PLC在船舶辅锅炉模拟装置中的应用.pdf

工 业 自 P L C在船舶辅锅炉模拟装置中的应用 曾步辉 ，高小瑞 ，陈景锋 集美 大学轮 机工程学院 ， 福 建厦门 3 6 1 0 2 1 炉的控 制特点 ，设计一套采用 P L C控制 的辅锅炉模拟 装置 计和系统功能 ，经实际应用 ，效果较好 。 ；可编程控制器 ；模拟装置 用于课程实验 和实训教学 。介绍 了 P L C控制 系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章 编号 l 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 0 l 2 - 0 0 7 7 - 0 3 l 刖 罱 船舶燃 油辅锅炉是船舶极 为重要 的设 备 ，也是船 舶机 舱辅 助装置中最早实现 自动控制 的设备之一 。 由于其 在船 舶 安全 航行 所处 的重要 性 ，以及它 的 多元 参数 的 控制 特 点 ，在机 舱的电控系统中 占有很重 要的地位 ，同时也 是实 验 教 学 中必 备 的船 舶 辅 助 机 械 之 一 。 船 舶 辅 锅 炉 控 制包 括 水 位 自动 控 制 、蒸 汽 压 力 自动 控 制和燃烧 时序 控制等环节 ，其 中燃 烧时序控 制是指给 锅炉 一 个启动信号后 ，能按时序的先后 自动进行 预扫风 、喷油 点火 ．点火成 功后 转入正常燃烧 的负荷控制 阶段 ，同时对 锅炉的运行进行一系列的安全保护⋯。为 了确保安全 ，系 统除 了能实现 自动启动 运行外 ，还需 有必 要的 手动控 制 。 应某船员培训机构要求 ，笔 者设 计制作 了一套采用 P L C控 制 的辅锅 炉模拟 装 置。 该装 置根 据 船舶 辅锅 炉 的控 制 特 点 ．用 P L C作为控 制系统完成对各 种开 关量信号 的采集 与 执行元件的驱动。 2 P L C系统的硬件设计 P L C控制 系统的硬件 配置主要取决 于船舶辅 锅炉控制 中的输入 、输 出点数 的总量[ 2 ] 。为 了达 到理 想的性能价格 比．通过对整个系统所需 的总点数做一 估算 ．该 装置选用 日本三菱公 司的 F X1 N 一 4 0 M R型 P L C作为控制核心I 3 1 。 由于该装置主要是放在 实验室用 于教学 ．不 可能像船 舶锅 炉一 样 ，真正用燃油燃烧 产生蒸汽 压力 ，因此其输 入 输 出 只能是 各种 指示 灯和按 钮 开 关 ，利用 其 来显 示 和控 制 ，达 到 教 学 目 的 。 该 装 置 P L C 基 本 配 置 要 求 有 l 8点 开 关量输人 ，l l 点开关量输 出。其地址分 配表 见表 l 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 1 7 表 1 P L C的 输 入／ 输 出 分 配 表 3 P L C程序 的设计 该辅锅炉模拟 装置依靠 P L C完成对各种开关量信 号的 采 集 与 执 行 元 件 的驱 动 ，其 工 作 流 程 如 图 l所 示 。 l I 7 7 { { 图 1 辅锅炉实验教学装置 的工作流 程 根据工作流程 ．在 P L C中编制用户程序如下 LD X0o 0 0R MO AN I X0 0l 0U T M0 ANI X0 05 0UT Y0o 0 LD X0 06 0R X01 3 LD X01 0 OR Y0 0 1 ANB ANI M l ANI Xo o 7 ANI XOl l 0R X0l 4 ANI X0l 2 0UT Yo 0l MC N0 M0 LD X002 ANI X0 04 0R X0 0 3 0R X01 6 AND Y001 0UT Y004 LD X0l l AND