王瑞云

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基于PLC控制的船用鍋爐水位控制系統(tǒng)的分析

王瑞云

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧省葫蘆島 125005)

為保證船用鍋爐在正常水位下工作，保證鍋爐的給水量與蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化，對鍋爐采取雙水位自動控制，控制給水泵的啟、停和給水閥的開度，使鍋爐水位在水泵啟停水位之間變化。并且當(dāng)水位到達(dá)高水位和低水位以及過低水位時，通過PLC控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報警指示，甚至停爐檢修。

船用鍋爐 水位控制 PLC

0 引言

船用鍋爐水位自動控制系統(tǒng)的目的是保證鍋爐在正常水位下工作，控制給水泵的啟、停和給水閥的開度，從而控制給水量，使鍋爐的給水量與蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。在蒸發(fā)量較小，蒸汽壓力較低的鍋爐中，大多數(shù)采取雙水位控制，即當(dāng)鍋爐水位達(dá)到水位下限時，自動啟動給水泵，向鍋爐供水。當(dāng)水位達(dá)到上限時，自動停止給水泵的工作，鍋爐工作水位在一定范圍內(nèi)波動。在大型油輪中，鍋爐的蒸發(fā)量一般很大，蒸汽量較高，要求水位穩(wěn)定在某一定值上，所以控制給水一般通過改變調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)，即根據(jù)水位偏差信號來控制給水調(diào)節(jié)閥的開度，從而使給水量適應(yīng)蒸發(fā)量。

1 船用鍋爐水位自動控制系統(tǒng)

1.1 水位控制器

水位控制器是鍋爐水位控制中心元件，水位控制器A10選用五點式控制器，對應(yīng)5個水位，是鍋爐水位控制中心元件，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，控制器與鍋爐爐體相同，形成一連通器，控制器檢測到的水位反應(yīng)爐體內(nèi)水位。具體接線如圖3所示，輸入端E1、E2、E3、E4，分別接受鍋爐高水位、低水位、水泵啟動/停止的電平信號，同時水位控制器根據(jù)所輸入的信號做出判斷，將與之對應(yīng)的繼電器接通來實現(xiàn)鍋爐水位的自動控制。圖1(b)圖為A4、A5低低水位報警控制器的結(jié)構(gòu)圖。

1.2 水位自動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)

在圖3中，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA為控制地點選擇開關(guān)，當(dāng)SA選擇就地控制時，SA的觸點13-14閉合，21-22斷開，按下SB1或SB2，啟動1#水泵或2#水泵，并且相應(yīng)的運(yùn)行指示燈亮；當(dāng)SA選擇遙控時，SA的觸點13-14斷開，21-22閉合，為水泵遙控電路提供通路。

轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3為控制方式選擇開關(guān)，如選擇手動控制時，SA3的觸點1-2、7-8閉合，水泵啟動和停止由操作人員通過改變SA3的手柄位置來控制；如選擇自動控制時，SA3的觸點5-6、11-12閉合，水泵啟動和停止由水泵啟停繼電器KA33的觸點的閉合與斷開來控制。

轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4為水泵選擇控制開關(guān)，1#和2#水泵互為備用，如選擇1#水泵為主用供水泵，2#水泵為備用水泵時，SA4的觸點1-2、5-6閉合；如選擇2#水泵為主用供水泵，1#水泵為備用水泵時，SA4的觸點3-4、7-8閉合。

1.3 船用鍋爐水泵控制電路的主電路

圖2為鍋爐電力拖動系統(tǒng)主電路的接線圖，合上電源總開關(guān)QS，再合上1#、2#水泵控制開關(guān)QF3和QF4，當(dāng)接觸器KM3得電時，1#水泵啟動；當(dāng)接觸器KM4得電時，2#水泵啟動。電路中還有熱繼電器K3和K4對水泵起過載保護(hù)用。

1.4 船用鍋爐水泵控制電路

SA選擇遙控，SA的觸點21-22閉合；SA3選擇自動控制時，SA3的觸點5-6閉合；SA4選擇1#水泵為主用供水泵，2#水泵為備用水泵，SA4的觸點1-2、5-6閉合。

