船舶輔鍋爐裝置模擬控制系統的實現

周名偵

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船舶輔鍋爐裝置模擬控制系統的實現

周名偵

（廣東交通職業技術學院 ，廣州 510800）

本文以實船CPDB-40船舶輔鍋爐為對象，用實物加仿真的形式，利用PLC、MCGS觸摸屏和MINIC模擬板從而實現鍋爐裝置、燃燒裝置、鍋爐附件的運行顯示，形象逼真，并可在觸摸屏上實時顯示和控制鍋爐的運行狀態。該設備運用到海船船員適任崗位技能訓練和評估取得了很好的效果。

船舶輔鍋爐 MCGS觸模屏 PLC MINIC模擬

0 前言

船舶輔鍋爐是海船上重要的設備之一，主要用于產生飽和蒸汽驅動各種輔機、加熱燃油、潤滑油、暖缸冷卻水及供船員日常生活使用。對于船舶輔鍋爐的操作與管理是輪機工程技術專業學生必須學習和考核的內容，但由于真實鍋爐造價昂貴，而且污染較大，運行成本高，對于初學者操作不當容易出現安全事故。而采用模擬控制系統替代真實的船舶輔鍋爐裝置既可降低建設費用又可減少日常運行管理和保養費用少，同時又安全可靠，不會學生由于誤操作或操作不當損壞設備和危及學生，更不會引起爆炸和對周圍環境的污染。并且還可以操作在實船上難以操縱的訓練內容：如，嚴重失水，滿水操作等。因此在教學上一般先采用模擬仿真訓練再實際操作。本文是以CPDB-40船舶輔鍋爐系統為研究對象，對廢舊鍋爐進行改造后，用于學生模擬訓練是可行的。

1 船舶輔鍋爐裝置模擬控制系統的組成

1.1系統的硬件組成

系統的硬件組成如圖1所示。

1.2系統各組成部分功能說明

1）可實行急停；自動/手動切換控制。

2）遇到火災時能自動關閉輔鍋爐系統。

3）觸摸屏界面中，可以看到鍋爐運行的狀態數據參數及故障信息顯示，如顯示蒸汽壓力；同時可以對鍋爐的相關參數進行設置，例如:預掃風時間，預點火時間，預熱時間等。

4）自動檢測、監測各種器件工況、參數與標準數值是否符合，以確保整個系統的使用安全，如出現故障將做出相應的處理，并報警。

5）模擬量和數字量信號轉換由PLC特殊模塊處理。

6）MINIC模擬板能直觀的顯示整個系統的運行流程。

2 模擬控制過程與要求

2.1 自動控制過程

按下鍋爐啟動按鈕后，自動起動燃油泵和鼓風機，關閉燃油電磁閥使燃油在鍋爐外面循環，此時風門開得最大，以大風量進行預掃風，防止鍋爐內殘油的油氣在點火發生“冷爆”，預掃風時間設定為30～50 s，達到預掃風的時間后自動關小風門，同時啟動點火變壓器，開始進行預點火，時間為3～5 s，點火同時，打開燃油電磁閥，關閉回油電磁閥，以小風量和小噴油進行點火，點火成功后維持一段時間，低火燃燒對鍋爐進行預熱，然后開大風門，關小回油閥或增加一個油頭向爐膛噴油，使鍋爐轉入高火燃燒，即進行正常燃燒的負荷控制階段，當壓力升到額定壓力時，自動停爐，停爐時，必須先停止噴油，然后再關風機。

在預定的時間內若點火不成功，中間熄火，水位過低，氣壓超壓等異常現象，應停爐，待故障排除后按復位按鈕方可重新起爐，防止鍋爐發生事故，并發出聲光報警。

2.2 系統控制具有的功能

2.2.1 聯鎖功能

在鍋爐點火、運行及停爐階段，只有在風機運轉后方允許開動油泵和燃油電磁閥，如果風機故障應停止工作，立即關閉電磁閥和停止油泵。當水位低處于低水位時，不能開爐。同時手動操作與自動操作實現聯鎖，互不干涉。

2.2.2 手動控制功能

將控制開關切換到手動位置，操作者只須按人工操作規程進行點火和正常運行。在電控箱上按下按鈕即能起動風機、水泵和油泵。

2.2.3 自動控制功能

在整個控制過程中系統必須達到以下幾點：燃燒程序實現自動控制；蒸氣壓力保護；溫度保護；鍋爐水位自動控制；火焰異常聯鎖；停爐報警；聲光報警；應急停爐；模擬故障等九項功能。具體輔鍋爐控制流程如圖2所示。

3 系統軟件設計

由于在很多文章里都有敘述過觸摸屏和PLC的制作和編程，在此重點述MINIC模擬的實現。

3.1 PLC通信設置

三菱FX系列PLC在其內部有一個特殊功能寄存器D8120,可以根據其中的內容,按照一定的協議實現與單片機之間的通信.但必須事先對PLC編程寫入D8120。三菱FX系列的PLC控制器,采用FX1N-485-BD通信模塊與單片機連接。格式采用1位起始位，8位數據位，一位停止。因此設置D8120數據為H0C81,部分程序如圖3：

3.2 STC89C52RC單片機的通信設置

為了保證單片機與PLC的正常通信,除了要了解清楚通信協議外,還必須正確設定其通信方式,即采用統一的波特率、起始位、數據位、停止位和偶校驗位,據此建立雙方通信的應答信號。AT89C51內部有一個全雙工增強UART，TXD(P3.1)為發送端,RXD(P3.0)為接收端。AT89C51系列單片機的SCI工作方式由串行口控制寄存器(SCON)、波特率控制寄存器(PCON)設置決定，可用軟件設置四種工作方式。通信工作方式中,方式1是標準的異步通信方式,此方式工作時,串行口為8位異步通信接口,每幀信息包括10位:1個起始位、8個數據位和1個停止位。波特率可變,由定時器T1或T2的溢出率和SMOD1的狀態決定,在CPU的晶振為11.0592 MHz時波特率采用9600bps。單片機的通信參數設置如下:置寄存器T2CON為34H(定時器T2工作于波特率發生器方式);置寄存器TH2和RCAP2H為FFH,TL2和RCAP2L為D9H(波特率9600 b/s);置寄存器SCON為50H(串口工作方式1,允許接收)。波特率控制寄存器一般只在復位后初始化時寫入一次,以建立SCI通信波特率。

3.3 電路設計

顯示系統采用單片機將PLC通過485傳送過來的壓力數據顯示在數碼管上，通過PLC自由口通信發送相關數據給單片機，單片機負責顯示。系統結構如圖4，電路圖如圖5。

4 結束語

整個系統由基于三菱FX系列PLC的控制單元進行控制，工作可靠，性能穩定，如圖7所示。用實際的鍋爐控制箱進行控制，鍋爐本體裝置及系統采用MINIC模擬板進行模擬，學生能夠按照實船鍋爐的操作程序在MINIC板上進行實際系統的操作和控制，基本實現既能用于教學，又能進行實操訓練和評估的需要，實際運用中得到海事局和學員雙方的認可。

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Implement of Simulation Control System for Marine Auxiliary Boiler Plant

Zhou Mingzhen

(Guangdong Communications Polytechnic，Guangzhou 510800, China)

TM769

A

1003-4862（2015）01-0024-04

2014-07-21

周名偵（1973-），男，高級實驗師。研究方向：船舶機電工程。