鍋爐燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)與改造

管成程

鍋爐燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)與改造

管成程

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東青島 266404）

為了提高鍋爐安全性，對(duì)現(xiàn)有鍋爐燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與改造。通過(guò)分析鍋爐燃燒時(shí)序系統(tǒng)流程及工況，使用PLC的順序功能圖（SFC）方法，首先列出輸入輸出點(diǎn)，然后一一對(duì)應(yīng)完成外部接線，最后利用置位復(fù)位式啟保停程序完成順序功能圖編寫。進(jìn)而對(duì)編寫的程序進(jìn)行仿真調(diào)試，結(jié)果無(wú)誤且可完成既定功能。利用此方法優(yōu)化了控制程序，改造后的控制設(shè)備可在船舶上進(jìn)行推廣使用。

可編程控制器（PLC） 鍋爐燃燒時(shí)序控制 設(shè)計(jì)與改造

0 引言

鍋爐作為船舶動(dòng)力裝置之一，是船上較早實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的設(shè)備。在蒸汽動(dòng)力裝置中，它產(chǎn)生的蒸汽可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)船舶主機(jī)；在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力裝置中，作為輔助鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可以加熱貨油；在柴油機(jī)貨船中鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可以加熱燃油、滑油，還可以為船員生活提供熱力[1]。如何成功點(diǎn)火和燃燒是使用鍋爐的前提，本文重點(diǎn)介紹利用西門子可編程控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)鍋爐的燃燒時(shí)序控制。

1 鍋爐燃燒時(shí)序系統(tǒng)流程及工況

鍋爐的自動(dòng)控制并非孤立存在，它和多方面有關(guān)聯(lián)，比如：水位的自動(dòng)控制、蒸汽壓力的自動(dòng)控制、鍋爐點(diǎn)火及燃燒的時(shí)序控制和自動(dòng)安全保護(hù)。

鍋爐燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)按照時(shí)間順序的先后，完成預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點(diǎn)火、點(diǎn)火、燃燒、以及停爐。

如圖1，啟動(dòng)鍋爐前先檢查是否滿足條件，條件滿足就按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入預(yù)掃風(fēng)階段，燃油泵開啟，但是燃油電磁閥關(guān)閉，讓油路進(jìn)入外循環(huán)；鼓風(fēng)機(jī)開啟，風(fēng)門擋板先不開啟，利用大風(fēng)進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，把爐腔內(nèi)殘存的油氣排出，防止在點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)“冷爆”。

圖1 輔助鍋爐燃燒時(shí)序控制框圖

預(yù)掃風(fēng)時(shí)間根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)不同持續(xù)時(shí)間不同，一般持續(xù)幾十秒時(shí)間。預(yù)掃風(fēng)結(jié)束后進(jìn)入預(yù)點(diǎn)火狀態(tài)[2]。在保持鼓風(fēng)機(jī)開啟狀態(tài)，接通風(fēng)門擋板的電磁閥，關(guān)小風(fēng)門，輸出少量風(fēng)；油泵和燃油電磁閥保持不變，接通點(diǎn)火變壓器，點(diǎn)火電極打火，進(jìn)行預(yù)點(diǎn)火，時(shí)間幾秒鐘。然后進(jìn)入正式點(diǎn)火，保持點(diǎn)火電極持續(xù)打出火花，保持小風(fēng)門，打開燃油電磁閥，開大回油閥，利用小風(fēng)量和少噴油進(jìn)行點(diǎn)火。點(diǎn)火成功后維持一段時(shí)間的底火燃燒，讓鍋爐的溫度緩慢上升，進(jìn)行預(yù)熱。然后進(jìn)入負(fù)荷控制燃燒，開大風(fēng)門和關(guān)小回油閥，提供大風(fēng)量和多油量，按照一定比例進(jìn)行充分燃燒。在點(diǎn)火和燃燒過(guò)程中，出現(xiàn)任何異常情況都要進(jìn)行保護(hù)，不管是點(diǎn)火失敗還是中間熄火，都要保持掃風(fēng)一段時(shí)間后，關(guān)斷各個(gè)輸出。

2 基于西門子S7-200的PLC設(shè)計(jì)

按以下步驟用順序功能法（SFC）進(jìn)行鍋爐燃燒時(shí)序的PLC程序設(shè)計(jì)。

2.1 列寫I/O分配表

根據(jù)鍋爐燃燒時(shí)序控制系統(tǒng)分析，共需要21路開關(guān)量輸入，14路開關(guān)量輸出，選用西門子CPU型號(hào)為226，它總共有24路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出，能夠滿足要求[3]。I/O分配如表1所示。

