基于PLC控制的船舶蒸汽锅炉系统设计外文翻译资料

 2022-11-03 05:11

1.In the ship power plant. The internal combustion engine, and the boiler is an important auxiliary equipment of the ship, mainly produce steam for heating fuel, engine warming cylinder, driving auxiliary machinery and miscellaneous life. The automation of marine engine room requirements more and more high, automatic control of boiler is essential in the realization of the unmanned cabin. But our ship (in particular, the ocean fishing) although some degree of automation control, but the control system basically is the use of a relay contactor system, system circuit complexity, poor reliability, maintenance workload. For the transformation of the ship crew equipment, improve labor intensity, improve production efficiency, to achieve the automatic control of boiler program controller that can make a simple circuit, high reliability, convenient maintenance and easy debugging. The economic performance of PLC control system is higher than that of the Touch relay control system.

Marine boiler automatic control generally has the following aspects: automatic control of steam pressure, combustion automatic control program, automatic control of boiler water level, protect and alarm system automatic start, shutdown and fault event processing, in accordance with the requirements of the user program is programmed in PLC, realize: water supply, scavenging, ignition, automatic play stop control, combustion process. The boiler automatically prompts the regular timing maintenance and maintenance of the system of automatic locking is not extended. For the purpose of burning PLC in the system stop operation, automatic start and stop the motor for fan and the opening and closing door to complete the scavenging process according to the control requirements, and according to the combustion condition, the size of opening and closing control damper. In addition, the fan motor fault, furnace pressure gauge interlock, combustion occurs fault interlock control and alarm processing, alarm and interlock control processing by the PLC user Cheng Xushi.

Programmable logic controller ( PLC ) is an industrial control device developed with the progress of science and technology and the transformation of modern society production mode, to adapt to the needs of multiple varieties and small batch production. With the progress of microelectronics technology, the function of PLC is increasing. In order to adapt to the development of information technology and the need of factory automation, various function modules of PLC are also constantly developed. At the same time, the special function module, which is adapted to process control and motion control, is developed, and the network and communication functions are also improved rapidly. Plc can not only connect the traditional programming and universal vt / output device, but also can construct the network system by bus, its application involves all the fields of industrial automation.

2.1 water level control
The water level is detected by the water level meter, and 3 water is controlled according to the control requirement 3 switch signals (lower water level, lower limit water level, upper limit water level). Access PLC through PLC control of pump motor, suitable for the implementation of water control. Interlock system, low water level interlock, alarm when dealing with the fault of water supply pump motor. Control, so that the system is fully automatic and smooth operation

2.2 steam pressure control
The steam pressure is measured by the pressure sensor, Such as steam pressure at 0 4-0. 46Mpa boiler combustion; when the load is reduced. When the steam pressure rises to 0.46Mpa, the boiler stops burning. When the steam pressure rises to 0.49Mpa, the power supply is cut off and the alarm is sent. When the steam pressure drops below 0.4Mpa, the boiler fires again. The pressure sensor is used to measure the current steam pressure, Two signal access PLC switch input, or the use of pressure sensor. Through the transmitter, the signal is connected to the PLC, and the analog input is realized. Two stage combustion (large and small fire) control and pressure cap protection and real-time monitoring
2.3 automatic combustion control
Automatic combustion control system of the automatic control of steam pressure of the steam pressure. The utility model relates to a controlled parameter of automatic combustion control
The dynamic start pump and fan, and the throttle to maximum instead of the furnace for Oil, with a large amount of compressed air blow, that is, 'to sweep the wind' to prevent. Cold burst 'ignition'. Pre scavenging after the end of the automatic door close to the most, Small position, open ignition fuel injection solenoid valve, spray a small amount of fuel Ignition transformer ignition. Ignition is successful, automatically disconnect the ignition transformer. The electromagnetic valve of the fuel oil is normally opened, and enters the normal combustion. 2.4 automatic protection and alarm
In accordance with the requirements of the PLC in the preparation of the water level protection
Protection, ignition failure alarm, fire alarm and so on.

3 system design
3.1 PLC selection and}IO distribution
According to the above control requirements, marine auxiliary boiler control system using FX2
N-32MRPLC, which is a product of the Mitsubishi Co, operates. Fast speed, strong function, the number of points provided for 16/16, in addition to the actual use of I/O. In addition, there is enough margin for the system to expand4AD and FX2N a 4DA. provides 4 inputs and outputs
Block using F X A W C. -232.

