辅锅炉自动控制新版系统功能及原理分析.doc

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 选题目（研究背景） 1
1.2 辅锅炉控制特点 1
1.3 辅锅炉自动控制原则和规定 2
1.4 国内外船舶辅锅炉自动控制手段改进 3
1.5 章节安排 4
2辅锅炉控制原理分析 5
2.1 船舶辅锅炉自动控制概述 5
2.2 船舶辅锅炉重要调节任务 5
2.3 辅锅炉自动控制原理分析 5
2.4 安全保护 6
2.5 本章小结 7
3 辅锅炉控制系统设计与分析 8
3.1 可编程控制器基本特点 8
3.2 设计规定 8
3.3 PLC选型、设计及系统梯形图 9
3.3.1 PLC选型 9
3.3.2 输入/输出点设计 10
3.3.3 硬件设计 11
3.3.4 系统梯形图 12
3.4 锅炉控制过程分析 15
3.4.1 起动前准备 15
3.4.2 燃烧时序控制 15
3.4.3 汽压自动控制 16
3.4.4 安全保护 16
3.4.5 停炉 16
3.4.6 手动操作 17
3.5 本章小结 17
4总结与展望 18
4.1 辅锅炉自动控制系统总结与展望 18
4.2 对PLC用于船舶辅助机械展望 18
结 束 语 20
致 谢 21
参照文献 22

摘 要
随着国内内外贸易量大幅增长，作为外贸货品重要运送工具船舶也得到飞速发展，作为船舶自动化重要构成某些船舶辅锅炉自动控制系统也因采用高新技术而获得新生命力。
对辅锅炉系统控制，特别是对透平机船或油轮所使用大型辅锅炉系统控制，始终是船舶轮机技术和自动化技术一种重要课题，由于这一控制不但直接涉及到锅炉运营效率性能，并且关系到它运营安全性和可靠性。
以继电器──接触器为主老一代控制系统已不能满足当代船舶对其锅炉控制越来越高、越来越复杂控制规定，这一领域计算机化已势出必行，而应用在当前工业过程控制领域中引人注目可编程序控制器（PLC）则是使其计算机化最简便、最可靠途径。
本文研究工作重要涉及三个某些：第一，分析辅锅炉控制特点及现状，性能及原理，为设计辅锅炉自动控制奠定理论基本。第二，依照船舶辅锅炉工作特点，设计PLC在船舶辅锅炉自动控制系统中应用方案，重要有PLC选型及输入/输出点设计，画出系统控制梯形图并对工作过程进行分析；第三，对辅锅炉自动控制系统总结与展望。
通过对船舶辅锅炉自动控制系统采用PLC技术实例分析，得出结论：船舶辅锅炉自动控制系统不但可以使用PLC技术取代老式继电器──接触器控制技术，并且前者比后者更可靠、更小巧，维护保养更以便，从而为船舶自动化开辟了一条新途径。

核心词：辅锅炉，自动控制系统，可编程控制器

Abstract
Along with the measures of inside and outside trade increasing greatly in our country，as a result of the ships as main conveyance tool of the outside trade goods are developed quickly，the large size and automation of the ships is more and more needed by market. The automatic control system of ship’s auxiliary mechanism as the important part of ship automation also acquires the new vitality because of adoption the high new technique.
The control of marine boiler system on board ship，especially on board turbo ship or on board oil tanker，is always a important question for discussion of marine engineering technology and autoimmunization technology. The reason is that the control count for much with efficiency，security and reliability of boiler.
The old control system mainly using ---and---now can’t meet the high and complicated requirements of modern ship to control its boiler. It is imperative under the situation to use computer for ship control area. And the remarkable PLC used currently by industry process control area is the most reliable，simple and convention way to realize computer control on board modern ship.
The research work of this paper is divided into three parts：The first，analyze the work characteristics of ship’s auxiliary boiler，providing base for automatic control system. The second，according to the work characteristics of ship’s auxiliary boiler，the paper is to design applied project in the auxiliary boiler. The third，the conclusion and prospect of the auxiliary boiler.
According to the comprehensive analysis of above actual example of ship’s auxiliary mechanism automatic system with the technique of PLC ,not only can use the technique of PLC to replace traditional relay – contactor control technique in ship’s auxiliary boiler automatic system ,but also can get the conclusion of the former is more dependable and more clever than the latter，the maintenance is more convenient ，thus develop a new path for ship automation .

