電氣工程與自動(dòng)化畢業(yè)論文基于plc控制的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于PLC控制的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程與自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在遠(yuǎn)洋船隊(duì)中，無論是蒸汽動(dòng)力船舶上的主鍋爐還是柴油機(jī)動(dòng)力船舶上的輔助鍋爐，其工作過程均已

3、全部或部分地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。尤其是柴油機(jī)動(dòng)力裝置船舶上的輔助鍋爐，其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展更為迅速，經(jīng)過不斷地變革和更新，日趨先進(jìn)和完善，裝置系統(tǒng)大多定型化。</p><p>　　船用鍋爐的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙控制的重要組成部分。利用PLC控制系統(tǒng)來代替原本一直以來的接觸器控制系統(tǒng)，已經(jīng)是成為目前的船舶鍋爐自動(dòng)化的發(fā)展方向。PLC的自動(dòng)化，解決了以前接觸器控制系統(tǒng)的一些產(chǎn)生的毛病，如原本接線復(fù)雜，抗干擾能力差，容易造

4、成誤動(dòng)作的等缺點(diǎn)。船舶鍋爐的任務(wù)是供應(yīng)負(fù)荷設(shè)備所需要的一定參數(shù)的蒸汽，如主機(jī)暖缸、加熱燃油、加熱滑油、驅(qū)動(dòng)其他輔助機(jī)械以及生活雜用等。同時(shí)保證本事運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　可編程序控制器PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣。

5、</p><p>　　本文利用PLC的控制技術(shù)對船舶鍋爐的蒸汽壓力系統(tǒng)、鍋爐保護(hù)系統(tǒng)、水位系統(tǒng)、點(diǎn)火時(shí)序系統(tǒng)、進(jìn)行全方位的自動(dòng)控制。</p><p>　　關(guān)鍵字：船舶鍋爐；自動(dòng)控制；可編程序控制器PLC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In distant-water flee

6、t. Both the main boiler of steam-powered ships are diesel powered ship auxiliary boiler, its work has been to achieve automatic control in whole or in part. Especially diesel power plant on the ship's auxiliary boile

7、r, automation technologies develop faster, after constantly changes and updates that the increasingly advanced and complete, appliance system most stereotyped.</p><p>　　Marine boiler control is an important

8、part to achieve unmanned engine room control. PLC control systems in place has been the contactor control system, has become the current marine boiler automatic direction of development. PLC automation solved previously

9、wrong with contactor control system, such as original wiring complexity, poor anti-jamming ability, can easily cause misoperation of such shortcomings. Ship's mission is to supply the boiler steam load certain parame

10、ters of the equipment need</p><p>　　As the PLC control technology continues to mature, its functionality constantly perfecting and improving on the ship have an increasingly higher level of application. PLC

11、programmable logic controller is a computer technology combined with traditional relay contact control technology product of it overcame mechanical contact of relay contact control system wiring complexity, low power con

12、sumption and high reliability, versatility and flexibility, disadvantage of the poor, full use of the advanta</p><p>　　This use of PLC control technology on ship protection system of boiler steam pressure sy

13、stems, boiler, water level, for all aspects of automatic control systems, ignition timing system.</p><p>　　Keywords: Marine boiler auxiliary boiler; control; the programmable controller PLC</p><p&

14、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章 船舶鍋爐2</p><p><b>　　1.1概要2</b></p><p>　　1.2船舶鍋爐自動(dòng)控制國內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p>　

15、　1.3 本課題研究內(nèi)容3</p><p>　　第2章 可編程控制器介紹及型號選擇4</p><p>　　2．1可編程控制器介紹4</p><p>　　2.1.1可編程控制器（PLC）的定義4</p><p>　　2.1.2可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)4</p><p>　　2.1.3可編程控制器（PLC）的

16、 應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p>　　2.1.4可編程控制器（PLC）的發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　2．2可編程控制器的組成結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.1可編程控制器硬件組成5</p><p>　　2.2.2可編程控制器軟件組成7</p><p>　　2.3三菱FX2N系列可編程控制器8</p

17、><p>　　2.3.1 FX2N系列可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成8</p><p>　　2.3.2 FX2N型PLC的主要種類及型號9</p><p>　　2.3.3 FX2N型PLC的軟元件10</p><p>　　第3章 船舶鍋爐控制12</p><p>　　3.1船舶鍋爐給水過程自動(dòng)控制12</p>

18、<p>　　3.2船舶鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制12</p><p>　　3.3船舶鍋爐蒸汽壓力自動(dòng)控制12</p><p>　　3.4船舶鍋爐的自動(dòng)安全保護(hù)和報(bào)警12</p><p>　　第4章 PLC自動(dòng)控制的船舶鍋爐硬件設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 FX2N-48MR型PLC硬件14</p>&l

19、t;p>　　4.1.1 I/O接口模塊14</p><p>　　4.1.2 CPU模塊14</p><p>　　4.2 各子系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.1給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.2點(diǎn)火控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.3蒸汽壓力控制硬

20、件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2.4 安全保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)19</p><p>　　第5章 PLC自動(dòng)控制的船舶鍋爐軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　5.1 系統(tǒng)流程圖20</p><p>　　5.2 水位控制軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.3 點(diǎn)火過程的軟件設(shè)計(jì)21</p>&

21、lt;p>　　5.4 燃燒過程中蒸汽壓力控制軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.5 整體梯形圖23</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p>

22、<p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，作為電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要組成部分的PLC問世以來，引起了國內(nèi)外電氣行業(yè)的普遍關(guān)注，現(xiàn)己成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。現(xiàn)代PLC控制技術(shù)因其可靠性高、運(yùn)用靈活，廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域。但是日前我國的船舶鍋爐控制系統(tǒng)上，雖有一定程度的自動(dòng)化控制，但控制系統(tǒng)基本上是采用接觸器

23、——繼電器系統(tǒng)，系統(tǒng)線路復(fù)雜、可靠性差、維護(hù)工作量大。為改善船舶工藝、提高生產(chǎn)效率，采用PLC控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)控制，具有廣泛的市場前景。目前我國船舶(特別在遠(yuǎn)洋漁船)上，無論是蒸汽動(dòng)力船舶上的主鍋爐還是柴油機(jī)動(dòng)力船舶上的輔助鍋爐，其工作過程均已全部或部分地實(shí)現(xiàn)了PLC自動(dòng)控制，雖有一定程度的自動(dòng)化控制，但控制系統(tǒng)基本上是采用接觸器—繼電器系統(tǒng), 系統(tǒng)線路復(fù)雜、可靠性差、維護(hù)工作量大。為改造船舶設(shè)備，改善船員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率

24、, 采用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)控制, 可以使線路簡單、可靠性提高、維護(hù)方便且容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試等?？删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能比高于接觸器—繼電器控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　第1章 船舶鍋爐</b></p><p>　　水蒸氣是船舶動(dòng)力裝置中的重要能源之一。它的作用是：推動(dòng)主、輔汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；加熱燃油、潤滑油和工作水，使之達(dá)到要求的溫度；作為船員