3.2In order to save energy, the boiler control system of water supply, combustion control part
The inverter can be used, then the entire boiler control level (such as temperature, pressure)
The control precision of water level can be greatly improved, and the energy saving. The benefits a

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1在内燃机动力装置的船舶上,锅炉是船舶的重要辅机设备,主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。当前船舶机舱自动化的要求越来越高,锅炉的自动控制在实现无人机舱中是必不可少的。但是目前我国船舶(特别在远洋渔船)上,虽有一定程度的自动化控制,但控制系统基本上是采用接触器一继电器系统,系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改造船舶设备,改善船员劳动强度,提高生产效率,采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制,可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比高于接触器一继电器控制系统。

船用锅炉自动控制一般具有以下几个方面:自动控制蒸汽压力、燃烧自动控制程序、锅炉水位自动控制、保护和报警系统自动启动、关闭和故障事件处理,根据用户程序的要求,在PLC中实现:供水、清除、点火、自动播放停止控制、燃烧过程。锅炉自动提示自动锁定系统的定时维护和维护不扩展。为了在系统停止运行中燃烧PLC的目的,根据控制要求,自动启动和停止风机和打开和关闭门,以完成清除过程,根据燃烧情况,打开和关闭控制挡板的大小。此外,风机电机故障、炉膛压力表联锁、燃烧发生故障联锁控制和报警处理、报警及联锁控制处理由PLC用户程进行。

可编程序控制器(Prograrumable Logic Controller,简称PLC),是随着科学技术的进步与现代社会生产方式的转变,为适应多品种、小批量生产的需要而产生、发展起来的一种工业控制装置。随着微电子技术的进步,PLC的功能日益增强。为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要,PLC的各种功能模块也在不断开发。在继续提高CPU运算速度、位数的同时,开发了适应于过程控制、运动控制的特殊功能模,网络与通信功能也得到迅速提高。PLC不仅可以连接传统的编程与通用输人/输出设备,还可以通过总线构成网络系统,其应用范围涉及工业自动化的全部领域。

2.1水位控制

采用水位计对水位进行检测,根据控制需要将3个水位(下限水位、下下限水位、上限水位)的3个开关量信号接人PLC,经PLC控制水泵电机,实现合适给水量的控制、低水位联锁、报警处理给水水泵电机故障时的联锁控制等,使系统全自动平稳地运行。

2.2蒸汽压力控制

蒸汽压力通过压力传感器测量实现。水位正常时,如蒸汽压力在0. 4-0. 46Mpa时锅炉正常燃烧;当负荷减少时,蒸汽压力上升到0 . 46Mpa时锅炉停止燃烧;如故障蒸汽压力仍上升至0.49Mpa时,切断电源并发出报警;当蒸汽压力下降到0.4Mpa以下时锅炉重新点火燃烧。采用压力传感器测量当前蒸汽压力,通过压力开关,信号接人PLC的两点开关量输入,或者用压力传感器测量通过变送器将信号接入PLC的一路模拟量输人,实现两级燃烧〔大、小火)控制和压力上限保护及实时监视。

2.3燃烧程序自动控制

燃烧系统的自动控制就是蒸汽压力的自动控制。汽压是燃烧自动控制的被控参数。对锅炉发出起动信号后,自动起动油泵和风机,并把风门调到最大而不向炉膛内供油,用压缩空气大风量吹扫,即“予扫风”,以防止点火时发生“冷爆”。预扫气结束后自动把风门关到最小位置,打开点火喷油电磁阀,喷入少量燃油;同时接通点火变压器进行点火。点火成功后,自动断开点火变压器,燃油电磁阀正常打开,进人正常燃烧。

24自动保护和报警

按照要求在PLC编制中实现过水位保护、高水位保护、点火失败报警、燃烧熄火报警等。

3系统设计

3.1 PLC选型及I/O分配

根据以上控制要求,船用辅锅炉控制系统采用FX2N-32MRPLC,它是日本三菱公司的产品,具有运行速度快,功能强,提供的I/O点数为16/16,除实际使用外,有足够的余量供系统以后扩展。模拟块采用FX2N一4AD和FX2N一4DA。提供4路输人和输出。通信模块采用F X -232 A W C。

