PLC控制的船用鍋爐水位控制系統(tǒng)的探究

付乾坤

摘 要：基于PLC的船舶鍋爐水位控制能夠增強(qiáng)鍋爐應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性，減少船舶鍋爐運(yùn)行故障，提升船舶運(yùn)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(diǎn)，就基于PLC的船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)打造問題進(jìn)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(jī)為動(dòng)力船舶的重要輔助機(jī)械設(shè)備，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽一般被用來加熱燃油、驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械和生活雜用。在人們對(duì)船舶應(yīng)用要求的不斷提升下船舶的自動(dòng)化管控被提上日程，而鍋爐的自動(dòng)化控制則是船舶自動(dòng)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(hù)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(jiǎn)稱，在具體操作的時(shí)候借助存儲(chǔ)器內(nèi)部的邏輯運(yùn)算、順序調(diào)控和時(shí)令把控等能夠控制機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)、加工和運(yùn)行。在具體操作的時(shí)候整個(gè)控制系統(tǒng)會(huì)按照一定的順序進(jìn)行掃描和循環(huán)往復(fù)工作，在完成一個(gè)周期的指令掃描并在沒有發(fā)生指令跳轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)從第一個(gè)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?yàn)檎麄€(gè)鍋爐運(yùn)行提供燃油支持，確保空間內(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(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的動(dòng)力機(jī)械，從而在鍋爐運(yùn)行的過程中減少熱量的損失。空氣預(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(dá)到節(jié)能的作用。

第一，水位控制。采用水位計(jì)來對(duì)水位進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)控制需要將不同水位的三個(gè)開光量信號(hào)接入到PLC中，經(jīng)過PLC控制水泵電機(jī)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制，確保船舶鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。第二，蒸汽壓力控制。蒸汽壓力通過壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)控制。在水位正常的時(shí)候蒸汽壓力在0.4MPa到0.6MPa下可以實(shí)現(xiàn)燃燒，在負(fù)荷減少的時(shí)候蒸汽壓力會(huì)上升，在上升到0.46MPa 的時(shí)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(dòng)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(hào)之后自動(dòng)啟動(dòng)油泵和風(fēng)機(jī)，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(jì)

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(gè)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(hù)船舶鍋爐主電路不發(fā)生短路破壞，斷路器的作用是保護(hù)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(duì)主要電路實(shí)施過載保護(hù)，接觸器主要是控制水泵之間的變頻系統(tǒng)，一個(gè)接觸器控制電機(jī)抽水，一個(gè)用來控制變頻器的電源。

在進(jìn)行基于PLC控制的船舶鍋爐水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候可以基于輸出、輸入點(diǎn)的數(shù)量來進(jìn)行PLC的選型，具體包含九個(gè)輸入點(diǎn)和九個(gè)輸出點(diǎn)。輸入點(diǎn)包含消音、水位上下限、系統(tǒng)啟動(dòng)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(diǎn)則是包含指示燈、蜂鳴器、一號(hào)和二號(hào)水泵的變頻、工頻輸出、報(bào)警排水等。

在綜合考慮多個(gè)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(gè)控制器包含26個(gè)操作點(diǎn)。在選定硬件設(shè)備之后應(yīng)用24V的開關(guān)電源來為整個(gè)操作系統(tǒng)提供持續(xù)性的電源。基于PLC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(jì)

1.主要功能軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用PCS7編程軟件來編寫連續(xù)功能圖，在對(duì)這個(gè)編程圖簡(jiǎn)化之后得到三沖量水位控制副回路功能框架圖。在整個(gè)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(hào)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(yùn)作。蒸汽流量在經(jīng)過乘法器處理之后得到反饋信號(hào)，這些反饋信號(hào)會(huì)和水位控制器的輸出信號(hào)共同輸入到加法器中，經(jīng)過加法器的處理來將這些信號(hào)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(diǎn)是能夠?qū)⒏鱾€(gè)軟件和用戶程序組合在一起，在多個(gè)程序的打造作用下來形成友好的人機(jī)界面模式，從而更好地滿足整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行需要。從整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作來看系統(tǒng)本身設(shè)置了較多的項(xiàng)目窗口、菜單選項(xiàng)、可視化窗口等。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)作要求在上位機(jī)軟件WinCC上設(shè)計(jì)出了汽包水位操控系統(tǒng)，并額外添加了能夠增強(qiáng)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(yùn)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作成效，增強(qiáng)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(jì)點(diǎn)，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(diǎn)，從而提升船舶鍋爐運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，基于PLC的船舶控制系統(tǒng)還具備編程簡(jiǎn)單、方便你操作的特點(diǎn)，面臨機(jī)艙溫度高、濕度大的問題借助PLC能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐水位的自動(dòng)化控制。

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（作者單位： 廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院）