M2 0R X01 5 AND YO Ol 0UT Yo o5 0U T T O K 5 0 LD XO11 AND Y0 01 OUT T1 K3 0 0 LD T1 LD X00 6 AND X0l 3 0UT Y0 02 LD X0 06 ANI Y00l AND XOl 3 0R X01 5 OR M2 ANI X0 2l 0UT Y00 3 L DI X0l 0 AND M3 0R M l 0UT Ml LDI M3 AND M2 M 2 1 1 D M3 M l Y0 06 X0l 7 M1 M1 X0 20 Y0l O X0 07 Y01 2 XOl 0 Y0l l MO 4系统功能 4 ． 1自动控 制 按 下启 动按钮后 。系统首 先检测水位是 否正常 ，因为 锅 炉 在 实 际 使 用 过 程 中严 禁 缺 水 干 烧 ．若 水 位 不 正 常 ，则 根据水位探测器送来 的水位高低信号决 定停止／ 启动水泵 其 次 ， 根 据 重 ／ 轻 油 选 择 开 关 决 定 是 否 对 油 温 进 行 检 测 ． 因 为该 装置设计 的管路 是重／ 轻油 同一根管 路 ．燃 烧重油 要受温度 的控制 ，油 温太低 ，点火 比较 困难 ；最后 ，根据 蒸汽压 力来决 定是否启 动燃烧程 序 。在整个燃烧 程序 中 ， 若 出现故障 例 如风机故障 、点火故 障 、中途熄火 、水 位 过低 等 ．这些 故障 都是通 过 安装 在 面板上 的开 关来 模拟 的都将发 出声光报警及停炉 。 4 ． 2手 动控 制 实 船 中 ，如果 锅炉 自动 控制 发 生 了故障 ，则 必 须能 进 行手 动控 制 ，因此 该装 置也 设计 了手动控 制 部分 。手 动 控制 就是 按照 锅炉 自动 控制 程序 进行 手 动操 作 。按下 启 动按钮后 ，对 系统进行 复位 。根据锅 炉水位 、重／ 轻油 选 择 开 关 、蒸 汽 压 力 高 低来 对锅 炉 燃 烧 程 序 进 行 控 制 即通 过 自动 ／ 手 动 控 制 选 择 开 关 对 扫 气 、点 火 、燃 烧 进 行 控 制 。 5结束语 P L C由 于 具 有 通 用 灵 活 的 控 制 性 能 ，可 以适 应 各 种 T 业环境 的可靠性 、简单方便的使用性 能 ，在船舶 自动化各 系 统 中得 到 了 广 泛 的 应 用 。利 用 F J N 4 O MR 型 P L C 对船 舶辅 锅炉的控制 系统进行设计 ，不仅可 以了解船 舶辅锅炉 电气控制的特点及辅 锅炉 的工作过 程 ，而且可 以掌握 P L C 控 制 在 船 舶 辅 锅 炉 多 元 参 数 控 制 上 的 应 用 。 为 轮 机 工 程 专 业的学生加强理论联 系实 际 ，提高实践操作技 能发挥 了积 极作用。 ■田 1 1 1 I I T T T D ∞ ∞ 工 业 自 参 考文 献 [ 1 ]郑 凤 阁．轮 机 自动化[ M]．大连 大连 海事 大 学出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ]龚仲华．三菱 F X ／ Q系列 P L C应 用技术[ M]．北京 人 民邮 电 出版 社 ．2 o o6 ． [ 3 ]三菱公司．三菱 F X1 N 系列微型可编程控 制器使 用手册 [ Z ]． 第 一作者 简介 曾步辉 ，男 ，1 9 7 3年生 ，江西乐 安人 ，大学本 科 ，实验师 。研究领域 船舶电气 。已发表论文 4篇。 f 编 辑 向 飞 上 接 第 6 0页 其 中 是 比例 系 数 ，起 比例 调 整 作 用 ； 是 积 分 时 间常数 ，它决定 了积分作用 的强弱 ； 是微分 时间常数 ， 决定 了微分作用的强弱。