25、生活用的熱源等等。鍋爐裝置的功能是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并且把水加熱成預(yù)定參數(shù)的水蒸氣。因此，船舶鍋爐是船舶動(dòng)力裝置中的重要組成部分。</p><p><b>　　1.1概要</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)船舶鍋爐自動(dòng)化之后，有以下幾點(diǎn)收益</p><p>　　（1）能使鍋爐在任何負(fù)荷下汽壓和汽溫的變化不超過規(guī)定值，提供較高質(zhì)量的蒸汽，并

26、保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性，提高了整個(gè)動(dòng)力裝置的效率。</p><p>　?。?）能及時(shí)發(fā)覺和消除不正常工況，使鍋爐工作安全可靠，減少發(fā)生事故的可能性。</p><p>　　（3）可減輕值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和緊縮人員編制，給操作和管理帶來方便。</p><p>　　當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后也不是一勞永逸的，而要付出一定的維護(hù)工作量，對自動(dòng)系統(tǒng)的所有設(shè)施必須經(jīng)常細(xì)心檢查，使之處于良好

27、的性能狀態(tài)，才能得到預(yù)期的效果。此外，對掛歷人員的技術(shù)要求也比較高。 </p><p>　　所謂船舶鍋爐自動(dòng)控制，包括一下內(nèi)容。</p><p>　?。?）自動(dòng)調(diào)節(jié)。鍋爐中工作過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)，是使有關(guān)的被調(diào)參數(shù)如蒸汽壓力

28、和溫度以及水位等在任何工況下均能自動(dòng)維持所要求的規(guī)定值，或使它們按一定的規(guī)律變化。</p><p>　?。?）程序控制。在操作指令作用下，按照規(guī)定的操作程序自動(dòng)完成某一操作過程，如鍋爐的啟動(dòng)過程其操作步驟就是經(jīng)常在程序控制下進(jìn)行的</p><p>　?。?）安全保護(hù)和自動(dòng)連鎖。安全保護(hù)設(shè)施主要在鍋爐的某個(gè)工作過程處于極度異常狀態(tài)并影響安全運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行必要的操作措施，起到解危作用，一般總是停

29、止燃燒是整個(gè)鍋爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通常還同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警。自動(dòng)連鎖裝置是用來當(dāng)設(shè)備發(fā)生誤操作或故障時(shí)，自動(dòng)阻止有關(guān)操作的進(jìn)行或繼續(xù)進(jìn)行，避免導(dǎo)致事故的發(fā)生。如鍋爐鼓風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)，燃燒器噴油唨就會(huì)自動(dòng)立即停止噴油?？梢姳Ｗo(hù)和連鎖裝置是全自動(dòng)控制的鍋爐中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)</p><p>　?。?）熱工檢測。為了隨時(shí)掌握鍋爐運(yùn)行工況并鑒別其是否良好，必須不斷地監(jiān)視和測量有關(guān)工作參數(shù)如蒸汽壓力、溫度、流量和水位以至

30、水和蒸汽的含鹽量等，以了解熱力過程的動(dòng)態(tài)，由此還可分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的效果。</p><p>　?。?）遙控。遙控就是借助于液壓、壓縮空氣、電力或機(jī)械傳動(dòng)的配合，用手動(dòng)控制位于遠(yuǎn)處的閥門或其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?）技術(shù)信號。技術(shù)信號在自動(dòng)控制工作過程中起著使環(huán)節(jié)間取得聯(lián)系、反映系統(tǒng)工況和設(shè)備工作狀態(tài)等作用，另外在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，則有沖量信號、指揮信號、執(zhí)行信號和反饋信號等，不過它

31、們在工作范疇上不同于技術(shù)信號。</p><p>　　當(dāng)然，并不是每一臺(tái)具有自動(dòng)控制設(shè)施的船舶鍋爐都包括以上全部內(nèi)容，而是因鍋爐的蒸發(fā)量大小，參數(shù)高低、用途不同以及整個(gè)機(jī)艙自動(dòng)化程度的高低而有所取舍，其中最主要的是鍋爐工作過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)。</p><p>　　1.2船舶鍋爐自動(dòng)控制國內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　我國從60年代開始從事鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究工作，到70

32、年代初研制成強(qiáng)制循環(huán)輔助鍋爐的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，直到90年代開始研制以編程控制器為核心的輔助鍋爐燃燒控制裝置。但是國內(nèi)仍有許多船舶使用傳統(tǒng)的鍋爐控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)本身的局限性與缺點(diǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)不了鍋爐控制的效率性和節(jié)能性，更會(huì)對船舶鍋爐的工作安全造成影響，容易造成事故。</p><p>　　目前，國內(nèi)外關(guān)于船舶鍋爐控制系統(tǒng)的研究也主要集中在可編程控制器上面。2002年，文獻(xiàn)《大型船用鍋爐的PLC控制》中采用了PLC

33、來實(shí)現(xiàn)船舶鍋爐的控制，文中體現(xiàn)了PLC在實(shí)現(xiàn)船舶鍋爐控制過程中的精確及優(yōu)越性。2005年，文獻(xiàn)《組態(tài)控制軟件在船舶鍋爐的應(yīng)用》中提出了以組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)對船舶鍋爐的控制，文中介紹了組態(tài)軟件的優(yōu)點(diǎn)，能夠提供基于Windows瀏覽器風(fēng)格的數(shù)據(jù)庫瀏覽窗口，可以直觀地查詢并在線修改數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，能顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面、變量變化趨勢、報(bào)表、批次控制、MES等。2008年，文獻(xiàn)《基于PLC與組態(tài)軟件的船舶鍋爐控制系統(tǒng)》中，結(jié)合PLC與組態(tài)軟件進(jìn)行對

34、船舶鍋爐的實(shí)時(shí)控制，具有很了擴(kuò)展性,可以把其他的機(jī)艙設(shè)備融入此控制系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙提供較有價(jià)值的理論依據(jù)?？傊?，PLC應(yīng)用于船舶鍋爐的控制系統(tǒng)中，能夠更為精確地實(shí)現(xiàn)對鍋爐主要參數(shù)的控制、報(bào)警及調(diào)試，使鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行效率效能。</p><p>　　1.3 本課題研究內(nèi)容</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，作為電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要組成部分的PLC問世以來，引起了國內(nèi)外電

35、氣行業(yè)的普遍關(guān)注，現(xiàn)己成為具有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品?，F(xiàn)代PLC控制技術(shù)因其可靠性高、運(yùn)用靈活，廣泛地應(yīng)用在自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域。但是日前我國的船舶鍋爐控制系統(tǒng)上，雖有一定程度的自動(dòng)化控制，但控制系統(tǒng)基本上是采用接觸器-繼電器系統(tǒng)，系統(tǒng)線路復(fù)雜、可靠性差、維護(hù)工作量大。為改善船舶工藝、提高生產(chǎn)效率，采用PLC控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)控制，具有廣泛的市場前景。</p><p>　　本課題將對船舶鍋爐使用的