Keywords ：Auxiliary boiler ，automatic control system ， technique of PLC

1 绪论
1.1 选题目（研究背景）
当前许多船舶辅助机械自动控制系统都是以继电器──接触器为重要控制元件，鉴于如下因素有必要采用PLC技术来取代老式继电器──接触器控制技术。
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，运用继电器机械触点串联或并联，及延时继电器滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再变化或增长功能都很困难。此外，继电器触点数目有限，每个只有4~8对触点，因而，灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要变化控制逻辑，只需变化程序即可，故称为“软接线”。因而，灵活性和扩展性都较好。
从以上几种方面比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优秀，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改以便，并且体积小、功耗低、使用维护以便。但在很小系统中使用时，价格要高于继电器系统，这可以从维修费用减少中得到补偿。因而，研究基于PLC技术辅助机械自动控制系统很有必要。
可编程控制器（PLC）作为老式继电接触控制系统代替产品，已广泛应用于工业控制各个领域，由于它可通过软件来变化过程，并且具备体积小、组装灵活、编程简朴、抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常合用于在恶劣工业环境下使用，被以为是工业上无端障产品。PLC应用于船舶辅锅炉燃烧自动控制系统中，代替老式辅锅炉燃烧控制系统是一种必然。
本文拟通过对船舶辅锅炉采用PLC技术所构成自动控制系统研究，阐明船舶辅助机械采用PLC技术必要性、可行性和优越性，进而为轮机自动化、船舶自动化开辟一条新途径。
1.2 辅锅炉控制特点
机舱中辅助设备自动控制，是实现“无人值班”机舱必要条件之一。船舶辅锅炉是船舶动力装置重要构成某些。为了提高机舱自动化限度，辅锅炉全自动控制是必不可少。对于小型辅锅炉，由于产生蒸汽重要供主机暖缸、加热燃油以及寻常生活用，故对蒸汽参数稳定性规定不高，普通采用双位控制或比例调节，容许蒸汽压力在设定范畴内波动，实既有差调节。对于大容量油轮辅锅炉，由于加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以及洗舱需要，多采用比例——积分环节，使蒸汽压力基本稳定在设定值，实现无差调节。
作为过程控制一种典型，辅锅炉控制具备如下特点：
（1）锅炉控制动态特性具备大惯性大延时特点，并且伴有非线性。
（2）控制过程属于慢过程、参数控制。由于控制过程具备大惯性大延时特点，因而决定了锅炉控制过程是一种慢过程。
（3）定值控制是锅炉控制一种重要形式。在锅炉控制系统中，其给定值是恒定或保持在很小范畴内变化，控制重要目是在于如何减小或消除外界干扰对被控制量影响。
船用辅锅炉控制普通分为燃烧器管理和燃烧过程负荷控制。锅炉燃烧器管理系统是指按程序执行锅炉起动和停炉，任一动作未完毕前系统都决不会执行下一步。若某一步动作完毕超过了预先设定期间，系统将自动复位并发出报警。燃烧过程负荷控制是指监控和安全保护，对系统一切也许发生非正常运营予以监视，当发生风机失灵、点火失败、半途熄火、危险低水位、危险高汽压等重要故障时，应实行停炉并进行声光报警。对工作油泵、水泵电机过电流故障，应采用启动相应备用泵等办法。对非重要故障（如高水位、高油温）则只发出声光报警。
1.3 辅锅炉自动控制原则和规定
辅锅炉系统控制原则是保证其运营经济性、减少能耗和维修费用，整个系统控制可分为三个某些，即燃烧程序控制、燃烧自动控制和给水自动控制。
燃烧程序控制系统控制与燃烧器点火、熄火关于一整套程序，涉及点火前油泵和风机起动、预扫风和风油门控制、点火过程、熄火后后扫气以及在多燃烧器系统中依照负荷变化自动调节燃烧器工作数量，尚有对点火失败、缺水、炉前风压低等非正常状况报警及自动保护办法。这一系统基本上属于对开关量顺序逻辑控制，虽然控制过程复杂，可靠性规定高，但输入/输出（I/O）点不多，很适合用仅有开关量功能低档PLC控制。
依照负荷变化，对燃烧工况自动调节，目在于控制锅炉供汽压力和温度，使其稳定在给定值以满足设备需要。同步调节给油量和进风量比例，保持适当过量空气从而使燃油充分燃烧，达到安全和省油目。在主锅炉或大型油、客轮辅锅炉控制中，此系统重要被控量是模仿量，应采用品有各种模仿量PID调节回路功能中档PLC。图1为较典型供汽压力和风油比调节原理方框图。

