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用汽量 给 定 压 力 + - 压力调节器 + - 燃 油 调节器 执行器 油阀 锅 炉 供 汽 压 力
+ - 风 压 调节器 执行器 风门 图1 典型的供汽压力和风油比调节的原理方框图
由于对小型船用辅锅炉的蒸汽品质要求不高，可采用双位调节（即高压停炉，低压起动），或采用单调节器的简单比例调节，或用分档方式将连续的汽压信号变成开关量，实现近似的连续闭环调节。最后这种方式很适合于用低价的开关量PLC完成这一调节功能，同样可达到较高的调节质量，并可与前述的燃烧程序控制系统使用同一个小型或超小型PLC。
同样，给水自动调节系统亦可根据锅炉性能及大小、控制质量要求分别采用双位调节或单冲量、双冲量以至三冲量连续调节。用具有模拟量控制功能的PLC实现双冲量或三冲量的调节都很方便而无须增添新的控制单元，因而较容易实现高质量的给水控制，而一般辅锅炉则多采用双位调节方式，可与前两个系统共用一个小型或更小型的PLC来实现。
1.4 国内外船舶辅锅炉自动控制手段的改进
我国从60年代开始就从事锅炉自控系统的研制工作，到70年代初研制成强制循环辅助锅炉的全自动控制系统，直到90年代开始研制以可编程控制器为核心的辅锅炉燃烧控制装置。中国船舶总公司的704所从60年代开始研制了辅助锅炉的自动控制系统，80年代初还制定了辅锅炉控制箱标准。目前，他们又在开发用可编程控制器的油轮辅锅炉控制系统。
现在，国内造船业迅速发展，各船厂大量建造出口船舶，因此辅锅炉的控制系统都以进口产品为主，如：丹麦的AALBORG公司、SUNROD公司、VOLCANO公司的自控系统，这些公司几乎都采用了可编程控制器组成的控制系统。
国外早在73年底，西德西门子公司已经开始将PLC用于超级油轮的主锅炉燃烧程序
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控制系统，并与该公司的数字调节器系统及过程控制计算机一起构成锅炉──透平机集中监控系统。
1978年，壳牌（SHELL）国际油轮公司开始了一个研究项目，即改造其超级油轮上的使用继电器或常规电子开关电路的锅炉燃烧器程序控制系统，为其经常发生且难以排除的故障找到一个根本的解决办法。他们注意到了当时崭露头角的PLC，首先分别在实验室和船舶现场对所选用的美国德州仪器公司（TI）的PC—5TI进行了长达10个月的测试，取得了良好的结果，使该系统的故障率和故障停机时间比原系统大大降低。
Hamworthy工程公司是一个船舶辅机机械制造公司，由于锅炉的控制极为复杂，可靠性要求高，质量直接影响其产品的信誉，1979年以来，他们开始自己设计及成套生产锅炉控制系统。1983年，他们对著名的豪华客轮“伊丽莎白女皇二号”主锅炉的继电器控制系统用PC公司的PM550中型PLC系统完成了对锅炉燃烧工况调节的全面控制，还配以彩色图形显示和操作等完善的高级系统实船装用，我国大连造船厂也为其出口船舶配置了这种系统。
1.5 章节安排
在第一章绪论中通过对辅锅炉控制的特点及国内外船舶辅锅炉自动控制手段改进的分析得出PLC应用于船舶辅锅炉燃烧自动控制系统中，替代传统辅锅炉燃烧控制系统是一种必然。
第二章，分析了辅锅炉自动控制的原理，对辅锅炉自动控制进行了简单介绍，对辅锅炉的自动控制原理和安全保护进行了简单分析，并简单介绍了水位自动控制、燃烧自动控制、锅炉点火及燃烧时序自动控制和自动安全保护，为下一步进行PLC自动控制系统的设计、研究做好准备。
