MELSOFT環(huán)境下船用輔鍋爐的燃燒控制

詹莊春（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)院信息工程系，廣東廣州510900）

MELSOFT環(huán)境下船用輔鍋爐的燃燒控制

詹莊春
（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)珠江學(xué)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(huán)境下實(shí)現(xiàn)仿真，設(shè)計(jì)的目的是搭建一個(gè)平臺，從而有利于對燃燒控制過程做進(jìn)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(huán)境下進(jìn)行編程、畫面制作以及模擬操作，得出的結(jié)果與工程實(shí)際要求一致，軟件平臺可與硬件對接實(shí)現(xiàn)監(jiān)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(tǒng)中得到應(yīng)用[1]，在此基礎(chǔ)上，如果進(jìn)行PLC仿真，對于輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多而不容規(guī)劃的人機(jī)界面，其效果不好.如進(jìn)一步采用組態(tài)方式可對燃燒控制進(jìn)行監(jiān)控[2]，監(jiān)控畫面可操作性強(qiáng)，但是需要硬件支持.經(jīng)多方考察，與鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仿真的相關(guān)文獻(xiàn)很多，其中仿真無需硬件，還可以做出動(dòng)畫效果[3]，不過軟件設(shè)計(jì)平臺與硬件對接的問題需要考慮.基于MELSOFT環(huán)境，無需硬件支持，以下是對鍋爐燃燒控制進(jìn)行的仿真設(shè)計(jì).

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(tǒng)主要組成為：以PLC為主的控制設(shè)備、鍋爐、水、點(diǎn)火變壓器、燃油、風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、管路閥門以及應(yīng)有的傳感器，其中，風(fēng)門和回油閥經(jīng)由連軸器構(gòu)成“風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)”.鍋爐燃燒控制的基本過程可分為：點(diǎn)火準(zhǔn)備、點(diǎn)火時(shí)序控制、氣壓自動(dòng)控制、安全保護(hù)、停爐，另外，當(dāng)自動(dòng)控制設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，還可改為手動(dòng)操作.

點(diǎn)火準(zhǔn)備.首先，點(diǎn)火前須保證鍋爐內(nèi)有一定的水位.其次，核對控制臺上的按鈕位置，將點(diǎn)火保護(hù)按鈕復(fù)位，正確選擇控制方式.最后，對爐膛內(nèi)殘留的燃油進(jìn)行“預(yù)掃風(fēng)”清除，否則集油過多，在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生“冷爆”.期間，通過時(shí)間輔助繼電器開環(huán)控制風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)動(dòng)作，風(fēng)門逐漸關(guān)小，回油閥門逐漸開大，為點(diǎn)火做準(zhǔn)備.

點(diǎn)火時(shí)序控制.預(yù)掃風(fēng)過后，風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)的開環(huán)控制斷開，轉(zhuǎn)而為壓力比例閉環(huán)控制.同時(shí)，點(diǎn)火變壓器產(chǎn)生電火花，進(jìn)行“預(yù)點(diǎn)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(jì)時(shí)，若光傳感器檢測不到光焰照射，則點(diǎn)火失敗，點(diǎn)火保護(hù)繼電器通電，關(guān)閉系統(tǒng)，并產(chǎn)生聲光報(bào)警；若點(diǎn)火成功，則光傳感器檢測到光焰照射，點(diǎn)火變壓器斷電，爐內(nèi)建立氣壓，為氣壓自動(dòng)控制做準(zhǔn)備，而點(diǎn)火準(zhǔn)備計(jì)時(shí)輔助繼電器將斷電，為氣壓保護(hù)做準(zhǔn)備.

氣壓自動(dòng)控制[4].鍋爐在低壓下啟動(dòng)燃燒，此時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的情況是“小風(fēng)門、小噴油量”.壓力傳感器檢測信號與給定負(fù)荷比較，其誤差經(jīng)過比例放大，去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作.若負(fù)荷小于0.3倍的額定值，則比例調(diào)節(jié)器失去作用；若負(fù)荷較大，則開大風(fēng)門、關(guān)小回油閥（噴油量加大），使燃燒加劇，從而滿足負(fù)荷要求.

安全保護(hù).燃燒過程中的水位不斷變化，若水位下降過快，低于危險(xiǎn)低水位，則系統(tǒng)能夠自動(dòng)切斷，并產(chǎn)生聲光報(bào)警.若“中途熄火”，則給予一次重新點(diǎn)火的機(jī)會.爐內(nèi)氣壓在燃燒過程中也會波動(dòng)，若超高壓，則風(fēng)機(jī)油泵停止運(yùn)行，等待氣壓下降低于氣壓保護(hù)上限值，風(fēng)機(jī)油泵重新啟動(dòng)，這種現(xiàn)象可并入“中途熄火”；若超低壓，則自動(dòng)熄火停爐，不報(bào)警.另外，還需對泵機(jī)進(jìn)行熱保護(hù).

停爐.燃燒結(jié)束或自動(dòng)熄火后，再次檢查水位，將泵機(jī)運(yùn)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(dòng)操作.先將壓力比例調(diào)節(jié)器與風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)脫開，改為手動(dòng)操作風(fēng)門；燃油電磁閥斷電，改為手動(dòng)操作油門.選擇燃燒手動(dòng)方式后，風(fēng)機(jī)手動(dòng)方式運(yùn)行，進(jìn)行預(yù)掃風(fēng).經(jīng)過一段時(shí)間，油泵手動(dòng)方式運(yùn)行，按下手動(dòng)點(diǎn)火按鈕，再打開油門.若點(diǎn)火成功，則手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門、油門和水位；若點(diǎn)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(huán)境[5]

MELSOFT為三菱PLC編程仿真軟件系列，支持各個(gè)系列的PLC及其模塊的編程、調(diào)試、監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)程序控制的一體化工程環(huán)境，內(nèi)含三個(gè)基本應(yīng)用軟件：GX Developer、GTDesigner、GTSimulator.