压力调节器
+
-
燃 油
调节器
风 压
调节器
执行器
执行器

锅

炉
+
-
+
-
油阀
用汽量
给
定

压
力
供
汽
压
力
风门

图1 典型供汽压力和风油比调节原理方框图
由于对小型船用辅锅炉蒸汽品质规定不高，可采用双位调节（即高压停炉，低压起动），或采用单调节器简朴比例调节，或用分档方式将持续汽压信号变成开关量，实现近似持续闭环调节。最后这种方式很适合于用低价开关量PLC完毕这一调节功能，同样可达到较高调节质量，并可与前述燃烧程序控制系统使用同一种小型或超小型PLC。
同样，给水自动调节系统亦可依照锅炉性能及大小、控制质量规定分别采用双位调节或单冲量、双冲量以至三冲量持续调节。用品有模仿量控制功能PLC实现双冲量或三冲量调节都很以便而不必增添新控制单元，因而较容易实现高质量给水控制，而普通辅锅炉则多采用双位调节方式，可与前两个系统共用一种小型或更小型PLC来实现。
1.4 国内外船舶辅锅炉自动控制手段改进
国内从60年代开始就从事锅炉自控系统研制工作，到70年代初研制成强制循环辅助锅炉全自动控制系统，直到90年代开始研制以可编程控制器为核心辅锅炉燃烧控制装置。中华人民共和国船舶总公司704所从60年代开始研制了辅助锅炉自动控制系统，80年代初还制定了辅锅炉控制箱原则。当前，她们又在开发用可编程控制器油轮辅锅炉控制系统。
当前，国内造船业迅速发展，各船厂大量建造出口船舶，因而辅锅炉控制系统都以进口产品为主，如：丹麦AALBORG公司、SUNROD公司、VOLCANO公司自控系统，这些公司几乎都采用了可编程控制器构成控制系统。
国外早在73年终，西德西门子公司已经开始将PLC用于超级油轮主锅炉燃烧程序控制系统，并与该公司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种研究项目，即改造其超级油轮上使用继电器或常规电子开关电路锅炉燃烧器程序控制系统，为其经常发生且难以排除故障找到一种主线解决办法。她们注意到了当时崭露头角PLC，一方面分别在实验室和船舶现场对所选用美国德州仪器公司（TI）PC—5TI进行了长达10个月测试，获得了良好成果，使该系统故障率和故障停机时间比原系统大大减少。
Hamworthy工程公司是一种船舶辅机机械制造公司，由于锅炉控制极为复杂，可靠性规定高，质量直接影响其产品信誉，1979年以来，她们开始自己设计及成套生产锅炉控制系统。1983年，她们对知名豪华客轮“伊丽莎白女皇二号”主锅炉继电器控制系统用PC公司PM550中型PLC系统完毕了对锅炉燃烧工况调节全面控制，还配以彩色图形显示和操作等完善高档系统实船装用，国内大连造船厂也为其出口船舶配备了这种系统。
1.5 章节安排
在第一章绪论中通过对辅锅炉控制特点及国内外船舶辅锅炉自动控制手段改进分析得出PLC应用于船舶辅锅炉燃烧自动控制系统中，代替老式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原理，对辅锅炉自动控制进行了简朴简介，对辅锅炉自动控制原理和安全保护进行了简朴分析，并简朴简介了水位自动控制、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自动控制系统设计、研究做好准备。
第三章开始进入设计阶段，一方面在第一节简介了PLC（可编程控制器）基本特点。第二节重要简介了系统设计规定。第三节开始进行PLC设计，一方面依照控制功能、船用特点进行PLC选型，接下来设计输入/输出点，然后进行硬件设计，即拟定各种输入输出信号与PLC连接方式，画出输入输出端子接线图，再依照设计规定绘制系统梯形图。第四节对锅炉控制过程进行分析，阐明PLC自动控制系统如何实现辅锅炉自动控制。
最后第四章是对辅锅炉自动控制系统总结与展望，通过对PLC用于船舶辅锅炉自动控制系统利弊分析，得出结论：用PLC技术取代老式继电器控制技术来实现船舶辅助机械自动控制是大势所趋。