为了节能,锅炉控制系统中的给水、燃烧控制部分能采用变频器,那么整个锅炉的控制水平(如温度、压力、水位的控制精度)将可得到较大的提高,并且其节能效益是十分明显的,这点在很多的锅炉系统,特别是较大容量的锅炉控制系统中己得到证实,其明显的节能效益使得由于使用变频器带来的控制系统成本提高在短期内就可得到回收,所以我们设计的控制器在这方面作了改进,以适应不同的要求。

按照船舶锅炉操作规程,每次开炉点火前先打到自动控制位置。检测水位是否正常,正常则检测油温和油压是否正常,正常则进人点火程序。锅炉点火燃烧后,当蒸汽压力达到正常供汽时(0.46MPa)。供水系统通过PLC首先判断水位是否在上限与下限范围内,若在此范围内则水泵进人恒压供水状态,并不断检测锅炉水位。当水位到达上限时,水泵停止,并继续检测水位;如水位高于上上限时,输出报警,请求排水,如到水位低于上限时,重新起动另一台水泵进行供水,以使水泵交替使用。如运行中检测到水位低于水位下限时,则两只水泵同时运行;当水位升至高于下限时,关闭一台水泵,加另一台水泵继续在工频状态下供水。如水泵工频运行水位仍继续下降并低于水位下下限时,PLC报警并控制锅炉停鼓风压火,直至高于水位下下限时,才解除鼓风停机恢复正常工作,从而完成供水联锁控制。若上述供水系统切换到手动方式,也必须由PLC进行联锁控制,以保证供水正常,锅炉安全运行。

3.2PLC控制的实践试验

由于船用辅锅炉燃烧控制中变量较多,所以控制电器用量较大,为探索研究新技术应用,所以采用了可编程序控制器实现。考虑增大输出功率,故用小型中间继电器作为输出形式,以储备功率和隔离中小功率设备间的电联系。

在实践中,PLC输入回路设置了人工与自动控制方式的选择,在人工操作时,各种功率元件的起动、停止及锅炉燃烧按钮仍然存在着。也保留设备安全运行报警等各环节。在自动选择时,设有各种压力和水位控制的各检测输人量。为调整方便,附有各人工模拟开关量输人,以备设备自检的需要。在船舶实际运行工况中,有主机排气的废气等设备的附加受热面,所以设有废气开启阀控件作为联接需要。

1. CPU模块

CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。在PLC控制系统中:CPU模块相当于人的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷静系统的输出;存储器用来储存程序和数据。57-300将CPU模块简称为CPU。

2.信号模块

输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块,开关量输入、辑出模块简称为DI模块和DO模块,模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AC模块,他们统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚,是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号,开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等传来的数字信号;模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电动机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。 开光量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备,模拟量输出模块用来控制电动机调节阀、变频器等执行器。

CPU模块内部的工作电压一般是DC SV,而PLC的输入/输出信号电压一般较高,例如DC 24V或AC 2:?OV。从外部引入的尖刻电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件,或使PLC不能正常工作。在信号模块中,用光祸合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外,还有电平转换与隔离的作用。

3.功能模块

为了增强PLC的功能,扩大其应用领域,减轻CPU的负担,PLC厂家为了

开发各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储器量要求很高

的控制任务。

4.接口模块

CPU模块所在的机架成为中央机架,如果一个机架不能容纳全部模块,可以

增设一个或者多个扩展机架。接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通信,

有的几口模块还可以为扩展模块供电。

5.通信处理器

通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能

设备之间的通信,可以将PLC接入MPI, PROFIBUS-DP, AS-i和工业以太网,或

者用于实现点对点通信等。

6.电源模块

PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源,电源模块用于将输入电压转为

DC24V电压和背板总线上的DCSV电压,供其他模块使用。

3.3 PLC的特点

1.编程方法简单易学:梯形图是使用得最多的PLC的编程语言,其电路符号

和表达方式与继电器电路原理图相似,提醒图语言形象直观,易学易懂。

2.功能强,性能价格比高:一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编

程元件,可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比,具有很

高的性价比。通过通信联网,PLC可以实现分散控制,集中管理。

3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强:PLC已经标准化、系列化、模

块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,使用能灵活方便地进行系统

配置,组成不同功能、不同规模的系统。

4.可靠性高,抗干扰能力强:PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施,具

有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈

干扰的工业生产现场,PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5.系统的设计、安装、调试工作量下:PLC使用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、