36、特殊性及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，對可編程控制器（PLC）進(jìn)行了解學(xué)習(xí)，擬定船舶鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成和控制方案，以船舶鍋爐蒸汽壓力自動(dòng)控制，燃燒程序的自動(dòng)控制，鍋爐水位自動(dòng)控制，保護(hù)與報(bào)警等環(huán)節(jié)為主，結(jié)合可編程控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)船舶鍋爐的自動(dòng)控制及其控制系統(tǒng)。</p><p>　　第2章 可編程控制器介紹及型號選擇</p><p>　　2．1可編程控制器介紹</p><

37、p>　　2.1.1可編程控制器（PLC）的定義</p><p>　　可編程控制器技術(shù)發(fā)展很快，給他下一個(gè)確切的定義和困難，因此，到目前為止，還未能對其下一個(gè)最后的定義?？删幊踢壿嬁刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式、莫伊式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過

38、程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。</p><p>　　2.1.2可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)</p><p>　　可編程控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，其出現(xiàn)后就受到普遍重視，發(fā)展也十分迅速。在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有極其重要

39、的地位，它有以下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) </p><p>　　可編程控制起的平均無故障時(shí)間長達(dá)3萬h。工業(yè)生產(chǎn)一般是在惡劣環(huán)境中進(jìn)行的高強(qiáng)度作業(yè)，這就要求其設(shè)備具有較高的可靠性和抗干擾能力。為了能夠具有這樣的可靠性，開發(fā)PLC時(shí)，在硬件方面采用了屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)隔離及模塊結(jié)構(gòu)等措施來增加PLC的可靠性，在軟件方面，設(shè)置了自診斷、警戒時(shí)鐘

40、WDT、信息保護(hù)和恢復(fù)等措施。此外，PLC采用周期掃描、集中采樣。集中輸出的工作方式也極有的提高了自身的抗干擾能力。 </p><p>　　（2）控制程序可變，具有很好的柔性</p><p>　　在生產(chǎn)工藝流程改變或設(shè)備更新，需要改變控制功能時(shí),PLC往往不必改變硬件設(shè)備，只需要改變一下應(yīng)用程序就可以達(dá)到目的。</p><p>　?。?）編程方便簡單易學(xué)&

41、lt;/p><p>　　大多數(shù)的PLC編程采用的都是與繼電控制電路相似的梯形圖。形象直觀，易學(xué)易懂，受到了普遍歡迎。</p><p>　?。?）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高</p><p>　　不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，還具有較強(qiáng)的數(shù)值處理功能、模擬量輸入輸出處理功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能等。</p><p>　?。?）體積小，重量輕，能耗低&l

42、t;/p><p>　　由于半導(dǎo)體集成電路的應(yīng)用，PLC的體積相對小，一臺(tái)收音機(jī)大小的PLC具有相當(dāng)于3個(gè)1.8米高的繼電器柜的功能，節(jié)電能達(dá)50%以上。</p><p>　　2.1.3可編程控制器（PLC）的 應(yīng)用領(lǐng)域 </p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在鋼鐵、石油、化工、電力等各個(gè)行業(yè)都可以看到PLC的應(yīng)用，PLC即可以進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制又可以進(jìn)行模擬

43、量的控制，只需要配備相應(yīng)的IO模塊和配套裝置即可。PLC主要的應(yīng)用領(lǐng)域大致有如下幾類。</p><p><b>　?。?）運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　由于模擬量輸入輸出功能的實(shí)現(xiàn)，也由于PLC對數(shù)據(jù)處理功能的提高，PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊

44、。 </p><p><b>　　（2）過程控制 </b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。通過PLC模擬量輸入、輸出模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)值練之間的轉(zhuǎn)換。并利用PID子程序或?qū)Ｓ玫闹悄躊ID模塊對模擬量進(jìn)行閉環(huán)控制。PLC的模擬量PID控制已經(jīng)廣泛用于冶金、 化工、熱處理、鍋爐控制等場合。</p>

45、<p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　現(xiàn)代的PLC不僅能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)通信等。一般說來，數(shù)據(jù)處理常用于較復(fù)雜的大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)等。</p><p><b>　?。?）通信及聯(lián)網(wǎng) </b></p><p&

46、gt;　　PLC的通信包括基本單元與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、PLC之間的通信、PLC和智能設(shè)備之間的通信。</p><p>　　2.1.4可編程控制器（PLC）的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　自從美國DEC公司1968年研制成世界上第一臺(tái)可編程控制器到現(xiàn)在，PLC技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。在美國、日本、德國、法國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已發(fā)展成為重要的行業(yè)，PLC產(chǎn)品已成為工業(yè)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化

47、設(shè)備，在國際市場上成為倍受歡迎的暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為一種世界潮流。目前，PLC的產(chǎn)品多達(dá)數(shù)百種，廠家遍布世界各地，不同地域，不同廠家的產(chǎn)品在使用上相差甚遠(yuǎn)，甚至同一廠家不同系列的產(chǎn)品在編程語言和編程方法上也有較大差異。PLC技術(shù)發(fā)展動(dòng)向</p><p>　　（1）規(guī)模上大小兩頭發(fā)展</p><p>　?。?）編程語言向標(biāo)準(zhǔn)化靠攏</p><p>

48、　?。?）輸入輸出模塊智能化和專用化</p><p>　　（4）網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　?。?）控制與管理功能一體化</p><p>　　2．2可編程控制器的組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1可編程控制器硬件組成</p><p>　　可編程控制器硬件的主要由微處理器。存儲(chǔ)器、I/O接口電路、電源、擴(kuò)

49、展接口、外設(shè)接口及編程器等組成。見圖2.1所示</p><p>　　圖2.1 PLC控制系統(tǒng)示意圖</p><p><b>　?。?）CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成，在可編程控制器系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸。存儲(chǔ)器用來儲(chǔ)存程

50、序和數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　（2）I/O模塊</b></p><p>　　輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測

51、速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供連續(xù)變化的模擬量輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V 和交流220V。從外部引入的尖銳電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使用權(quán)可編程控制器不能正常工作。在I/O模塊中，用光電耦合器，光電可控硅、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。根據(jù)鍋爐工作過程來確定本設(shè)計(jì)的I/O輸入和輸出接口，在本文中主要是以數(shù)字量信號為主。輸入信號是傳感器開關(guān)信號，輸

52、出基本是繼電器線圈信號。</p><p><b>　?。?）編程器</b></p><p>　　編程器可以連接在可編程控制器上，將編程取下來后系統(tǒng)也可以運(yùn)行。一般只在程序邏輯輸入、調(diào)試和檢修時(shí)使用編程器，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)編程序控制器公用。編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程控制器運(yùn)行中各種編程元件的工作狀態(tài) 。</p><p&

53、gt;　?。?）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器</p><p>　　它用以存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋功能子程序的調(diào)用管理程序，以及對應(yīng)定義（I/0、內(nèi)部繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器等存儲(chǔ)系統(tǒng)）參數(shù)等功能。</p><p><b>　?。?）用戶存儲(chǔ)器</b></p><p>　　用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用