（1）當(dāng)鍋爐處于低水位時，則低水位繼電器KA26得電，KA26的常開觸點閉合，備用給水泵控制繼電器KA30得電，KA30的常開觸點閉合，接通備用給水泵2#水泵電路，啟動備用泵2#水泵供水。同時KA26的另一常開觸點閉合，并將信號接至PLC控制器輸入端，輸出低水位燈光（HL13）報警。

（2）當(dāng)鍋爐水位上升到水泵停止水位時，水泵啟停繼電器KA33失電，KA33的常開觸點斷開，切斷給水泵電路，水泵停止供水。

（3）當(dāng)水位上升到水泵停止位時，由于某種故障原因（如KA33的觸點發(fā)生熔焊，不能及時分?jǐn)啵?，水泵繼續(xù)供水，當(dāng)水位上升到高水位時，則高水位繼電器KA22得電，KA22的常閉觸點斷開，切斷給水泵電路，水泵停止供水。同時KA22的另一常開觸點閉合，并將信號接至PLC控制器輸入端，輸出高水位燈光（HL12）報警。

（4）當(dāng)鍋爐水位下降到水泵啟動水位時，水泵啟停繼電器KA33得電，KA33的常開觸點閉合，接通1#給水泵電路，水泵啟動供水。

（5）當(dāng)水位下降到水泵啟動位時，由于某種故障原因（如KA33的觸點不能及時閉合），水泵沒啟動，當(dāng)水位下降到低水位時，則重復(fù)（1）的過程。

（6）過低水位報警電路：鍋爐水位自動控制系統(tǒng)有兩個過低水位控制器A4和A5，過低水位控制器根據(jù)水位檢測傳感器輸出信號來控制過低水位繼電器KA23、KA24的導(dǎo)通還是斷開。當(dāng)兩個水位檢測傳感器同時發(fā)出過低水位信號時，則KA23、KA24同時導(dǎo)通，過低水位延時繼電器KT5的常閉觸點延時閉合，過低水位繼電器KA25得電，KA25有三個觸點動作：KA25的常閉觸點斷開，切斷風(fēng)機(jī)及燃油閥電路，使鍋爐停爐；KA25的常開觸點閉合，并輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈亮，發(fā)出過低水位燈光（HL30）報警信號；KA25的第三個觸點7-11閉合，過低水位指示燈HL31（在報警板處）得電，指示燈亮，發(fā)出過低水位燈光報警。

（7）鍋爐給水壓力低報警

如圖3所示，當(dāng)鍋爐工作時，給水壓力低時間繼電器KT7得電，KT7的觸點延時閉合（確認(rèn)確實是水壓低），則給水壓力低繼電器KA31得電，KA31的常開觸點閉合，備用給水泵控制繼電器KA30得電，KA30的常開觸點閉合，接通備用給水泵2#水泵電路，啟動備用泵2#水泵供水。同時KA31的另一常開觸點閉合，并將信號接至PLC控制器輸入端，輸出低水位燈光（HL14）報警。

（8）鍋爐水鹽度高報警

如圖4所示，鍋爐水鹽度由鹽度計A7來檢測水中鹽物質(zhì)濃度，當(dāng)水鹽度高時，A7輸出高電位，使鹽度高繼電器KA4得電，KA4的常開觸點閉合，并將信號輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈（HL32）亮，發(fā)出鹽度高燈光報警。

（9）鍋爐水油分高報警

鍋爐油分由油分計A16來檢測水中油份濃度，當(dāng)水油分高時，A16輸出高電位，使油分高繼電器KA32得電，KA32的常開觸點閉合，并將信號輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端指示燈（HL33）亮，發(fā)出油分高燈光報警。

