基于PLC控制的船用鍋爐水位控制系統的分析

王瑞云

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基于PLC控制的船用鍋爐水位控制系統的分析

王瑞云

(渤海船舶職業學院，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量相當，以適應鍋爐負荷的變化，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。并且當水位到達高水位和低水位以及過低水位時，通過PLC控制系統發出相應的報警指示，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量相當，以適應鍋爐負荷的變化。在蒸發量較小，蒸汽壓力較低的鍋爐中，大多數采取雙水位控制，即當鍋爐水位達到水位下限時，自動啟動給水泵，向鍋爐供水。當水位達到上限時，自動停止給水泵的工作，鍋爐工作水位在一定范圍內波動。在大型油輪中，鍋爐的蒸發量一般很大，蒸汽量較高，要求水位穩定在某一定值上，所以控制給水一般通過改變調節閥的開度來實現，即根據水位偏差信號來控制給水調節閥的開度，從而使給水量適應蒸發量。

1 船用鍋爐水位自動控制系統

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5個水位，是鍋爐水位控制中心元件，其結構如圖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爐體內水位。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所輸入的信號做出判斷，將與之對應的繼電器接通來實現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構圖。

1.2 水位自動控制轉換開關

在圖3中，轉換開關SA為控制地點選擇開關，當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，并且相應的運行指示燈亮；當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。

轉換開關SA3為控制方式選擇開關，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。

轉換開關SA4為水泵選擇控制開關，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主電路的接線圖，合上電源總開關QS，再合上1#、2#水泵控制開關QF3和QF4，當接觸器KM3得電時，1#水泵啟動；當接觸器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的觸點發生熔焊，不能及時分斷），水泵繼續供水，當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，當水位下降到低水位時，則重復（1）的過程。

（6）過低水位報警電路：鍋爐水位自動控制系統有兩個過低水位控制器A4和A5，過低水位控制器根據水位檢測傳感器輸出信號來控制過低水位繼電器KA23、KA24的導通還是斷開。當兩個水位檢測傳感器同時發出過低水位信號時，則KA23、KA24同時導通，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，切斷風機及燃油閥電路，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來檢測水中鹽物質濃度，當水鹽度高時，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，發出油分高燈光報警。

圖4 鍋爐水質監測電路的接線圖

（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換開關SA6轉換到手動控制位置，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換開關SA6轉換到自動控制位置，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行指示燈（HL34）亮，發出加藥泵運行燈光指示。

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

3 船用鍋爐的PLC控制系統的硬件配置

船用鍋爐的PLC控制系統的硬件配置是根據控制要求考慮PLC系統的硬件設計，硬件設計的主要內容是分析系統所需的輸入輸出信息，確定PLC輸入輸出接點的類型、數量和PLC的配置，繪出系統的PLC輸入輸出接點的配置圖。考慮到船用鍋爐自動點火控制、船用鍋爐負荷控制、船用鍋爐水位控制等控制，船用鍋爐的PLC控制系統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，系統輸入/輸出接點配置如圖5所示。

根據輸入輸出接點配置的設定，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水位控制系統的的I／O接點配置圖

4 結論

可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。可編程控制器及其有關設備，都應按易于工業控制系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。船用鍋爐水位的控制采用PLC的控制系統克服了繼電器-接觸器控制可靠性、直觀性、自動化程度不高的特點，結合觸摸屏智能操作及顯示技術，造就了PLC控制系統的抗干擾強、功能強大、精確度高等優點。

它不但具有與外部工業設備連接的輸入/輸出（I/O）接口電路，而且具有編程直觀簡單，易學易懂的優點，其輸入模塊可以直接接收現場設備的各種傳感器信號，輸出模塊可以直接驅動2～5 A的受控設備, 產品系列化、結構模塊化的可編程控制器給控制系統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械設備的控制。

對于機艙溫度高、濕度大、機械振動強的特殊工作環境，采用可編程控制器實現的鍋爐水位的自動控制，提高了控制系統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. 電機與電氣控制. 北京: 機械工業出版社, 2002.

[3] 費千.船舶輔機. 大連: 大連海事大學出版社, 2009.

[4] 鄧志良, 劉維亭. 電氣控制技術與PLC. 南京: 東南大學出版社, 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。