54、戶程序。PLC的用戶存儲(chǔ)器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲(chǔ)容量。同時(shí)，由于前面所說的系統(tǒng)程序直接關(guān)系到PLC的性能，不能由用戶直接存取。因而通常PLC產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器型式或存儲(chǔ)方式及容量，是對用戶程序存儲(chǔ)器而言。</p><p>　　（6）外部設(shè)備 </p><p>　　一般PLC都配有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、EPR0M寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。<

55、/p><p><b>　?。?）電源</b></p><p>　　可編程控制器使用220V交流電源或24V直流電源?？删幊炭刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電，某些可編程控制器可以輸入電路和外部電子檢測裝置（如接近開關(guān)）提供24V真流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶提供。</p><p>　　2.2.2可編程控制器軟件組成&l

56、t;/p><p>　　PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要有軟件系統(tǒng)的支撐，兩者缺一不可。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序（又稱系統(tǒng)軟件）和用戶程序（又稱應(yīng)用軟件）兩大部分組成。</p><p><b>　　（1）系統(tǒng)程序</b></p><p>　　系統(tǒng)程序由制造商設(shè)計(jì)的，由管理程序（操作和管理，生成用戶組成，內(nèi)部自我測試），用戶的命令解釋器，編輯器，功能子程

57、序，并呼吁管理例程。它結(jié)合了PLC的硬件系統(tǒng)，完整的系統(tǒng)診斷，命令解釋程序，子程序調(diào)用管理功能，邏輯運(yùn)算，通訊和各種參數(shù)設(shè)置等功能，提供了PLC的運(yùn)行平臺(tái)</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)管理程序</b></p><p>　　負(fù)責(zé)整個(gè)PLC系統(tǒng)管理運(yùn)行的程序，因此是對核心管理計(jì)劃最重要的部分管理過程包括以下三個(gè)部分。</p><p>　　

58、①運(yùn)行管理：運(yùn)作和時(shí)間分配管理，即控制可編程控制器的輸入，輸出，計(jì)算和通信的自我時(shí)間。</p><p>　?、诖鎯?chǔ)空間的分配管理：主要用于存儲(chǔ)空間管理，即生成用戶環(huán)境，它提供了各種參數(shù)，程序存儲(chǔ)地址，用戶數(shù)據(jù)參數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式和地址的物理存放地址。有限的資源，就成了用戶可直接使用的組件很容易.</p><p>　?、巯到y(tǒng)自檢程序：包括系統(tǒng)的誤差測試，用戶程序的語法測試，檢驗(yàn)和短語品種

59、，警告時(shí)鐘運(yùn)行等。在根據(jù)整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的管理程序，將能正常工作的要求。</p><p>　　（2）用戶指令解釋程序（包含編輯程序）</p><p>　　命令解釋器的用戶的主要任務(wù)是利用由機(jī)器到機(jī)器語言程序理解用戶的PLC的編程語言。梯形圖程序?qū)⒈晦D(zhuǎn)換成一個(gè)對應(yīng)的機(jī)器語言之一，然后通過CPU的步驟來完成此功能。在實(shí)踐中，為了節(jié)省內(nèi)存和提高速度的解釋，用戶程序代碼存儲(chǔ)在PLC中。用戶將在這

60、一步的形式是通過代碼程序的編輯程序，可以插入，刪除，檢查，排除故障，以方便用戶程序調(diào)試。</p><p>　　（3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和系統(tǒng)調(diào)用</p><p>　　這部分主要由許多獨(dú)立的模塊組成，各自能完成不同的功能，有些完成I/O，有些完成特殊運(yùn)算等。</p><p><b>　?。?）用戶程序</b></p><p>　　P

61、LC的用戶程序是由制造商采用PLC編程語言提供的用戶，根據(jù)行業(yè)網(wǎng)站編程控制的目的。它是在PLC的用戶存儲(chǔ)器中，用戶可以控制不同的系統(tǒng)要求，原來的應(yīng)用程序改寫或刪除。用戶程序的邏輯控制程序，包括交換機(jī)，模擬計(jì)算程序，方案和操作站閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用等。</p><p>　　2.3三菱FX2N系列可編程控制器</p><p>　　FX2N系列可編程控制器是日本三菱公司生產(chǎn)的超小型、小型系列產(chǎn)品。

62、是一種進(jìn)入我國市場最早的產(chǎn)品之一，在我國電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用。到目前為止，已有F、F1、F2、FX2、FX1、FX2C、FX0、FX0N、FX0S、FX2N、FX2NC、FX1S、FX1N和最近推出的FX3U、FX3UC型等多種可編程控制器。日本三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器發(fā)展很快，控制功能也在不斷增強(qiáng)，早期的產(chǎn)品現(xiàn)在基本不再使用了，另外，日本三菱公司還生產(chǎn)有A系列和Q系列中、大型可編程控制器。</p><

63、p>　　2.3.1 FX2N系列可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它是專門為工業(yè)電氣控制而設(shè)計(jì)的，它的設(shè)計(jì)思想也來之于常規(guī)的繼電器、開關(guān)控制電路。所以，盡管PLC的控制原理與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)，但是在初次學(xué)習(xí)PLC的控制原理時(shí)，可以先不必從計(jì)算機(jī)的角度上去理解它，而把它當(dāng)作一個(gè)由各種控制功能的繼電器、開關(guān)等控制元件組成的控制裝置來看待。</p><

64、p>　　(1)FX2N型PLC基本單元的外形結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.2 為FX2N型PLC基本單元的外形，PLC主要是通過輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、熱繼電器接點(diǎn)、壓力繼電器接點(diǎn)、數(shù)字開關(guān)等。輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號燈、報(bào)警器、電磁鐵、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等。</p><p>

65、;　　為了反映輸入和輸出的工作狀態(tài)，PLC設(shè)置了輸入和輸出信號燈，例如某輸入端子連接的按鈕閉合時(shí)，對應(yīng)輸入端子的輸入信號燈亮。例如某輸出端子連接的繼電器線圈動(dòng)作時(shí)，對應(yīng)輸出端子的輸出信號燈亮。為觀察PLC的輸入輸出工作狀態(tài)提供了方便。</p><p>　　在常規(guī)電氣控制電路中，輸入元件和輸出元件的連接是通過導(dǎo)線連接的。而PLC的輸入元件和輸出元件的連接不是通過導(dǎo)線連接的，而是通過程序來連接的。所以不會(huì)發(fā)生常規(guī)電氣

66、控制電路所出現(xiàn)的問題。</p><p>　　PLC的控制程序由編程器或計(jì)算機(jī)通過編程電纜輸入到PLC中，還可以對PLC內(nèi)部控制的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和修改，十分方便。當(dāng)控制功能發(fā)生變化時(shí)，不必重新改接線，只需改變程序就可以了。</p><p>　　FX2N型可編程序控制器上設(shè)置有4個(gè)指示燈，以顯示PLC的電源、運(yùn)行/停止、內(nèi)部鋰電池的電壓、CPU和程序的工作狀態(tài)。</p>&l