2辅锅炉控制原理分析
2.1 船舶辅锅炉自动控制概述
船舶辅锅炉自动控制普通涉及自动调节、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规定规定值,涉及燃烧过程和给水过程自动调节。程序控制是指在操作指令作用下按照预定操作程序自动完毕锅炉起动和停炉操作。安全保护重要是在锅炉某个工作过程处在异常状态、危及安全运营时，进行必要操作使锅炉停止运转，同步还要发出相应声光报警。船舶辅锅炉安全保护有超压保护、过低水位保护及炉膛熄火保护等。自动连锁是当锅炉某个设备发生误操作或故障时，能自动制止关于设备操作和运转，避免事故发生。如当锅炉鼓风机发生故障而停止工作时，燃烧器应当自动停止喷油。为了随时掌握锅炉运营状况并鉴别其运营与否良好，要不断测量和监视蒸汽压力、蒸汽温度、水位，燃油压力、燃烧温度等运营参数，故热工检测也是必不可少一种环节。
2.2 船舶辅锅炉重要调节任务
船舶辅锅炉设备依照生产负荷需要，供应一定压力和温度蒸汽，同步要保证在安全、经济条件下运营。因此，其重要调节任务有
（1）锅炉供应负荷蒸汽压力保持在一定范畴内；
（2）锅炉汽包中水位保持在一定范畴内；
（3）炉膛负压保持在一定范畴内；
（4）保持锅炉燃烧经济性和安全运营。
2.3 辅锅炉自动控制原理分析
锅炉是船上最早实现自动控制装置之一，其控制项目涉及：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） 水位自动控制目是保持锅炉正常水位，即控制给水泵起停或给水阀开度，从而控制给水量与锅炉蒸发量相称，以适应锅炉负荷变化。
在蒸发量较小、蒸汽压力较低辅锅炉中，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，自动停止给水泵工作。因而，这种锅炉工作时水位在一定范畴内波动而不会稳定在某一给定值上。
在大型油轮上，辅锅炉蒸发量普通很大，汽压较高，它规定水位稳定在给定值上。因此，控制给水普通通过变化调节阀开度来实现，即依照水位偏差信号来控制给水阀开度，从而使给水量适合蒸汽流量变化。
（2）在燃烧自动控制系统中，被控量是锅炉蒸汽压力，在单冲量控制系统中，控制器依照汽压高低自动变化进入炉膛燃油量和送风量，维持锅炉汽压恒定或在容许范畴内波动，并维持一定风油比，以保证获得较高经济效益。
对于货轮辅锅炉，燃烧控制系统规定简朴、可靠，并且对锅炉经济性规定不是很严格，因而大多数采用双位控制。在油轮辅锅炉中，规定汽压稳定，同步对锅炉经济性规定也比较高，这就规定控制系统在不同负荷下保证一种最佳风油比，因此普通采用比例积分控制或更好控制算法。油轮燃烧自动控制系统普通由两个回路构成。其中一种回路依照汽压偏差信号经比例积分蒸汽压力调节器来控制燃油调节阀开度，即变化向炉膛喷油量。喷油量变化必要同步变化送风量，因此另一回路就是依照燃油量多少来变化送风量，以达到最佳风油比，从而获得较高经济效益。
（3）辅锅炉点火及燃烧时序控制是指给锅炉一种起动信号后，准时序先后进行预扫风、预点火、喷油点火，点火成功后对锅炉进行预热，接着转入正常燃烧负荷控制阶段，同步对锅炉进行一系列安全保护。普通状况下，辅锅炉点火及燃烧时序控制涉及如下环节：
起动前准备：检查与否具备启动条件。例如手动燃油速闭阀与否打开；燃油阀与否关闭；锅炉水位与否正常：燃油压力和温度与否在正常范畴内。
（1）预扫风：为了防止锅炉内残存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，以大量风吹去残存油气。预扫风时间依照锅炉构造形式不同而异，普通在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，同步打开点火变压器，点燃从点火油头喷出轻油，然后点燃工作油头。
（3）预热：点火成功后，进入预热阶段，此时燃油控制应处在手动控制，使锅炉缓慢加热至一定压力后，将燃油控制转为自动控制，进入正常燃烧阶段，此时，控制系统依照锅炉负荷调节喷入炉膛燃油量或变化油头投入燃烧数目。
（4）锅炉自动化系统另一种重要任务是对锅炉进行自动保护。自动保护涉及：安全保护和自动连锁。对于全自动化锅炉为达到锅炉安全、可靠运营和无人管理目，当锅炉在点火、升汽以及正常运营过程中产生异常状况，声光报警，这就是安全保护任务，锅炉安全保护普通涉及极低水位自动保护、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条件成立后，才干对某些设备进行操作，例如只有当风机运转建立风压后来，才容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，万一失灵发生水位过低，汽压过高或是炉膛熄火，都也许导致重大事故，因此安全保护装置更是不可缺少构成某些。如下分别论述船舶辅锅炉自动控制系统中某些重要安全保护设施。
（1） 超压保护
锅炉汽压超过最高容许工作压力时，超压保护器电触头被断开，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，油泵以及风机电源，从而实现熄火停炉，同步发出声光报警。
（3） 熄火保护
所谓熄火保护，重要是指当锅炉运营时，突然半途熄火，此时应及时断油断风，实行停止燃烧安全保护作用。这一保护普通是通过一种火焰感受器作用而达到。
2.5 本章小结
本章对辅锅炉自动控制进行了简朴简介，并对辅锅炉自动控制原理和安全保护进行了简朴分析，并简朴简介了水位自动控制、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自动控制系统设计、研究做好准备。

