，还可以用PC机对系统实时进行监控。

4.2.2 输入/输出点的设计

船用辅锅炉PLC控制系统的输入/输出点的设计如表1所示。

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表1 输入/输出点的设计

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X022 水泵转换旋钮—停止 水泵转换旋钮—自动 水泵转换旋钮—手动 停炉开关 启动按钮 燃烧按钮—停止 燃烧按钮—自动 燃烧按钮—手动 风压保护 超压保护 危险低水位 高水位 低水位 水泵热保护 风机热保护 油泵热保护 风机转换按钮—停止 风机转换按钮—自动 风机转换按钮—手动 X023 X024 X025 X026 X027 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 油泵转换按钮—停止 油泵转换按钮—自动 油泵转换按钮—手动 手动点火按钮 光电池控制触点 水泵 风机 油泵 点火变压器 回油及风量调节 压力比例调节器 燃油电磁阀 熄火保护手动复位 水泵运行指示灯 风机运行指示灯 油泵运行指示灯 熄灯指示灯 危险低水位指示灯 报警器

4.3 PLC控制燃烧系统梯形图

锅炉的燃烧时序控制是指给锅炉一个启动信号后，能按时序的先后来自动进行预扫风、预扫风、喷油点火，点火成功之后对锅炉进行预热，然后转入正常燃烧的负荷控制阶段。 …… 此处隐藏：2344字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……