67、t;p>　　FX2N型可編程序控制器是一種小型機(jī)，一般小型機(jī)多采用整體式，當(dāng)輸入輸出不夠用時(shí)可以通過擴(kuò)展端口增加輸入輸出的擴(kuò)展模塊，通過擴(kuò)展端口還可以連接各種特殊模塊。</p><p>　　2.3.2 FX2N型PLC的主要種類及型號</p><p>　　1) FX2N型PLC的主要種類</p><p>　　FX2N型PLC按品種可分為基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展

68、模塊和特殊擴(kuò)展設(shè)備，見表2.1、2.2、2.3所示。</p><p>　　表2.1 基本單元一覽表</p><p>　　表2.2 擴(kuò)展單元一覽表</p><p>　　表2.3 擴(kuò)展模塊一覽表</p><p>　　注：( )中的數(shù)字?jǐn)U展設(shè)備占用點(diǎn)數(shù)，控制電源(DC5V)由基本單元或擴(kuò)展單元供電。</p><p>　　

69、基本單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPU和內(nèi)部存儲(chǔ)器組成，只有基本單元可以單獨(dú)使用，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不足時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成，需要和基本單元一起使用。擴(kuò)展模塊由內(nèi)部輸入輸出組成，自身不帶電源，由基本單元、擴(kuò)展單元供電，需要和基本單元一起使用。特殊擴(kuò)展設(shè)備可分為三類：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元。是一些特殊用途的裝置。特殊功能板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入輸出、高速計(jì)數(shù)、脈沖輸

70、出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。</p><p>　　2) FX2N型PLC的型號</p><p>　　FX2N型PLC的型號可表示如下：</p><p>　　FX2N－128 M R－001</p><p>　?、?② ③④ ⑤</p><p>　　① PLC系列名稱，② 輸入和輸出點(diǎn)數(shù)總和，128為

71、64點(diǎn)輸入和64點(diǎn)輸出，③ 單元種類：M－基本單元，E－輸入輸出混合擴(kuò)展模塊及擴(kuò)展單元，EX－輸入專用擴(kuò)展模塊，EY－輸出專用擴(kuò)展模塊，④ 輸出型式：R－繼電器輸出，S－晶閘管輸出，T－晶體管輸出，⑤ 其它區(qū)分：001－專為中國推出的產(chǎn)品。例：型號FX2N－128 M R－001表示為FX2N型PLC，64點(diǎn)輸入和64點(diǎn)輸出，128點(diǎn)基本單元，繼電器輸出方式，專為中國推出的產(chǎn)品。</p><p>　　2.3.3

72、FX2N型PLC的軟元件</p><p>　　1) 通用輔助繼電器</p><p>　　通用輔助繼電器的元件編號為M0～M499，共500點(diǎn)。它和普通的中間繼電器功能一樣，運(yùn)行時(shí)，如果通用輔助繼電器線圈得電，當(dāng)電源突然中斷時(shí)線圈失電，若電源再次接通時(shí)，線圈仍失電。通用輔助繼電器也可通過參數(shù)設(shè)定將其改為斷電保持輔助繼電器。</p><p>　　2) 斷電保持輔助繼電器

73、</p><p>　　斷電保持輔助繼電器的元件編號為M500～M3071</p><p>　　其中M500～M1023共524點(diǎn)，可通過參數(shù)設(shè)定將其改為通用輔助繼電器。</p><p>　　M1024～M3071共2048點(diǎn)，為專用斷電保持輔助繼電器。其中M2800～M3071用于上升沿，下降沿指令的接點(diǎn)時(shí)，有一種特殊性，</p><p>　

74、　3) 特殊輔助繼電器</p><p>　　特殊輔助繼電器的元件編號為M8000—M8255，共有256點(diǎn)。但其中有些元件編號沒有定義，不能使用。特殊輔助繼電器用來表示PLC的某些狀態(tài)、提供時(shí)鐘脈沖和標(biāo)志(如進(jìn)位、借位標(biāo)志等)、設(shè)定PLC的運(yùn)行方式、步進(jìn)順控、禁止中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式等。 </p><p>　　(3)狀態(tài)繼電器(S)</p><p>　　狀態(tài)繼

75、電器(S)主要用于步進(jìn)順序控制，在工業(yè)控制過程中有很多設(shè)備都是按一定動(dòng)作順序工作的，例如機(jī)械手抓取物品，機(jī)床加工零件等都是按一系列固定動(dòng)作一步一步完成的。這種步進(jìn)順序控制方式用狀態(tài)繼電器進(jìn)行控制將會(huì)變得很方便，狀態(tài)繼電器采用專用的步進(jìn)指令進(jìn)行編程，</p><p>　　(4) 定時(shí)器(T)</p><p>　　定時(shí)器相當(dāng)于通電延時(shí)型時(shí)間繼電器，在梯形圖中起時(shí)間控制作用， FX2N系列PLC

76、給用戶提供了256個(gè)定時(shí)器，其編號為T0～T255。其中通用定時(shí)器246個(gè)，積算定時(shí)器10個(gè)。每個(gè)定時(shí)器的設(shè)定值在K0～K32767之間，設(shè)定值可以用常數(shù)K進(jìn)行設(shè)定，也可以用數(shù)據(jù)寄存器(D)的內(nèi)容來設(shè)定。例如用外部數(shù)字開關(guān)輸入的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)寄存器(D)中作為定時(shí)器的設(shè)定值。定時(shí)器按時(shí)鐘脈沖分有1ms、10 ms、100 ms三擋，當(dāng)所計(jì)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器的類型如表3-6所示。FX2N型PLC中的定時(shí)器實(shí)際上是對時(shí)鐘脈

77、沖計(jì)數(shù)來定時(shí)的，所以定時(shí)器的動(dòng)作時(shí)間等于設(shè)定值乘它的時(shí)鐘脈沖。例如定時(shí)器T200的設(shè)定值為K30000，其動(dòng)作時(shí)間等于30000×10 ms＝300秒。</p><p><b>　　(5)計(jì)數(shù)器(C)</b></p><p>　　計(jì)數(shù)器用于對各種軟元件接點(diǎn)的閉合次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器可分為兩大類：內(nèi)部信號計(jì)數(shù)器和外部信號計(jì)數(shù)器(即高速計(jì)數(shù)器)。</p&g

78、t;<p>　　(6) 數(shù)據(jù)寄存器(D) </p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器(D)主要用于數(shù)據(jù)處理，如表2.4所示。</p><p>　　表2.4數(shù)據(jù)寄存器分類及元件號</p><p>　　①非停電保持型，但可利用參數(shù)設(shè)定變?yōu)橥ｋ姳３中汀?lt;/p><p>　?、谕ｋ姳３中?，但可利用參數(shù)設(shè)定變?yōu)榉峭ｋ姳３中汀?lt;/p>

