MELSOFT環境下船用輔鍋爐的燃燒控制

詹莊春（華南農業大學珠江學院信息工程系，廣東廣州510900）

MELSOFT環境下船用輔鍋爐的燃燒控制

詹莊春
（華南農業大學珠江學院信息工程系，廣東廣州510900）

船用輔鍋爐燃燒控制可在軟件環境下實現仿真，設計的目的是搭建一個平臺，從而有利于對燃燒控制過程做進一步分析和研究.通過初步分析，形成燃燒控制的流程，在三菱PLC軟件MELSOFT環境下進行編程、畫面制作以及模擬操作，得出的結果與工程實際要求一致，軟件平臺可與硬件對接實現監控.

燃燒控制；MELSOFT；GXDeveloper；GTDesigner；GTSimulator

Zhan ZC.Simulation of Boiler Combustion ControlDesign Based on MELSOFT[J].Journal of Yibin University,2015,15 （6）：32-35.

可編程控制器PLC在船用輔鍋爐燃燒控制系統中得到應用[1]，在此基礎上，如果進行PLC仿真，對于輸入輸出點數較多而不容規劃的人機界面，其效果不好.如進一步采用組態方式可對燃燒控制進行監控[2]，監控畫面可操作性強，但是需要硬件支持.經多方考察，與鍋爐燃燒控制系統仿真的相關文獻很多，其中仿真無需硬件，還可以做出動畫效果[3]，不過軟件設計平臺與硬件對接的問題需要考慮.基于MELSOFT環境，無需硬件支持，以下是對鍋爐燃燒控制進行的仿真設計.

1　鍋爐燃燒控制過程分析

基于可編程控制器PLC，鍋爐燃燒控制系統主要組成為：以PLC為主的控制設備、鍋爐、水、點火變壓器、燃油、風機、水泵、油泵、管路閥門以及應有的傳感器，其中，風門和回油閥經由連軸器構成“風油配比機構”.鍋爐燃燒控制的基本過程可分為：點火準備、點火時序控制、氣壓自動控制、安全保護、停爐，另外，當自動控制設備出現故障時，還可改為手動操作.

點火準備.首先，點火前須保證鍋爐內有一定的水位.其次，核對控制臺上的按鈕位置，將點火保護按鈕復位，正確選擇控制方式.最后，對爐膛內殘留的燃油進行“預掃風”清除，否則集油過多，在點火時發生“冷爆”.期間，通過時間輔助繼電器開環控制風油配比機構動作，風門逐漸關小，回油閥門逐漸開大，為點火做準備.

點火時序控制.預掃風過后，風油配比機構的開環控制斷開，轉而為壓力比例閉環控制.同時，點火變壓器產生電火花，進行“預點火”.隨后燃油電磁閥打開，因回油閥門已開至最大，故供給少量油.接下來開始計時，若光傳感器檢測不到光焰照射，則點火失敗，點火保護繼電器通電，關閉系統，并產生聲光報警；若點火成功，則光傳感器檢測到光焰照射，點火變壓器斷電，爐內建立氣壓，為氣壓自動控制做準備，而點火準備計時輔助繼電器將斷電，為氣壓保護做準備.

氣壓自動控制[4].鍋爐在低壓下啟動燃燒，此時調節機構的情況是“小風門、小噴油量”.壓力傳感器檢測信號與給定負荷比較，其誤差經過比例放大，去推動調節機構動作.若負荷小于0.3倍的額定值，則比例調節器失去作用；若負荷較大，則開大風門、關小回油閥（噴油量加大），使燃燒加劇，從而滿足負荷要求.

安全保護.燃燒過程中的水位不斷變化，若水位下降過快，低于危險低水位，則系統能夠自動切斷，并產生聲光報警.若“中途熄火”，則給予一次重新點火的機會.爐內氣壓在燃燒過程中也會波動，若超高壓，則風機油泵停止運行，等待氣壓下降低于氣壓保護上限值，風機油泵重新啟動，這種現象可并入“中途熄火”；若超低壓，則自動熄火停爐，不報警.另外，還需對泵機進行熱保護.

停爐.燃燒結束或自動熄火后，再次檢查水位，將泵機運行方式選擇打在“停止”位置，燃燒控制方式也打在“停止”位置.

手動操作.先將壓力比例調節器與風油配比機構脫開，改為手動操作風門；燃油電磁閥斷電，改為手動操作油門.選擇燃燒手動方式后，風機手動方式運行，進行預掃風.經過一段時間，油泵手動方式運行，按下手動點火按鈕，再打開油門.若點火成功，則手動調節風門、油門和水位；若點火失敗或中途熄火，則需重新開始.

通過以上分析，可形成鍋爐燃燒控制的流程，如圖1所示.

2　MELSOFT編程仿真環境[5]

MELSOFT為三菱PLC編程仿真軟件系列，支持各個系列的PLC及其模塊的編程、調試、監控，實現程序控制的一體化工程環境，內含三個基本應用軟件：GX Developer、GTDesigner、GTSimulator.

GX Developer是三菱全系列PLC程序設計軟件，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，結構化程序的編寫，可制作成標準化程序，在其他同類系統中使用.

GTDesigner是三菱電機公司所開發設計的，用于圖形終端顯示屏幕制作的Windows系統平臺軟件，支持三菱全系列圖形終端.