其离散表示式为 K t ,e k 竽 『 0， i 0 』S 3 式 3 又 称 为 位 置 式 P I D 算 法 ，其 中 为采 样 周 期 。 因为位置式 P I D算法在计算过 程中易产生积分饱 和作 用 ，为 了提 高控制系统 的可靠性 ，采用 P 1 D算法 的增量 控 制式 ，其表达式 为 a u k Ⅳ ～u k一1 4 i f l 十 P 一 2 e k - 1 X ． e k 一 2 令 A Kp K， K D ，B KP 2 KD ，C K D， 可得 广△ 七 AI e k 一 e k1 C P -2 5 1 u k u k1 a u k 6 增 量 式 PI D与 位 置 式 P I D相 比 ， 仅 是 算 法 上 的 改 变 ， 但 它 只 输 出 增 量 ，减 小 了 DS P误 操 作 时 对 控 制 系 统 的 影 响 ，且不会产生积分 失控 。 5软 件设计 D S P控制程序部 分采用 C语言 编写 ，其流程 如图 6所 示 首 先 系统 初 始 化 ，包 括 事 件 管 理 器 E V 的 部 分 寄存 器 的设 置 ，AD转 换 通 道 的 选 择 的设 置 和 A D 部 分 寄 存 器 的 设置 ；然后通过串行 口与 P C机通信 ，P C机 给定参考驱动 电流和 P I D的参数 ；通信完成后启 动 A D采样 ，将转换后 的数据 与 P C机 给定的值相 比较 ，调用 P I D算法 程序对偏 差进行处理 ；再用输出结果 去控制激光二极管 的驱动电流。 P C机上的操作 界面采用 V C编写 ，通过交互式罔形界 面进 行 人 机 交 流 ，操作 简单 ，直 观 。 6结束语 激光二极管的输出功率受环境 的影 响较大 ．本设 计在 应 用 DS P技 术 的基 础 上 ．引 人 了 P I D控 制 算 法 ．通 过 数 字 调制来控制激光二极管的驱动 电流 。和传统 的模拟调 制相 比．本系统有较高的灵敏度和控制精度 ．在半导体激 光二 极管的输 出功 率控制上有很好的应用前景。 图 6 程 序流 程 图 参考文献 [ 1 ]胡志敏 ，林晓春．功率稳定可调 L D驱动 电路设计[ J ]． 电子 技 术 应 用 ，2 0 0 4，2 0 1 2 3 9 41 ． f 2 ]何 苏勤 ．王 忠勇．T M 3 2 0 C 2 o o o系列 D S P原理 及 实用技 术 [ M1．北京 电子工业 出版社 ，2 o o 3 ． [ 3 ]刘澄 ，刘伟．半导体激光二极管输 出功 率 自动控 制电路[ J ]． 电力 环 境 保 护 ，2 0 0 4 ，2 0 2 5 6 5 8 ． [ 4 ]历 风满．数 字 HD控 制 算法 的研 究[ J ]．辽 宁大 学 学报 ， 2 0 0 5， 3 2 4 3 6 7 3 7 0． [ 5 ]苑立波．光纤实验技 术 [ M]．哈 尔滨 啥 尔滨I程 大学 出版 社 ． 2 o o 5 ． [ 6 ]刘和平．T MS 3 2 O L F 2 4 O x D S P C语 言开发应 用 [ M]．北京 北 京航 空航 天 大 学 出版 社 ．2 0 0 3 ． 作 者简介 董全财 ，男 ，1 9 8 5年 生，湖北汉川人 ，硕士研 究生。 研究领域 机电液智能控制 。 编 辑 向 飞 r 1， F ● 1 { {7 9 } l L ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 l ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 ， ． ． ． ． ． ． ￡ ． ． ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 。 ． ． ， ， - _ J