79、<p>　?、鄄荒芾脜?shù)設(shè)定變?yōu)榉峭ｋ姳３中汀?lt;/p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器都是16位的，最高位為正負(fù)符號位，可存放16位二進(jìn)制數(shù)。也可將2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器組合，可存放32位二進(jìn)制數(shù)，最高位是正負(fù)符號位。</p><p>　　1個(gè)數(shù)據(jù)寄存器(16位)處理的數(shù)值為－32768～＋32767。其數(shù)據(jù)表示如圖3-26(a)所示。寄存器的數(shù)值讀出與寫入一般采用功能指令。也可以由數(shù)據(jù)存取

80、單元(顯示器)或編程器等設(shè)備讀出或?qū)懭搿?lt;/p><p>　　2個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)寄存器可以表示32位數(shù)據(jù)，可處理－2147483648～＋2147483647的數(shù)值．，在指定32位時(shí) (高位為大號，低位為小號。在變址寄存器中，V為高位，Z為低位) ，如指定D0，則實(shí)際上是把高16位存放在D1中，把低16位存放在D0中。低位可用奇數(shù)或偶數(shù)元件號，考慮到外圍設(shè)備的監(jiān)視功能，低位可采用偶數(shù)元件號。</p>&

81、lt;p>　　第3章 船舶鍋爐控制</p><p>　　3.1船舶鍋爐給水過程自動(dòng)控制</p><p>　　檢測指標(biāo)的水平，根據(jù)控制水平達(dá)到4（較低的水平，水，停止水位，最高水位）的三個(gè)開關(guān)信號接入到PLC，PLC控制的水泵電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)了水位的控制，低水位連鎖，報(bào)警處理，水泵的聯(lián)鎖控制電機(jī)故障，使系統(tǒng)全自動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行。</p><p><b>　　調(diào)節(jié)

82、方案：</b></p><p>　　船用輔助鍋爐蒸發(fā)量小，其汽包尺寸相對較大，因而水位飛升速度小而虛假水位程度一般。又由于船舶上加熱系統(tǒng)對用汽質(zhì)量要求不高，工作水位通常允許在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，因此常用以水位本身為唯一信號的單沖量雙位調(diào)節(jié)方案，調(diào)節(jié)器則多用電動(dòng)式。對于一些蒸發(fā)量較大，負(fù)荷變動(dòng)頻繁、汽包容積比較小的水管式輔助鍋爐，也有采用連續(xù)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，以期得到滿意的效果。</p><p

83、>　　3.2船舶鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制</p><p>　　燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制就是蒸汽壓力的自動(dòng)控制。汽壓是燃燒自動(dòng)控制的被控參數(shù)。對鍋爐發(fā)出起動(dòng)信號后，自動(dòng)起動(dòng)油泵和風(fēng)機(jī)，并把風(fēng)門調(diào)到最大而不向爐膛內(nèi)供油，用壓縮空氣大風(fēng)量吹掃，即“預(yù)掃風(fēng)”，以防止點(diǎn)火時(shí)發(fā)行“冷爆”。預(yù)掃氣結(jié)束后自動(dòng)把風(fēng)門關(guān)到最小位置，打開點(diǎn)火噴油電磁閥，供入少量燃油;同時(shí)接通點(diǎn)火變壓器進(jìn)行點(diǎn)火。點(diǎn)火成功后，自動(dòng)斷開點(diǎn)火變壓器，燃油電磁閥正

84、常打開，進(jìn)入正常燃燒。</p><p>　　對燃燒過程的穩(wěn)定性是必要留在能量平衡輸入和輸出。在滾筒式鍋爐，燃燒熱的區(qū)域轉(zhuǎn)移和蒸汽的平衡可通過壓力的特點(diǎn)，它會(huì)自動(dòng)調(diào)整燃燒過程的主要任務(wù)是使出口蒸汽壓力（要傳輸?shù)臄?shù)量）保持在允許范圍內(nèi)，以使兩個(gè)器件的工作與經(jīng)濟(jì)工作的蒸汽，在規(guī)定壓力蒸汽負(fù)荷波動(dòng)變化，需要對數(shù)量的燃料轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰科胶?，以盡快重建并完成調(diào)整過程，以恢復(fù)和穩(wěn)定的壓力。因此，調(diào)整燃燒過程，通常被稱為熱負(fù)荷調(diào)節(jié)或

85、負(fù)載調(diào)節(jié)，從而調(diào)整了量感，也可作為壓力調(diào)節(jié)器而聞名。</p><p>　　3.3船舶鍋爐蒸汽壓力自動(dòng)控制</p><p>　　蒸汽壓力通過壓力傳感器的執(zhí)行情況。水位是正常的，如蒸汽壓力0.4 -0.46MPa鍋爐正常燃燒時(shí)，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，蒸汽壓力可達(dá)0.46MPa鍋爐停止燃燒時(shí)，諸如失敗時(shí)的蒸汽壓力仍高達(dá)0.49MPa，切斷電源和報(bào)警;時(shí)的蒸汽壓力為0.4MPa以下的鍋爐重新點(diǎn)火燃燒下降。

86、目前采用壓力蒸汽壓力傳感器通過壓力開關(guān)，信號接入PLC的，兩個(gè)數(shù)字輸入，或使用壓力傳感器將信號發(fā)送器，一路訪問PLC模擬量輸入，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)燃燒（大，小火）控制和壓力限制保護(hù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控。</p><p>　　其次是燃燒過程，以保證一定的經(jīng)濟(jì)，必須有空氣流動(dòng)，為適應(yīng)燃料供應(yīng)，使之保持適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)A因此，調(diào)整之間的風(fēng)比石油燃燒時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)整第二個(gè)任務(wù)。為輔助鍋爐，由于蒸發(fā)和降低油耗，比主要的鍋爐調(diào)整的任務(wù)要求低。此外

87、，船上的爐燃油鍋爐的條件是相對穩(wěn)定，一般不具備排氣扇干擾，因此在船舶鍋爐爐膛壓力控制是罕見的。</p><p>　　3.4船舶鍋爐的自動(dòng)安全保護(hù)和報(bào)警</p><p>　　自動(dòng)控制不是一勞永逸絕對可靠的，特別是對無人照管的全自動(dòng)系統(tǒng)來講，安全保護(hù)裝置更是不可缺少的組成部分。無論是水位過低和汽包缺水，氣壓過高和爐膛熄火，都將影響正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致重大的事故。</p><p&

88、gt;<b>　?。ㄒ唬鈮哼^高保護(hù)</b></p><p>　　當(dāng)鍋爐壓力到高壓力保護(hù)，高電壓保護(hù)繼電器，所以停止運(yùn)行，并切斷甚至席卷風(fēng)停后，燃油噴射泵，風(fēng)扇經(jīng)過一段時(shí)間，同時(shí)聲音報(bào)警，自動(dòng)關(guān)機(jī)。</p><p>　?。ǘ┪ｋU(xiǎn)低水位保護(hù)</p><p>　　當(dāng)水位控制系統(tǒng)故障或其他故障的供水無法正常，時(shí)間，如果水位降至低水位后仍沒有供水的運(yùn)