GTSimulator是三菱PLC的仿真調試軟件，支持三菱所有型號PLC，可以模擬外部I/O信號，設定軟件狀態和數值.

圖1　鍋爐燃燒控制流程圖

3　燃燒控制程序設計

與鍋爐燃燒控制程序設計相關的PLC軟元件包括：輸入繼電器（輸入點）、輸出繼電器（輸出點）、輔助繼電器和定時器（時間點）.

第一，根據系統輸入設備來確定輸入點的分配，則輸入點可規劃為四類：與系統操作相關點、與水泵相關點、與風機相關點、與油泵相關點，共25點，具體見表1.

第二，根據系統輸出設備來確定輸出點的分配，輸出共11點，具體見表2.

第三，參考鍋爐燃燒控制流程，正確把握各軟元件之間的時序邏輯關系，在GX Developer環境下，PLC類型選擇FX2N（C），采用梯形圖進行編程.在編程過程中需用到輔助繼電器和定時器，其中時間點的具體分配見表3.

表1　輸入點的分配

表2　輸出點的分配

表3　時間點的分配[6]

4　燃燒控制畫面制作

在GT Designer軟件環境下，GOT類型選擇A960GOT（640×400），PLC類型選擇MELSEC-FX，通過模仿操作平臺來制作控制工程畫面.大致將輸出狀態顯示燈放在畫面的上部，以下依次是自動燃燒模式操作區、手動燃燒模式操作區、故障模擬操作區以及系統啟停按鈕的畫面，如圖2所示.

圖2　鍋爐燃燒控制畫面

圖2中，方塊的分類為開關，與輸入點對應；橢圓的分類為指示燈，與輸出點對應；長條的分類為液位，與時間點對應.另外，執行機構的執行量是一種模擬量，其動作顯示需經過A/D轉換得到[7].

5　燃燒控制仿真分析

啟動梯形圖邏輯測試，然后在GTSimulator環境下載入鍋爐燃燒控制畫面，就可對系統進行仿真測試，鍋爐自動燃燒控制效果部分截圖如圖3所示.

圖3　鍋爐自動燃燒控制效果部分截圖

圖3中，風機油泵選擇自動方式運行，風油配比調節器在預掃風期間起作用，風門在掃風之后調至最小，轉為壓力比例調節器作用，此時點火變壓器開始預點火，然后噴油燃燒，點火變壓器斷電.對控制系統的具體分析列表4，由表可知，仿真結果與工程要求一致.

6　結語

基于MELSOFT環境的燃燒控制仿真設計，實現了點火時序控制和風油配比機構的計時開環控制.通過對畫面圖形的操作，完成了自動燃燒、手動燃燒和故障模擬的控制過程仿真，其結果與工程實際要求一致，設計的正確性得到了驗證.因運用了PLC梯形圖編程設計，故與硬件對接實現監控沒有問題，這有利于加強人們對燃燒控制的認知效果.本文對燃燒過程中的氣壓閉環控制設計較少，尚可進一步改進.

表4　鍋爐燃燒控制仿真分析表

[1]陳清彬.PLC在船用輔鍋爐燃燒控制系統中的應用[J].造船技術, 2004（2）：44-46.

[2]于永茂,高德欣,杜厚朋.基于C#與組態軟件的鍋爐優化控制系統設計[J].自動化與儀表,2013（1）：39-42.

[3]楊建敏,施偉鋒,陳巨濤.船舶輔鍋爐燃燒控制的計算機仿真[J].機電設備,2003（6）：19-24.

[4] 印江,侯鵬飛,白建云.基于CARIMA模型的鍋爐燃燒控制系統設計及優化[J].熱力發電,2013,42（9）：100-104.

[5]阮友德.PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用實訓[M].北京：中國電力出版社,2009.

[6]徐標,郭浩.基于單片機的輔鍋爐自動控制系統[J].船海工程, 2011,40（3）：141-144.

[7]甘輝兵,張均東,鄒奔騰,等.基于PLC的船舶燃油鍋爐仿真系統設計與實現[J].大連海事大學學報,2006,32（1）：5-7.

（編校：王露）

Simulation of Boiler Combustion Control Design Based on MELSOFT

ZHAN Zhuangchun
（Department of Information Engineering,Zhujiang College of South China Agricultural University,Guangdong,Guangzhou 510900, China）

The simulation ofmarine auxiliary boiler combustion control can be realized in the software environment.The design purpose is tobuild a platform,thus to do furtheranalysisand research on combustion controlprocess.Through pre?liminary analysis,the combustion control process is formed.Programming,graphic imagemaking and simulating are then operated in the MitsubishiPLC softwareMELSOFT environment,and the resultsare consistentwith practicalengineering requirements,proving thatsoftware platform can implementmonitoring dock with thehardware.

boiler combustion；MELSOFT；GXDeveloper；GTDesigner；GTSimulator

TK227.7

A

1671-5365（2015）06-0032-04

2014-12-18修回：2015-01-15

詹莊春（1978-），男，講師，工學碩士，研究方向為電氣自動化

網絡出版時間：2015-01-15 17：08網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1630.Z.20150115.1708.002.html

引用格式：詹莊春.MELSOFT環境下船用輔鍋爐的燃燒控制[J].宜賓學院學報,2015,15（6）：32-35.