PLC控制的船用鍋爐水位控制系統的探究

付乾坤

摘 要：基于PLC的船舶鍋爐水位控制能夠增強鍋爐應用的安全性和穩定性，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控制系統內涵的基礎上，結合船用鍋爐的應用特點，就基于PLC的船舶鍋爐水位控制系統打造問題進行探究。

關鍵詞：PLC;船舶鍋爐;水位控制系統;打造

鍋爐是以內燃機為動力船舶的重要輔助機械設備，鍋爐產生的蒸汽一般被用來加熱燃油、驅動輔助機械和生活雜用。在人們對船舶應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。為此，文章立足于當前船舶鍋爐水位控制操作線路復雜、維護管理工作量大、可靠性弱的問題提出一種基于PLC技術的船用鍋爐水位控制系統，旨在接著這種可編程控制器系統來提升船用鍋爐水位控制成效。

一、PLC控制系統概述

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

二、船舶鍋爐的基本結構和工作原理分析

船舶鍋爐是由鍋爐本體和輔助設備共同組成，鍋爐本體一般包含爐膛、蒸發受熱面、蒸汽過濾器、空氣預熱器等。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，確保空間內的燃油能夠充分燃燒。蒸發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。空氣預熱器則是在煙氣的作用下來改造船舶鍋爐內部的燃料燃燒，從而在某種程度上達到節能的作用。

第一，水位控制。采用水位計來對水位進行測試，根據控制需要將不同水位的三個開光量信號接入到PLC中，經過PLC控制水泵電機，由此實現對水位的控制，確保船舶鍋爐的穩定運行。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下可以實現燃燒，在負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。燃燒控制系統是鍋爐蒸汽壓力自動控制系統，氣壓是燃燒系統的重要參數，在向鍋爐發出信號之后自動啟動油泵和風機，控制燃燒。

三、基于PLC控制的船舶鍋爐水位控制系統

（一）硬件設計

船舶鍋爐水位PLC電氣控制系統的電路包含系統的主電路和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，熔斷器的應用功能是有效保護船舶鍋爐主電路不發生短路破壞，斷路器的作用是保護船舶鍋爐水泵主電路不出現破壞并控制水泵總開關，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，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硬件設計的時候可以基于輸出、輸入點的數量來進行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、系統啟動和停止、變頻器準備、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。在選定硬件設備之后應用24V的開關電源來為整個操作系統提供持續性的電源。基于PLC控制的船舶鍋爐水位控制的硬件結構如圖一所示。

（二）軟件設計

1.主要功能軟件設計和實現

應用PCS7編程軟件來編寫連續功能圖，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送到給水調節閥門，調節閥門在接收到指令之后開始運作。蒸汽流量在經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定數值。

2.WinCC監控界面的打造

WinCC的特點是能夠將各個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的運行需要。從整個系統的運作來看系統本身設置了較多的項目窗口、菜單選項、可視化窗口等。結合系統運作要求在上位機軟件WinCC上設計出了汽包水位操控系統，并額外添加了能夠增強性能的廢氣鍋爐、熱水井等設備。

結束語

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

參考文獻

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（作者單位： 廈門海洋職業技術學院）