89、作，并繼續(xù)降低到了危險(xiǎn)的低水平，低水位保護(hù)移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，切斷燃油電磁閥，燃油泵和風(fēng)扇，以達(dá)到在同一時(shí)間關(guān)閉，發(fā)出警報(bào)聲。</p><p><b>　?。ㄈt膛熄火</b></p><p>　　該保護(hù)是指鍋爐關(guān)閉中途突然轉(zhuǎn)向，同時(shí)您應(yīng)立即斷絕油風(fēng)，同時(shí)聲光報(bào)警，安全保護(hù)的執(zhí)行停止燃燒。這種保護(hù)通常是通過一個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鱽韺?shí)現(xiàn)的行動(dòng)。</p><p>

90、;　　第4章 PLC自動(dòng)控制的船舶鍋爐硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　對于船舶鍋爐控制系統(tǒng)，本文采用三菱FX2N系列的48點(diǎn)FX2N-48MR型PLC來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過鍋爐運(yùn)行過程中各個(gè)部分的運(yùn)行參數(shù)及安全保護(hù)報(bào)警等信號量輸入PLC的輸入I/O端口，根據(jù)已設(shè)定的PLC程序?qū)﹀仩t的各種動(dòng)作進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)等，從認(rèn)識其動(dòng)作有序、可靠，達(dá)到對鍋爐的工作進(jìn)行最優(yōu)的控制及安全保護(hù)。</p><p>　

91、　4.1 FX2N-48MR型PLC硬件</p><p>　　本文的硬件設(shè)計(jì)部分主要是用來實(shí)現(xiàn)三菱FX2N-48MR型鍋爐的控制和安全保護(hù)系統(tǒng)。FX2N-48MR型PLC電源模塊是通過終端/否L型連接AC220V電源，其頻率為50HZ，允許在10ms的瞬間功率，PLC將繼續(xù)運(yùn)行。隨附的電源電路保險(xiǎn)絲規(guī)格250V的5A條，以保護(hù)PLC不會(huì)受到損壞。這是基本單元和擴(kuò)展單元，直流24V電壓，+24 V端出現(xiàn)無法連接外部

92、電源供應(yīng)，空氣不能被外部端子接線，以免損壞機(jī)器。</p><p>　　4.1.1 I/O接口模塊</p><p>　　I/O接口模塊分為輸入電路與輸出電路兩部分。</p><p><b>　?。?）輸入電路模塊</b></p><p>　　輸入信號的電壓規(guī)格為DC24V，輸入的動(dòng)作表示是輸入連接時(shí)LED燈，其輸入電路之間

93、采用光耦合絕緣。輸入端子和COM端子之間用無電壓接點(diǎn)或NPN開路集電極晶體管連接美就進(jìn)入輸入狀態(tài)，可編程控制器內(nèi)連接多個(gè)輸入COM端子。</p><p>　　其中輸入電路和二次電路光耦合器具有絕緣二次回路有一個(gè)CR濾波器。這是為了防止振動(dòng)和噪聲的輸入和輸入線接觸噪聲引起故障的混合。</p><p><b>　?。?）輸出電路模塊</b></p><

94、p>　　在COM輸出端子輸出繼電器的COM1?所有公共模塊單元的COM5終端可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路的不同電壓系統(tǒng)。本文中使用電壓AC220V和AC380V電路系統(tǒng)。</p><p>　　線圈的輸出與PLC的內(nèi)部電路和外部負(fù)載之間的各種公共端點(diǎn)的電氣絕緣電路實(shí)現(xiàn)的接觸是互相分隔。繼電器線圈通電，是從一開始到輸出觸點(diǎn)或電路開或關(guān)響應(yīng)時(shí)間約10ms。</p><p>　　4.1.2 CPU模塊&

95、lt;/p><p>　　PLC的CPU模塊為核心模塊，它繼續(xù)捕捉輸入信號，用戶程序，不斷有更新系統(tǒng)的輸出信號。它不斷地監(jiān)控系統(tǒng)的工作本身，而在發(fā)生故障時(shí)，故障報(bào)警信號，立即，讓系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。 CPU的模塊組成，由一個(gè)微處理器和內(nèi)存。除了包含微處理器控制器和運(yùn)算器，有一個(gè)計(jì)時(shí)器，計(jì)數(shù)器和Flagger很多。它可完成算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。 CPU可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字I/ O控制，而且還實(shí)現(xiàn)模擬量I/ O控制。PLC的

96、整體硬件接線圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 整體硬件接線圖</p><p>　　根據(jù)以上PLC的輸入I/O及其輸出I/O的分配來進(jìn)行FX2N-48MR的硬件連接。本系統(tǒng)PLC基本配置要求是17個(gè)輸入I/O點(diǎn)，19個(gè)輸出I/O點(diǎn)。其中輸入SB0是啟動(dòng)開關(guān)；X1、X2、X3的輸入信號時(shí)水位檢測信號；X4、X5、X6、X7的輸入信號時(shí)重油檢測電路信號；X10是點(diǎn)火監(jiān)測點(diǎn)火成功輸入

97、信號；SB13是停爐開關(guān)；SB14是報(bào)警應(yīng)答開關(guān)；SB15是風(fēng)門上限開關(guān)；SB16是風(fēng)門下限開關(guān)；X17、X20是蒸汽壓力檢測電路信號；X21是火焰檢測電路信號。</p><p>　　輸出部分中KM0是水泵繼電器線圈，F(xiàn)M1是水位報(bào)警蜂鳴器，KM2是重油加熱器繼電器線圈，KM3是重油泵繼電器線圈，KM4是風(fēng)機(jī)風(fēng)門開大繼電器線圈，KM5是輕油泵繼電器線圈，KM6是風(fēng)機(jī)風(fēng)門關(guān)小繼電器線圈，KM7是點(diǎn)火電磁閥繼電器線圈

98、，KM10是點(diǎn)火油頭電磁閥，KM11點(diǎn)火變壓器線圈，KM12主油頭電磁閥，KM13是點(diǎn)火失敗報(bào)警蜂鳴器，KM14是切換重油電磁閥線圈，KM17是切換變頻器控制水泵繼電器線圈，KM15是切換變頻器控制風(fēng)機(jī)繼電器線圈，KM16是切換變頻器控制重油泵繼電器線圈，KM21是切換輕油電磁閥線圈，KM20是風(fēng)機(jī)繼電器線圈，F(xiàn)M3是鍋爐通風(fēng)道及煙管火焰報(bào)警蜂鳴器，F(xiàn)M4是蒸汽壓力過高報(bào)警。</p><p>　　在本文中的輸入I

99、/O和輸出I/O點(diǎn)的分配如下表4.1所示：</p><p>　　表4.1 輸入I/O接口分配</p><p>　　4.2 各子系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)</p><p>　　鍋爐的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為四大部分的設(shè)計(jì)，即給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、點(diǎn)火控制系統(tǒng)和蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，安全保護(hù)系統(tǒng)。</p><p>　　4.2.1給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p>