第三章开始进入设计阶段，首先在第一节介绍了PLC（可编程控制器）的基本特点。第二节主要介绍了系统的设计要求。第三节开始进行PLC的设计，首先根据控制功能、船用的特点进行PLC选型，接下来设计输入/输出点，然后进行硬件设计，即确定各种输入输出信号与PLC的连接方式，画出输入输出端子接线图，再根据设计要求绘制系统梯形图。第四节对锅炉控制过程进行分析，说明PLC自动控制系统如何实现辅锅炉的自动控制。
最后的第四章是对辅锅炉自动控制系统的总结与展望，通过对PLC用于船舶辅锅炉自动控制系统的利弊分析，得出结论：用PLC技术取代传统的继电器控制技术来实现船舶辅助机械的自动控制是大势所趋。
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2辅锅炉控制的原理分析
2.1 船舶辅锅炉自动控制概述
船舶辅锅炉的自动控制通常包括自动调节、程序控制、安全保护、自动连锁和热工检测等内容。辅锅炉工作过程中的自动调节是使蒸汽压力、温度和水位等被调参数，在任何工况下均能维持所要求的规定值,包括燃烧过程和给水过程的自动调节。程序控制是指在操作指令的作用下按照预定的操作程序自动完成锅炉的起动和停炉的操作。安全保护主要是在锅炉的某个工作过程处于异常状态、危及安全运行时，进行必要的操作使锅炉停止运转，同时还要发出相应的声光报警。船舶辅锅炉的安全保护有超压保护、过低水位保护及炉膛熄火保护等。自动连锁是当锅炉的某个设备发生误操作或故障时，能自动阻止有关设备的操作和运转，避免事故的发生。如当锅炉鼓风机发生故障而停止工作时，燃烧器应该自动停止喷油。为了随时掌握锅炉运行情况并鉴别其运行是否良好，要不断的测量和监视蒸汽压力、蒸汽温度、水位，燃油压力、燃烧温度等运行参数，故热工检测也是必不可少的一个环节。
2.2 船舶辅锅炉的主要调节任务
船舶辅锅炉设备根据生产负荷的需要，供应一定压力和温度的蒸汽，同时要保证在安全、经济的条件下运行。所以，其主要的调节任务有
（1）锅炉供给负荷的蒸汽压力保持在一定范围内； （2）锅炉汽包中的水位保持在一定范围内； （3）炉膛负压保持在一定范围内； （4）保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。
2.3 辅锅炉自动控制的原理分析
锅炉是船上最早实现自动控制的装置之一，其控制项目包括：水位自动控制、燃烧自动控制、锅炉点火及燃烧时序自动控制和自动安全保护。
（1） 水位自动控制的目的是保持锅炉的正常水位，即控制给水泵的起停或给水阀的开度，从而控制给水量与锅炉的蒸发量相当，以适应锅炉负荷的变化。
在蒸发量较小、蒸汽压力较低的辅锅炉中，大多数采用双位水位自动控制，即当锅炉水位达到水位下限时，自动起动给水泵向锅炉供水；当水位达到上限水位时，自动停止给水泵的工作。因此，这种锅炉工作时水位在一定范围内波动而不会稳定在某一给定值上。
在大型的油轮上，辅锅炉的蒸发量一般很大，汽压较高，它要求水位稳定在给定值上。所以，控制给水一般通过改变调节阀的开度来实现，即根据水位的偏差信号来控制给水阀
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的开度，从而使给水量适合蒸汽流量的变化。
（2）在燃烧自动控制系统中，被控量是锅炉的蒸汽压力，在单冲量控制系统中，控制器根据汽压的高低自动改变进入炉膛的燃油量和送风量，维持锅炉汽压恒定或在允许范围内波动，并维持一定的风油比，以保证获得较高的经济效益。