GX Developer是三菱全系列PLC程序設(shè)計(jì)軟件，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，結(jié)構(gòu)化程序的編寫，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序，在其他同類系統(tǒng)中使用.

GTDesigner是三菱電機(jī)公司所開發(fā)設(shè)計(jì)的，用于圖形終端顯示屏幕制作的Windows系統(tǒng)平臺軟件，支持三菱全系列圖形終端.

GTSimulator是三菱PLC的仿真調(diào)試軟件，支持三菱所有型號PLC，可以模擬外部I/O信號，設(shè)定軟件狀態(tài)和數(shù)值.

圖1　鍋爐燃燒控制流程圖

3　燃燒控制程序設(shè)計(jì)

與鍋爐燃燒控制程序設(shè)計(jì)相關(guān)的PLC軟元件包括：輸入繼電器（輸入點(diǎn)）、輸出繼電器（輸出點(diǎn)）、輔助繼電器和定時(shí)器（時(shí)間點(diǎn)）.

第一，根據(jù)系統(tǒng)輸入設(shè)備來確定輸入點(diǎn)的分配，則輸入點(diǎn)可規(guī)劃為四類：與系統(tǒng)操作相關(guān)點(diǎn)、與水泵相關(guān)點(diǎn)、與風(fēng)機(jī)相關(guān)點(diǎn)、與油泵相關(guān)點(diǎn)，共25點(diǎn)，具體見表1.

第二，根據(jù)系統(tǒng)輸出設(shè)備來確定輸出點(diǎn)的分配，輸出共11點(diǎn)，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(shí)序邏輯關(guān)系，在GX Developer環(huán)境下，PLC類型選擇FX2N（C），采用梯形圖進(jìn)行編程.在編程過程中需用到輔助繼電器和定時(shí)器，其中時(shí)間點(diǎn)的具體分配見表3.

表1　輸入點(diǎn)的分配

表2　輸出點(diǎn)的分配

表3　時(shí)間點(diǎn)的分配[6]

4　燃燒控制畫面制作

在GT Designer軟件環(huán)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(tài)顯示燈放在畫面的上部，以下依次是自動(dòng)燃燒模式操作區(qū)、手動(dòng)燃燒模式操作區(qū)、故障模擬操作區(qū)以及系統(tǒng)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(guān)，與輸入點(diǎn)對應(yīng)；橢圓的分類為指示燈，與輸出點(diǎn)對應(yīng)；長條的分類為液位，與時(shí)間點(diǎn)對應(yīng).另外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行量是一種模擬量，其動(dòng)作顯示需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到[7].

5　燃燒控制仿真分析

啟動(dòng)梯形圖邏輯測試，然后在GTSimulator環(huán)境下載入鍋爐燃燒控制畫面，就可對系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，鍋爐自動(dòng)燃燒控制效果部分截圖如圖3所示.

圖3　鍋爐自動(dòng)燃燒控制效果部分截圖

圖3中，風(fēng)機(jī)油泵選擇自動(dòng)方式運(yùn)行，風(fēng)油配比調(diào)節(jié)器在預(yù)掃風(fēng)期間起作用，風(fēng)門在掃風(fēng)之后調(diào)至最小，轉(zhuǎn)為壓力比例調(diào)節(jié)器作用，此時(shí)點(diǎn)火變壓器開始預(yù)點(diǎn)火，然后噴油燃燒，點(diǎn)火變壓器斷電.對控制系統(tǒng)的具體分析列表4，由表可知，仿真結(jié)果與工程要求一致.

6　結(jié)語

基于MELSOFT環(huán)境的燃燒控制仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火時(shí)序控制和風(fēng)油配比機(jī)構(gòu)的計(jì)時(shí)開環(huán)控制.通過對畫面圖形的操作，完成了自動(dòng)燃燒、手動(dòng)燃燒和故障模擬的控制過程仿真，其結(jié)果與工程實(shí)際要求一致，設(shè)計(jì)的正確性得到了驗(yàn)證.因運(yùn)用了PLC梯形圖編程設(shè)計(jì)，故與硬件對接實(shí)現(xiàn)監(jiān)控沒有問題，這有利于加強(qiáng)人們對燃燒控制的認(rèn)知效果.本文對燃燒過程中的氣壓閉環(huán)控制設(shè)計(jì)較少，尚可進(jìn)一步改進(jìn).

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(tǒng)中的應(yīng)用[J].造船技術(shù), 2004（2）：44-46.

[2]于永茂,高德欣,杜厚朋.基于C#與組態(tài)軟件的鍋爐優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)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(jì)算機(jī)仿真[J].機(jī)電設(shè)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(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].熱力發(fā)電,2013,42（9）：100-104.

[5]阮友德.PLC、變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)[M].北京：中國電力出版社,2009.

[6]徐標(biāo),郭浩.基于單片機(jī)的輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)[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(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào),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(xué)碩士，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-01-15 17：08網(wǎng)絡(luò)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(huán)境下船用輔鍋爐的燃燒控制[J].宜賓學(xué)院學(xué)報(bào),2015,15（6）：32-35.