100、;<p>　　鍋爐工作時(shí)隨時(shí)了解其中的水位是極其重要的。每臺(tái)鍋爐都規(guī)定有最高工作水位、最低工作水位和最低危險(xiǎn)水位。正常工作時(shí)，鍋爐水位應(yīng)處于最高工作水位和最低工作水位之間，而測量水位的鍋爐附件是水位計(jì)。</p><p>　　水位測開關(guān)信號輸入PLC，PLC的控制泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到控制水平。當(dāng)實(shí)際水位低于最低工作水平的下降，開關(guān)的信號輸入PLC的I/ O接口，PLC控制系統(tǒng)的水位開始泵水到鍋爐

101、；當(dāng)工作的最高水平，另一個(gè)開關(guān)信號輸入PLC的指標(biāo)，然后停止該泵運(yùn)行，實(shí)際供水最高與最低水位液位控制。如果由于某種原因，較最高水位運(yùn)行工作水平低于最低水位以上，PLC控制開關(guān)控制燃燒過程關(guān)閉系統(tǒng)還原，關(guān)閉電磁閥和燃油泵，并停止給水泵和聲音報(bào)警。此狀態(tài)必須在排除故障后才可重新啟動(dòng)水泵給水。此水位計(jì)檢測與PLC結(jié)合的電路圖如下4.2所示：</p><p>　　圖4.2 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)電路</p><

102、p>　　4.2.2點(diǎn)火控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　點(diǎn)火控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)可以根據(jù)鍋爐的工作步驟的先后順序來組建。當(dāng)鍋爐得到起動(dòng)的信號后，鍋爐根據(jù)PLC中預(yù)定的程序先后進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)、點(diǎn)火、點(diǎn)火檢測成功后主油頭進(jìn)入工作，切換到重油后接著轉(zhuǎn)入正常燃燒階段，同時(shí)對鍋爐的運(yùn)行的狀況進(jìn)行一系列的安全保護(hù)監(jiān)控等。</p><p><b>　?。?）第0～3秒</b>&l

103、t;/p><p>　　當(dāng)鍋爐系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，重油油溫、油壓正常且水位正常時(shí)，按“啟動(dòng)”按鈕后風(fēng)機(jī)、輕油泵開始運(yùn)行，鍋爐進(jìn)入工作程序。</p><p><b>　?。?）第3～49秒</b></p><p>　　3秒后風(fēng)門開大繼電器線圈得電使風(fēng)門開到最大，進(jìn)行預(yù)掃風(fēng)，在49S后，風(fēng)門關(guān)小繼電器線圈將風(fēng)門關(guān)小，進(jìn)入預(yù)點(diǎn)火階段。</p>

104、<p>　?。?）第49～60秒</p><p>　　啟動(dòng)49秒之后，預(yù)掃風(fēng)完成，此時(shí)風(fēng)門處于最小位置，則點(diǎn)火變壓器得電，點(diǎn)火油頭開始噴油，點(diǎn)火變壓器產(chǎn)生電極火花對點(diǎn)火油泵噴出的輕油進(jìn)行點(diǎn)火。</p><p>　　點(diǎn)火開始3秒后，光敏電阻構(gòu)成的檢測電路對點(diǎn)火情況進(jìn)行監(jiān)測，如果點(diǎn)火成功，則斷開點(diǎn)火變壓器。點(diǎn)火6秒后，風(fēng)門開大，準(zhǔn)備主油頭噴油燃燒。點(diǎn)火8秒后，主油頭電磁閥打開，主油頭

105、噴油并投入燃燒。主油頭和點(diǎn)火油頭在共同燃燒3秒后，點(diǎn)火電磁閥斷開，點(diǎn)火油頭也停止噴油。在點(diǎn)火4秒后如果點(diǎn)火檢測電路檢測到點(diǎn)火失敗時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)回到初始狀態(tài)，停止噴油，PLC控制風(fēng)機(jī)進(jìn)行后掃風(fēng)并發(fā)出聲光警報(bào)。與此同時(shí)，重油溫度和輕油壓力檢測達(dá)標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)控制換油電磁閥開啟，重油將替換輕油進(jìn)入鍋爐燃燒。此時(shí)重油泵停止工作，輕油泵開始工作。</p><p>　?。?）在點(diǎn)火控制過程中，控制系統(tǒng)一直對鍋爐的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)

106、控制，當(dāng)出現(xiàn)任何影響鍋爐正常運(yùn)行及安全的異常時(shí)，系統(tǒng)都將發(fā)出聲光報(bào)警并自動(dòng)停爐復(fù)位。</p><p>　　點(diǎn)火是否成功由光電池來監(jiān)視。如果點(diǎn)火成功，光敏二極管檢測到強(qiáng)光后電阻變小，火焰監(jiān)視器通電，點(diǎn)火變壓器停止打火。如果點(diǎn)火失敗，點(diǎn)火電磁閥失電，點(diǎn)火油頭停止噴油并進(jìn)行聲光報(bào)警，鍋爐自動(dòng)停爐，故障排除后才可重新啟動(dòng)。下圖4.3為點(diǎn)火控制時(shí)序圖：</p><p><b>　　-<

107、;/b></p><p>　　圖4.3 點(diǎn)火控制時(shí)序圖</p><p>　　4.2.3蒸汽壓力控制硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　蒸汽壓力控制是由壓電式壓力傳感器測量電路信號與PLC的連接。當(dāng)正常水位，蒸汽壓力穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，正常燃燒鍋爐;當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到極限，從輸入信號的壓力傳感器檢測電路到PLC后停爐過程控制;如果蒸汽不斷增加的壓力因未能當(dāng)報(bào)警限，PLC控制

108、系統(tǒng)電源，報(bào)警，當(dāng)蒸汽壓力下降到一個(gè)較低的限制，它會(huì)自動(dòng)激活的PLC控制的鍋爐產(chǎn)生蒸汽，使內(nèi)壓力正常范圍。</p><p>　　圖4.4為其檢測硬件接線電路圖。圖中以高保真OPA604構(gòu)成壓電式傳感器的運(yùn)放電路，為了防止交流干擾，壓電信號采用屏蔽線輸入。由于VCC是+24V，所以ICI555的2端點(diǎn)必須輸入8V信號，3號端點(diǎn)才會(huì)輸出高電平，T才會(huì)導(dǎo)通，則PLC的I/O蒸汽壓力輸入信號端有信號。為了使2端電壓達(dá)到8

109、V可根據(jù)鍋爐蒸汽壓力的上下限及報(bào)警壓力的參數(shù)與壓電式傳感器的壓電系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化之后，得到的電壓由運(yùn)放電路進(jìn)行放大，調(diào)節(jié)電路電阻使之達(dá)到8V。此壓電傳感器電路也可運(yùn)用到重油油壓檢測中。</p><p>　　圖4.4蒸汽壓力檢測電路圖</p><p>　　4.2.4 安全保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　在船舶鍋爐的正常運(yùn)行，必須設(shè)置有一個(gè)保障體系。在他們在工作過程