3 辅锅炉控制系统设计与分析
3.1 可编程控制器基本特点
可编程控制器（PLC）是以中央解决器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来一种工业控制器。PLC工作原理框图如图所示

图2 PLC工作原理框图
PLC是采用“顺序扫描、不断循环”方式进行工作。即PLC运营时，CPU依照顾客按控制规定编制好并存于顾客存储器中程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，从第一条指令开始逐条顺序执行顾客程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮扫描，周而复始。每次扫描过程中，还要完毕对输入信号采样和对输出状态刷新等工作。
PLC采用软件编制程序来实现控制规定。编程时使用各种编程元件，它们可提供相称各种常开触点和常闭触点。这使得整个控制系统大为简朴，只须外部端子上接上相应输入输出信号线即可，并能在生产工艺流程变化或生产设备更新时，不必变化PLC硬设备，只要变化程序即可。PLC能在线修改程序，也能以便地扩展I/O点数。PLC构造紧密，体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化抱负控制设备。
3.2 设计规定
总体规定达到：锅炉水位是采用电极双位控制；锅炉汽压在低负荷时采用双位控制，正常负荷时采用压力比例调节器—电动比例操作比例控制；火焰监视器采用光电池；有危险水位、低风压、超压保护等安全保护装置；自动控制系统失灵时可转为手动操作。
在起动锅炉此前，轮机员先要做一系列准备工作。如合上电源总开关；观测锅炉水位与否在危险水位如下，若是，则要向锅炉补足水，否则锅炉不能起动；让燃油系统温度、压力自动控制系统投入工作；把“自动——手动”转换开关转到“自动”位置等。做好这些工作后来，就可按锅炉起动按钮，燃烧时序控制系统功能如下：
（1）预扫风
预扫风就是在起动锅炉时先用空气吹除残留在炉膛内油气，防止炉膛内集油过多而在点火时发生冷爆。预扫风时间依照锅炉构造形式不同而异，普通是20~60秒。给锅炉一种起动信号后，控制系统能自动起动油泵和风机。这时，燃油电磁阀是关闭，不能供油，风门开得最大以大风量进行预扫风
（2）点火
当整定预扫风时间到达后。控制系统会自动关小风门以利于点火。点火变压器通电，点火电极产生电火花进行供油点火。有些锅炉没有预点火，在点火变压器通电同步打开燃油电磁阀供油点火。在点火时间内规定小风量少喷油。对只有一种油头工作辅锅炉，要开大回油阀减少供油。点火与否成功由光电池来监视。在调定点火时间内，如果炉膛内有火焰阐明点火成功，否则阐明点火失败。自动停炉，待故障修复后再重新起动。
（3）负荷控制
点火成功后维持一段时间低火燃烧对锅炉进行预热，然后开大风门，关小回油阀，以大风量多喷油来增强炉膛内燃烧强度，使锅炉进入正常燃烧负荷控制阶段。负荷控制就是对锅炉蒸汽压力进行自动控制。
（4）安全保护
