锅炉燃烧时序控制系统PLC设计与改造

2019-08-22管成程

船电技术 2019年8期

管成程

锅炉燃烧时序控制系统PLC设计与改造

管成程

（青岛港湾职业技术学院，山东青岛 266404）

为了提高锅炉安全性，对现有锅炉燃烧时序控制系统进行了设计与改造。通过分析锅炉燃烧时序系统流程及工况，使用PLC的顺序功能图（SFC）方法，首先列出输入输出点，然后一一对应完成外部接线，最后利用置位复位式启保停程序完成顺序功能图编写。进而对编写的程序进行仿真调试，结果无误且可完成既定功能。利用此方法优化了控制程序，改造后的控制设备可在船舶上进行推广使用。

可编程控制器（PLC）锅炉燃烧时序控制设计与改造

0 引言

锅炉作为船舶动力装置之一，是船上较早实现自动控制的设备。在蒸汽动力装置中，它产生的蒸汽可以用来驱动船舶主机；在内燃机动力装置中，作为辅助锅炉产生的蒸汽可以加热货油；在柴油机货船中锅炉产生的蒸汽可以加热燃油、滑油，还可以为船员生活提供热力[1]。如何成功点火和燃烧是使用锅炉的前提，本文重点介绍利用西门子可编程控制器（PLC）实现锅炉的燃烧时序控制。

1 锅炉燃烧时序系统流程及工况

锅炉的自动控制并非孤立存在，它和多方面有关联，比如：水位的自动控制、蒸汽压力的自动控制、锅炉点火及燃烧的时序控制和自动安全保护。

锅炉燃烧时序控制系统按照时间顺序的先后，完成预扫风、预点火、点火、燃烧、以及停炉。

如图1，启动锅炉前先检查是否满足条件，条件满足就按下启动按钮，进入预扫风阶段，燃油泵开启，但是燃油电磁阀关闭，让油路进入外循环；鼓风机开启，风门挡板先不开启，利用大风进行预扫风，把炉腔内残存的油气排出，防止在点火时出现“冷爆”。

图1 辅助锅炉燃烧时序控制框图

预扫风时间根据锅炉结构不同持续时间不同，一般持续几十秒时间。预扫风结束后进入预点火状态[2]。在保持鼓风机开启状态，接通风门挡板的电磁阀，关小风门，输出少量风；油泵和燃油电磁阀保持不变，接通点火变压器，点火电极打火，进行预点火，时间几秒钟。然后进入正式点火，保持点火电极持续打出火花，保持小风门，打开燃油电磁阀，开大回油阀，利用小风量和少喷油进行点火。点火成功后维持一段时间的底火燃烧，让锅炉的温度缓慢上升，进行预热。然后进入负荷控制燃烧，开大风门和关小回油阀，提供大风量和多油量，按照一定比例进行充分燃烧。在点火和燃烧过程中，出现任何异常情况都要进行保护，不管是点火失败还是中间熄火，都要保持扫风一段时间后，关断各个输出。

2 基于西门子S7-200的PLC设计

按以下步骤用顺序功能法（SFC）进行锅炉燃烧时序的PLC程序设计。

2.1 列写I/O分配表

根据锅炉燃烧时序控制系统分析，共需要21路开关量输入，14路开关量输出，选用西门子CPU型号为226，它总共有24路开关量输入，16路开关量输出，能够满足要求[3]。I/O分配如表1所示。

I/O分配表列写过程中，需要注意:首先，输入输出点都是八进制，所以到7以后再加1点需要进位到10，不能出现I0.8、Q1.9等现象。其次，在设置过程中，因为预留几个点，所以并没有按照顺序依次排列。最后，不管如何安排输入输出点，之后的外部接线和程序必须和初始的I/O相对应。比如连接手动点火按钮的线必须连接输入点I2.4，程序中的I2.4必须实现是手动点火功能输入点，否则控制系统就会混乱。

2.2 连接外部接线图

外部接线主要分三部分，一是输入点接线，二是输出点接线，三是PLC电源供电。输入输出接线与I/O分配表一一对应。另外因为西门子的输入输出端都要带外置电源，所以输入输出设备公共点回com端时，连接相应类型电源。PLC供电电源接AC220 V。

表1 锅炉控制系统I/O分配表

图2 锅炉燃烧时序程序控制外部接线图

图3 锅炉燃烧时序程序控制流程图

2.3 顺序功能图SFC

使用顺序功能图编程，最主要的是画好SFC，它既是设备工作状况的体现，也是所要进行的程序设计的依靠。SFC完成，所要设计的程序就基本完成了，剩下梯形图的编写主要就是起保停程序的重复使用。本控制系统的顺序功能图主要以单序列的结构为主，在手动和自动方面使用选择序列结构，点火成功和不成功也使用选择序列。具体详细流程如图3所示。

2.4 程序编写

程序编写过程需要说明的有：一、由于弹簧和鼓风机的作用，风门挡板在不得电的情况下是开大的，当风门挡板继电器得电，风门会关小。二、油泵开启后，燃油电磁阀没打开前，油路经过外回路循环。燃油电磁阀打开后，喷油量的多少和回油阀的开启大小有关，和燃油电磁阀没有关系。因为我们使用的燃油电磁阀是数字量开关，不是模拟量开关，它只负责开和关，与喷油的多少无关。三、程序的编写过程中，可以考虑三种方式把SFC转换成梯形图：普通启保停程序、置位复位和顺控SCR、SCRT、SCRE。我们采用置位复位的起保停完成编写。程序段之一如图4。