I/O分配表列寫過(guò)程中，需要注意:首先，輸入輸出點(diǎn)都是八進(jìn)制，所以到7以后再加1點(diǎn)需要進(jìn)位到10，不能出現(xiàn)I0.8、Q1.9等現(xiàn)象。其次，在設(shè)置過(guò)程中，因?yàn)轭A(yù)留幾個(gè)點(diǎn)，所以并沒有按照順序依次排列。最后，不管如何安排輸入輸出點(diǎn)，之后的外部接線和程序必須和初始的I/O相對(duì)應(yīng)。比如連接手動(dòng)點(diǎn)火按鈕的線必須連接輸入點(diǎn)I2.4，程序中的I2.4必須實(shí)現(xiàn)是手動(dòng)點(diǎn)火功能輸入點(diǎn)，否則控制系統(tǒng)就會(huì)混亂。

2.2 連接外部接線圖

外部接線主要分三部分，一是輸入點(diǎn)接線，二是輸出點(diǎn)接線，三是PLC電源供電。輸入輸出接線與I/O分配表一一對(duì)應(yīng)。另外因?yàn)槲鏖T子的輸入輸出端都要帶外置電源，所以輸入輸出設(shè)備公共點(diǎn)回com端時(shí)，連接相應(yīng)類型電源。PLC供電電源接AC220 V。

表1 鍋爐控制系統(tǒng)I/O分配表

圖2 鍋爐燃燒時(shí)序程序控制外部接線圖

圖3 鍋爐燃燒時(shí)序程序控制流程圖

2.3 順序功能圖SFC

使用順序功能圖編程，最主要的是畫好SFC，它既是設(shè)備工作狀況的體現(xiàn)，也是所要進(jìn)行的程序設(shè)計(jì)的依靠。SFC完成，所要設(shè)計(jì)的程序就基本完成了，剩下梯形圖的編寫主要就是起保停程序的重復(fù)使用。本控制系統(tǒng)的順序功能圖主要以單序列的結(jié)構(gòu)為主，在手動(dòng)和自動(dòng)方面使用選擇序列結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火成功和不成功也使用選擇序列。具體詳細(xì)流程如圖3所示。

2.4 程序編寫

程序編寫過(guò)程需要說(shuō)明的有：一、由于彈簧和鼓風(fēng)機(jī)的作用，風(fēng)門擋板在不得電的情況下是開大的，當(dāng)風(fēng)門擋板繼電器得電，風(fēng)門會(huì)關(guān)小。二、油泵開啟后，燃油電磁閥沒打開前，油路經(jīng)過(guò)外回路循環(huán)。燃油電磁閥打開后，噴油量的多少和回油閥的開啟大小有關(guān)，和燃油電磁閥沒有關(guān)系。因?yàn)槲覀兪褂玫娜加碗姶砰y是數(shù)字量開關(guān)，不是模擬量開關(guān)，它只負(fù)責(zé)開和關(guān)，與噴油的多少無(wú)關(guān)。三、程序的編寫過(guò)程中，可以考慮三種方式把SFC轉(zhuǎn)換成梯形圖：普通啟保停程序、置位復(fù)位和順控SCR、SCRT、SCRE。我們采用置位復(fù)位的起保停完成編寫。程序段之一如圖4。

圖4 鍋爐燃燒時(shí)序梯形圖

3 仿真與調(diào)試

程序調(diào)試使用兩種方式，一種利用上海機(jī)電宇龍仿真軟件，根據(jù)鍋爐所需外部連接設(shè)備，連接外部接線圖；傳入程序后，仿真顯示PLC各個(gè)輸出，按照控制要求相應(yīng)動(dòng)作。另外利用STEP 7 MicroWIN SP9，接好通訊，程序?qū)懭胛鏖T子226CPU，運(yùn)行正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析鍋爐燃燒時(shí)序系統(tǒng)流程及工況，使用PLC的順序功能圖（SFC）方法，完成編寫。程序無(wú)編譯和運(yùn)行錯(cuò)誤，并順利完成既定功能。利用此方法優(yōu)化了控制程序，原控制設(shè)備按照此方案改造后，更加安全可靠，而且也大大提高了設(shè)備的使用率，也可以作為新產(chǎn)品在船舶上進(jìn)行推廣使用。

[1] 曾新紅. 船舶輔助鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] .機(jī)電設(shè)備， 2006, (06) : 4-7.

[2] 包恒亮. 基于PLC及變頻技術(shù)的油船輔鍋爐自動(dòng)控制裝置的研究[D]. 大連: 大連海事大學(xué), 2016.

[3] 唐永耀. 鍋爐控制及PLC應(yīng)用[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2006.

Design and Improvement of PLC for Time Sequence Control System of Boiler Combustion

Guan Chengcheng

（Qingdao Harbour Vocational and Technical College, Qingdao 266404, Shandong, China）

G712

A

1003-4862（2019）08-0040-04

2019-01-15

項(xiàng)目來(lái)源青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018年校級(jí)精品資源共享課程立項(xiàng)建設(shè)，課程名稱：《輪機(jī)自動(dòng)化》

管成程（1978-），男，副教授。研究方向：電氣工程技術(shù)專業(yè)，電機(jī)電氣控制。E-mail: 839138437@qq.com