对于货轮辅锅炉，燃烧控制系统要求简单、可靠，而且对锅炉的经济性要求不是很严格，因此大多数采用双位控制。在油轮辅锅炉中，要求汽压稳定，同时对锅炉的经济性要求也比较高，这就要求控制系统在不同的负荷下保证一个最佳的风油比，所以通常采用比例积分控制或更好的控制算法。油轮的燃烧自动控制系统通常由两个回路组成。其中一个回路根据汽压的偏差信号经比例积分的蒸汽压力调节器来控制燃油调节阀的开度，即改变向炉膛的喷油量。喷油量的改变必须同时改变送风量，所以另一回路就是根据燃油量的多少来改变送风量，以达到最佳的风油比，从而获得较高的经济效益。
（3）辅锅炉点火及燃烧时序控制是指给锅炉一个起动信号后，按时序的先后进行预扫风、预点火、喷油点火，点火成功后对锅炉进行预热，接着转入正常燃烧的负荷控制阶段，同时对锅炉进行一系列的安全保护。一般情况下，辅锅炉的点火及燃烧时序控制包括以下步骤：
起动前的准备：检查是否具备启动条件。比如手动燃油速闭阀是否打开；燃油阀是否关闭；锅炉水位是否正常：燃油压力和温度是否在正常的范围内。
（1）预扫风：为了防止锅炉内残余的油气在点火时发生冷爆，在点火前应进行预扫风。此时应起动风机和燃油泵，使燃油在锅炉外打循环，将风门开到最大，以大量风吹去残余油气。预扫风时间根据锅炉的结构形式不同而异，一般在20~60s之间。
（2）点火：预扫风完毕后，打开辅电磁阀使点火油头投入工作，同时打开点火变压器，点燃从点火油头喷出的轻油，然后点燃工作油头。
（3）预热：点火成功后，进入预热阶段，此时燃油控制应处于手动控制，使锅炉缓慢的加热至一定的压力后，将燃油控制转为自动控制，进入正常燃烧阶段，此时，控制系统根据锅炉的负荷调整喷入炉膛的燃油量或改变油头投入燃烧的数目。
（4）锅炉自动化系统的另一个重要任务是对锅炉进行自动保护。自动保护包括：安全保护和自动连锁。对于全自动化的锅炉为达到锅炉安全、可靠的运行和无人管理的目的，当锅炉在点火、升汽以及正常运行的过程中产生异常情况，声光报警，这就是安全保护的任务，锅炉的安全保护一般包括极低水位自动保护、蒸汽压力过高自动保护、异常熄火自动保护、油压过低自动保护、油温过高/过低自动保护和低风压自动保护等。自动连锁是指当某些特定的条件成立后，才能对一些设备进行操作，比如只有当风机运转建立风压以后，才允许开动燃油泵和开起燃油电磁阀。
2.4 安全保护
自动控制系统不是绝对可靠的，万一失灵发生水位过低，汽压过高或是炉膛熄火，都可能导致重大的事故，所以安全保护装置更是不可缺少的组成部分。以下分别叙述船舶辅
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锅炉自动控制系统中一些主要的安全保护设施。
（1） 超压保护
锅炉汽压超过最高允许工作压力时，超压保护器的电触头被断开，促使喷油嘴切断而油泵停运，风机在后扫风后也停止工作。 （2） 水位过低保护
当水位调节系统失灵时，若水位降至低水位后仍不进水，并且继续下降到危险水位时，通过过低水位保护器，切断燃油电磁阀，油泵以及风机的电源，从而实现熄火停炉，同时发出声光报警。 （3） 熄火保护
所谓熄火保护，主要是指当锅炉运行时，突然中途熄火，此时应立即断油断风，实施停止燃烧的安全保护作用。这一保护通常是通过一个火焰感受器的作用而达到的。
2.5 本章小结
本章对辅锅炉自动控制进行了简单介绍，并对辅锅炉的自动控制原理和安全保护进行了简单分析，并简单介绍了水位自动控制、燃烧自动控制、锅炉点火及燃烧时序自动控制和自动安全保护，旨在为下一步进行PLC自动控制系统的设计、研究做好准备。
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