接线工作量大大减少。完成了系统的安装和接线后,在现场调试过程中,一般通

过修改程序就可以解决发现的问题,系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小,维修方便:PLC的故障率很低,并且有完善的故障诊断功

能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC上的发光二极

管或编程软件提供的信息,方便地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速

的排除故障。

7.体积小,功耗低:对于复杂的控制系统,使用PLC后,可以减少大量的中

间继电器和时间继电器,小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小,因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/l00

锅炉是船舶电站最早的自动控制设备之一,包括自动水位控制、自动燃烧控制、锅炉点火和燃烧时间控制。

3.4水位自动控制是为了保持锅炉正常水位、开度控制水泵启停阀或供水,以控制给水、锅炉用水和锅炉蒸发量,以适应锅炉负荷的变化。船用柴油机的柴油机,其蒸发量小,蒸汽低压,一般采用双位置自动控制,即当锅炉水位达到下限时,自动给水泵启动锅炉给水;当水位达到上限水位时,水泵自动停止工作。因此,锅炉水位波动在一定范围内,在给定值不稳定。大型油轮,较高的蒸发压力是非常大的辅助锅炉,它需要一个稳定的水位在给定的值。因此,一般供水通过改变控制阀开度实现,是根据偏差信号水平控制供水控制阀开度,使供水为蒸汽流量变化。

锅炉燃烧自动控制系统,蒸汽压力控制变量。在单脉冲控制系统中,控制器根据燃料自动切换到炉膛和空气流量的压力水平,维持锅炉蒸汽压力在允许范围内恒定或波动,并保持一定的功率比,从而保证了较高的经济效益。船舶辅锅炉,燃烧控制系统简单、可靠,经济性不是很严格要求,所以大多数双重控制;在油轮锅炉、蒸汽压力稳定和要求中,锅炉的经济性相对较高,这就要求在不同负荷下的控制系统在保证最优的空气燃料,因此通常采用比例积分控制。自动燃烧控制系统通常由两个回路组成。一回路根据容积分段调节器的压力比偏差信号控制燃油控制阀的开度,即改变燃油喷射量。变化还必须改变空气供应,因此另一个回路是基于多少燃料的数量来改变空气供应,以达到最佳的空气燃料比例,以获得更高的经济效益。

辅助锅炉点火和燃烧定时控制是指锅炉启动信号,系统根据定时顺序prepurge、点火、燃料喷射和点火、点火后点火,然后转移到正常燃烧的负荷控制阶段,锅炉的安全保护在一系列的一般情况下。其次,辅助锅炉点火和燃烧定时控制包括以下步骤: ( 1)起动准备工作前是否准备起动条件,如手动燃油快速关闭阀打开,燃油阀关闭,锅炉水位正常,燃油压力和正常范围内的温度。( 2 )在点火寒冷的发生prepurge,防止点火时锅炉的剩余油和气体,应在prepurge之前进行。prepurge过程应该是风机和燃油泵启动,燃油循环在锅炉中,风门开到最大,空气吹到残余油和气体。prepurge时间根据锅炉结构变化,一般在20 ~60年代之间。)点火后,电磁阀打开,使点火油头进入工作状态,转动点火变压器,从点火头喷洒机油点燃,然后点燃机油预热头。( 4)点火成功后,进入预热阶段,使慢速加热锅炉蒸汽压力。( 5)正常的锅炉燃烧在进入正常燃烧阶段后预热到一定压力,根据锅炉负荷调整量的控制系统喷入炉膛,同时控制空气。( 6)自动保护是锅炉自动化系统的另一个重要任务,是锅炉自动自动保护。保护包括安全保护和自动链条锅炉。为实现全自动化,实现锅炉安全可靠运行和无人值守的管理目的,当锅炉点火、蒸汽和正常运行的异常情况时,需要相应的元件能够检测故障,并自动停止锅炉的运行和光,这是为了保护任务的安全。锅炉的安全保护一般包括低风险等级的自动保护、异常高压蒸汽的自动保护、寡妇火灾自动保护、油低压自动保护、油温过高或过低的自动保护和低压自动保护。自动链条是指在一定条件下建立的,可以在某些装置上操作,

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