如果发生点火失败、风机失压、中间熄火、水位太低等现象，会自动停炉进行安全保护。待故障排除后按复位按钮才干重新起动锅炉。
3.3 PLC选型、设计及系统梯形图
3.3.1 PLC选型
机型选取基本原则是在满足控制功能前提下，保证系统可靠、安全、经济及使用维护以便。
在实际设计中普通考虑如下几种方面问题：
（1）I/O点数拟定（普通可考虑10%~15%备用量）；
（2）拟定顾客程序存储器存储容量，普通粗略预计办法是：（输入+输出）×（10~12）=指令步数；
（3）响应速度
（4）输入输出方式以及负载能力。依照控制系统中输入输出信号种类、参数级别和负载规定，选取可以满足输入输出接口需要机型，在这里特别要注意电压和电流问题。
PLC机应用于船用控制设备，特别是应用于机舱监视系统上，必要具备较好防震性能、三防性能以及抗干扰性能。依照设计规定，重要从如下几种方面进行了重复比较：
（1） PLC机电源电压为DC24V。
（2） 使用环境条件，满足海规或内规规定。
（3） 有实船使用经验，也即获得过船级社承认标记。
（4） 合用、便于掌握操作，价格较低。
（5） 输入方式采用源输入，输出采用继电器输出方式，输入输出均为DC24V。
（6） 具备较高使用可靠性，软件指令丰富，功能较强。
基于以上几点，通过对国产和进口PLC机进行重复比较，最后选取了三菱FX 2N PLC机。其因素基于如下几方面：
（1）FX 2N 配备灵活，除主机单元外，还可以扩展I/O模块、A/D模块、D/A模块和其她特殊功能模块。系统设计需I/O点数40点（输入24点，输出16点）。主机采用小型化基本单元FX ZN-40MR。
（2）FX 2N 指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。
（3）FX 2N PLC可用内部辅助继电器M、状态继电器S、定期器T、寄存器D、计数器C功能和数量满足系统控制规定需要。
（4）FX 2N PLC编程，可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司专用编程软件包MELSE M EDOC进行。编程语言可用梯形图或指令表。特别是PC机对系统实时进行监控。为调试和维修提供了极大以便。
3.3.2 输入/输出点设计
输入/输出点设计如表1所示

表1 输入/输出点设计
X000
水泵转换旋钮-停止
Y000
水泵
X001
水泵转换旋钮-自动
Y001
风机
X002
水泵转换旋钮-手动
Y002
油泵
X003
停炉按钮
Y003
点火变压器
X004
起动按钮
Y004
回油及风量调节
X005
燃烧旋钮-停止
Y005
压力比例调节器
X006
燃烧旋钮-自动
Y006
燃油电磁阀
X007
燃烧旋钮-手动
Y007
熄火手动复位
X010
风压保护
Y010
水泵运营批示灯
X011
超压保护
Y011
风机运营批示灯
X012
危险低水位
Y012
油泵运营批示灯
X013
高水位
Y013
熄火批示灯
X014
低水位
Y014
危险低水位批示灯
X015
水泵热保护
Y015
报警器
X016
风机热保护