圖4 鍋爐水質(zhì)監(jiān)測電路的接線圖

（10）鍋爐水加藥泵控制

鍋爐水需要加藥鍋時，可開啟加藥泵。鍋爐水加藥泵的運(yùn)行有手動和自動兩種控制方式：若選擇手動控制，將鍋爐水加藥控制轉(zhuǎn)換開關(guān)SA6轉(zhuǎn)換到手動控制位置，SA6的觸點1-2閉合，加藥泵啟動向水中加藥；若選擇自動控制，將鍋爐水加藥控制轉(zhuǎn)換開關(guān)SA6轉(zhuǎn)換到自動控制位置，SA6的觸點5-6閉合，并且啟動1#或2#給水泵，水泵啟動接觸器KM3或KM4的常開觸點閉合，加藥泵啟動向水中加藥。同時，不論手動控制還是自動控制方式，加藥泵啟動運(yùn)行的同時，加藥泵繼電器KA36得電，KA36的常開觸點閉合，并將信號輸送至PLC控制器輸入端，PLC控制器輸出端加藥泵運(yùn)行指示燈（HL34）亮，發(fā)出加藥泵運(yùn)行燈光指示。

若需停止加藥泵，將SA6扳至停止位置，加藥泵失電停止運(yùn)行，繼電器KA36失電，KA36的常開觸點斷開，加藥泵運(yùn)行指示燈不亮。

3 船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的硬件配置

船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的硬件配置是根據(jù)控制要求考慮PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計，硬件設(shè)計的主要內(nèi)容是分析系統(tǒng)所需的輸入輸出信息，確定PLC輸入輸出接點的類型、數(shù)量和PLC的配置，繪出系統(tǒng)的PLC輸入輸出接點的配置圖?？紤]到船用鍋爐自動點火控制、船用鍋爐負(fù)荷控制、船用鍋爐水位控制等控制，船用鍋爐的PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出接點龐大，而為了滿足水位控制要求的PLC硬件配置，若采用西門子系列PLC，系統(tǒng)輸入/輸出接點配置如圖5所示。

根據(jù)輸入輸出接點配置的設(shè)定，按控制要求及其所確定的邏輯條件，畫出梯形圖，編寫PLC程序，便可完成船用鍋爐水位的PLC控制。

圖5 船用鍋爐PLC水位控制系統(tǒng)的的I／O接點配置圖

4 結(jié)論

可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。船用鍋爐水位的控制采用PLC的控制系統(tǒng)克服了繼電器-接觸器控制可靠性、直觀性、自動化程度不高的特點，結(jié)合觸摸屏智能操作及顯示技術(shù)，造就了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾強(qiáng)、功能強(qiáng)大、精確度高等優(yōu)點。

它不但具有與外部工業(yè)設(shè)備連接的輸入/輸出（I/O）接口電路，而且具有編程直觀簡單，易學(xué)易懂的優(yōu)點，其輸入模塊可以直接接收現(xiàn)場設(shè)備的各種傳感器信號，輸出模塊可以直接驅(qū)動2～5 A的受控設(shè)備, 產(chǎn)品系列化、結(jié)構(gòu)模塊化的可編程控制器給控制系統(tǒng)的配置和備件管理帶來了極大的方便，這一點尤其適用于船舶機(jī)械設(shè)備的控制。

對于機(jī)艙溫度高、濕度大、機(jī)械振動強(qiáng)的特殊工作環(huán)境，采用可編程控制器實現(xiàn)的鍋爐水位的自動控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和集中報警控制管理。

[1] 劉明偉. 船舶電力拖動. 北京: 人民交通出版社, 2010.

[2] 任志錦. 電機(jī)與電氣控制. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

[3] 費千.船舶輔機(jī). 大連: 大連海事大學(xué)出版社, 2009.

[4] 鄧志良, 劉維亭. 電氣控制技術(shù)與PLC. 南京: 東南大學(xué)出版社, 2002年.

Analysis of Water Level Control for Marine Boiler Based on PLC

Wang Ruiyun

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao125005, Liaoning, China)

U664.111 TP273.4

A

1003-4862（2013）04-0040-04

2012-09-17

王瑞云(1972年-)，女，工程碩士，副教授。研究方向：船舶電氣。