X017
油泵热保护

X020
风机转换旋钮-停止

X021
风机转换旋钮-自动

X022
风机转换旋钮-手动

X023
油泵转换旋钮-停止

X024
油泵转换旋钮-自动

X025
油泵转换旋钮-手动

X026
手动点火按钮

X027
光电池控制触点

3.3.3 硬件设计
重要是拟定各种输入输出信号与PLC连接方式，设计外围辅助电路及操作控制箱，画出输入输出端子接线图，并实行详细安装和连接。图3是锅炉自动控制系统硬件电路接线图。

图3 锅炉自动控制系统硬件电路接线图

3.3.4 系统梯形图
系统控制梯形图如图4所示

图4 系统控制梯形图
3.4 锅炉控制过程分析
3.4.1 起动前准备
（1）合上总电源开关，控制电路接通电源。
（2）若炉内水位低于危险低水位，X012断开，锅炉无法自动起动。此时应将给水泵旋钮放在“手动”位置，X002闭合，Y000闭合，启动水泵向炉内供水，当水位上升到正常水位后，水泵旋钮放在“停止”位置，水泵停止工作。
（3）将燃烧控制旋钮和风机旋钮转到“手动”位置，油泵转换开关转到“停” 位置，然后按下起动按钮X004，M2通电，于是M2触电闭合自锁，M12通电，起动风机进行预扫风，手动进行预扫风1分钟后，再按停止按钮X003，使风机停止工作。
（4）将水泵开关、燃烧开关、风机开关和油泵开关都转到“自动”位置，准备自动起动。
3.4.2 燃烧时序控制
（1）预扫风
当按下起动按钮X004时，由于水位正常，M8有电，其常开触电闭合；T11没有电，其常闭触电闭合，M2有电，Y001得电，风机开始运转；Y002得电，油泵开始运转。但此时燃油电磁阀无电关闭，燃油从油泵排出后在管路中循环，不能进入炉内，风机对炉膛进行预扫风。
由于Y004得电，压力比例调节器YBD发讯电位器滑动触点动作，逐渐把风门关小，回油阀开大，为点火做好准备。
由于在40s之前尚未点火，因此光电池感受不到火焰光照，X027断开，M31无电，M4有电，相应M4触点闭合，为点火变压器通电和熄火保护T2通电做好准备。
（2） 点火
在预扫风40s后，T14闭合，燃油电磁阀Y006有电，打开油泵到喷油器供油管路。但因回油阀已开大，故向炉内喷油量很少。与此同步，T15也闭合，使点火变压器Y003通电，使点火电极之间产生电火花进行点火；T2通电。但是，它要在通电7s后才干将Y007闭合。因此，这时只对点火进行监视，为熄火保护作好准备。
如果在7s内点火成功，炉内有火焰，光敏电池受到光照，X027闭合，M31得电，M32失电，使M4失电，M4触点断开，使T2短电，其触点因未达到闭合时间继续断开，维持M1为断电状态。
到46s时，T11断开，风压保护X010已闭合，使M2仍有电。
正常点火时序控制结束。
（3）点火失败
如果点火时序控制从40s时开始点火，延时时间超过7s，光敏电池仍未感受到炉膛火焰照射，X027断开，M31失电，M32失电，M4得电，使M4触点始终闭合，当T2达到设定期间7s后，使触点T2闭合，Y007得电，其常开触点闭合，M1得电，使M2失电，将控制回路电源切断。使风机、油泵停转，电磁阀关闭，发出报警信号。
（4）再次起动
在第一次点火失败后，必要在排除故障后进行再次起动。一方面，将熄火保护继电器触点Y007手动复位，使其断开。只有M1断电，其常闭触点恢复闭合后，才干重新起动。
（5）半途熄火
在燃烧过程中，如果半途熄火，光电池失去火焰光照，X027断开。M31失电，M32失电，M4得电，使M4触点闭合，因此点火变压器Y003通电，重新进行点火；同步，开始7s计时，对点火时间进行监视。若在7s内点火成功，即转入正常燃烧；若仍未点燃，则同点火失败状况同样，使锅炉停止燃烧，并发出熄火声光报警信号。也就是，在半途熄火后，自动点火一次，如不成功，则锅炉发出报警。
3.4.3 汽压自动控制
在点火时序控制过程中，到了44s后，Y004失电，使压力比例调节器YBD滑动触点和电动比例操作器DBC滑动触点动作，由于此时锅炉是低压起动，因此YBD滑动触点移到低压端，电动比例操作器DBC滑动点也向低压端跟踪，使风门开大，回油阀关小（喷油量加大），锅炉进入正常比例燃烧自动控制。
当汽压上升到控制汽压下限值时，如果汽压再升高，则相应地关小风门和减少喷油量，维持正常负荷汽压比例控制。当锅炉负荷低于30%，风油量已调到最小限度，汽压达到控制汽压上限值时，比例控制失去作用，汽压转入双位控制。即达到超过保护继电器整定上值，X001断开，接触器M2失电，风机和油泵停止工作，此时为正常熄炉，不发出报警信号。当锅炉汽压又减少到控制汽压下限值时，X011又重新闭合，M2通电，风机和油泵重新起动，开始自动点火控制，使锅炉重新燃烧。因而，锅炉在低负荷运营时，汽压比例控制作用不大，燃烧接近双位控制。
3.4.4 安全保护
该系统安全保护有危险低水位和风压过低自动熄炉保护。
锅炉在运营中，当水位下降到危险低水位时，最低一根电极脱离水面，X012断开，M8断电，使M2断电，切断整个控制程序，使锅炉自动熄火停炉。
当风压过低时，风压保护继电器触点X010断开、主继电器M2断电，锅炉自动熄火停炉。
3.4.5 停炉
停炉时，可手按停止按钮X003，M2断电，燃烧系统停止工作，当水位减少到低于危险低水位时，应把水泵开关放在“手动”位置，向锅炉供水，直到水位达到正常水位时，再把水泵开关放在“停止”位置上。切断总电源开关，并把燃烧开关置于“手动”位置，风机、油泵放在“停止”位置上。
3.4.6 手动操作
当锅炉某些自动控制设备浮现故障（如多回路时间继电器故障、压力比例调节器或电动比例操作器失灵等），难以及时修复时，可改为手动操作。在手动操作之前，应做好如下准备工作；检查锅炉水、油、电供应状况与否正常；自动控制箱上各个转换开关与否处在点火前准备位置；锅炉水位应高于最低水位；将燃油电磁阀置于常开状态，而手动速关阀置于关闭状态；将燃烧转换开关置于手动位置，风机和油泵转换开关置于停止位置；将风油配比机构与电动比例操作器DBC脱开，把风门和油门调到小火燃烧位置；合上总电源开关QS。
手动操作详细环节：
（1）按下起动按钮X004接通控制电路；
（2）将风机转换开关转到手动位置，风机投入运营，进行预扫风；
（3）预扫风后，把油泵转换开关转到手动位置，油泵起动，建立起油压；
（4）按下点火按钮X026，点火变压器通电，点火电极产生电火花，打开燃油管路上速关阀，向炉膛内喷油进行点火；
（5）从观火孔看到火焰时，放开按钮X 026，终结点火变压器工作；
（6）点火成功后，调节风油配比机构，使炉内燃烧和锅炉负荷相适应；
（7）如果手动点火失败，应及时关闭速关阀，停止向炉膛内喷油，并进行后扫风，待查明因素并排除故障后，再重新点火。
3.5 本章小结
本章是辅锅炉控制系统设计分析，一方面在第一节简介了PLC（可编程控制器）基本特点。第二节重要简介了系统设计规定。第三节开始进行PLC设计，一方面依照控制功能、船用特点进行PLC选型，接下来设计输入/输出点，然后进行硬件设计，即拟定各种输入输出信号与PLC连接方式，画出输入输