【正文】 起的偏差。因此在鍋爐水位控制系統(tǒng)中引入蒸汽流量作為前饋量來校正，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)「，〕。+廠給定值卡(谷)卡前饋系數(shù)蒸汽流量調(diào)節(jié)器給水閥門漢漢lJ量信號號從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統(tǒng)的復合控制系統(tǒng)。即:h=ho一au+pB()式中p一靜態(tài)前饋系數(shù)B一蒸汽流量在控制系統(tǒng)中加有前饋，一旦出現(xiàn)擾動，前饋調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)擾動的大小第4章船用燃油輔鍋爐及其自動控制和方向，按照前饋調(diào)節(jié)規(guī)律，補償擾動對被控量的影響。由于慣性的純滯后性，擾動作用到系統(tǒng)上，被控量尚未發(fā)生變化，前饋調(diào)節(jié)器就進行了了補償，可以使被控量不會因擾動作用而產(chǎn)生偏差。，在雙沖量水位調(diào)節(jié)中，若加大蒸汽沖量的前饋系數(shù)使其大于調(diào)節(jié)器的比例度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就具有向上傾斜的靜特性。這種向上傾斜的靜特性當蒸汽負荷穩(wěn)定在最大值時，穩(wěn)定水位達到靜特性的最高值，降負荷時“虛假水位”信號與之有相反的方向。這樣就使鍋爐水位的波動范圍大為減小。，當前饋系數(shù)等于調(diào)節(jié)器的比例度時，雖然調(diào)節(jié)器選用純比例規(guī)律，但系統(tǒng)的靜特性是無差的，呈一條水平線。由此可見，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無差特性并非一定要用積分調(diào)節(jié)規(guī)律，采用多沖量調(diào)節(jié)，也可以得到系統(tǒng)無差的靜特性。最小最大蒸汽負荷根據(jù)圖形可知這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點是:(1)引入蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假水位”對調(diào)節(jié)的不良影響，當蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量向與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。因而大大減小了給水量和水位的波動，縮短了過渡過程的時間。(2)引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)乍曰國巨?；赑LC與組態(tài)軟件的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)雙沖量調(diào)節(jié)由于有以上特點，所以能在負荷變化頻繁的狀況下比較好的完成水位調(diào)節(jié)任務。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。雙沖量調(diào)節(jié)也由本身的缺點，它存在的問題主要是調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動。當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常，同時調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定是線性的，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難，在這種情況下不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)。船舶鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般來講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在幾十秒內(nèi)就會降至危險低水位，這樣，隨著鍋爐蒸發(fā)量的升高，對水位控制要求也就越高了。二沖量水位控制系統(tǒng)不能根據(jù)給水變化來調(diào)節(jié)給水流量，因此己經(jīng)不能滿足鍋爐越來越嚴格的控制要求。三沖量水位控制系統(tǒng)保留了二沖量水位控制系統(tǒng)的優(yōu)點‘3。一35]，引入蒸汽流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發(fā)生變化時，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反作用，因而減少了水位和給水流量的波動幅度。三沖量水位控制系統(tǒng)還加入了給水流量這一控制參數(shù)，當由于水壓干擾使給水流量變化時，調(diào)節(jié)器就能迅速消除干擾，如給水流量減少，調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器動作快，還可以避免調(diào)節(jié)過度，減少波動和失控。，三沖量水位控制系統(tǒng)在雙沖量水位調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上引入了給水流量信號，由鍋爐水位、蒸汽流量和給水流量組成了三沖量鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。鍋爐水位是主被調(diào)量，蒸汽流量、給水流量是兩個輔助信號。當蒸汽流量大于給水流量時，水位將要降低，為保持水位不變就要在原有給定值上加上由于蒸汽流量加大引起的水位下降的值，所以蒸汽流量引入系統(tǒng)的符號為正。其他兩信號引入系統(tǒng)的符號可用同樣方法來確定。第4章船用燃油輔鍋爐及其自動控制+給定值一卜前前饋系數(shù)數(shù)d口口蒸汽流量量給給給給給給給給水閥門門門鍋爐爐調(diào)調(diào)節(jié)器器器器器器側(cè)側(cè)量信號號三沖量水位控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)控制品質(zhì)好，能有效地滿足系統(tǒng)對快速性、準確性的要求，能有效地避免“虛假水位”現(xiàn)象。但是系統(tǒng)成本高、控制復雜、參數(shù)不容易整定。在船舶鍋爐水位控制中，一些先進的控制方法已被應用，其中包括模糊控制、預測控制等，這些控制系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠、更人性化【36一‘，1，現(xiàn)已引起越來越多的科研人員和鍋爐生產(chǎn)廠家關(guān)注。燃料在爐膛內(nèi)燃燒，將其化學能轉(zhuǎn)換為熱能，高溫煙氣通過蒸發(fā)受熱面管束將熱量傳遞給溫度較低的水，水被加熱進而沸騰汽化，生成蒸汽，蒸汽通過蒸汽母管輸送給用汽設(shè)備。所以鍋爐的工作概括起來應包括三個同時進行的過程:燃料的燃燒過程，煙氣向水的傳熱過程和水的汽化過程f42一45j。(l)燃料的燃燒過程鍋爐的燃燒過程是具有一定溫度和壓力的燃料油通過油嘴噴入爐膛，霧化成細小的油滴，然后吸收爐內(nèi)熱量，表面逐漸氣化成油氣，與進入爐膛內(nèi)的空氣混合，形成可燃混合物，可燃混合物繼續(xù)吸熱升溫達到燃點，著火燃燒。要使燃料量、空氣量和負荷蒸汽量有一一對應的關(guān)系，這就要根據(jù)所需要的負荷蒸汽量，來控制燃料量和送風量。(2)煙氣向水的傳熱過程由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高。在爐膛四周的高溫煙氣與水冷壁進行基于PLC與組態(tài)軟件的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)強烈的輻射換熱，將熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)，管內(nèi)工質(zhì)經(jīng)過對流方式進行換熱，然后煙氣受風壓及煙囪的引力作用向爐膛的上方流動，經(jīng)過蒸汽過熱器、省煤器、空氣預熱器最后以經(jīng)濟的低溫煙氣排出鍋爐。(3)水的汽化過程水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水循環(huán)和汽水分離過程，經(jīng)過處理的水經(jīng)過泵加壓，先經(jīng)過省煤器得到預熱，然后進入汽包。鍋爐工作時，汽包中的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物。比重大的工質(zhì)往下流入下鍋筒，比重小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒，蒸汽產(chǎn)生的過程是借助于上鍋簡內(nèi)裝設(shè)的汽水分離設(shè)備以及在鍋筒本身空間中的重力分離作用使汽水混合物得以分離的。蒸汽壓力的雙位控制系統(tǒng)中，有的只有一個油頭，控制系統(tǒng)在一定的汽壓波動范圍內(nèi)對油頭進行通、斷控制。由于油頭只有通、斷兩種狀態(tài)，所以當汽壓在上限與下限之間波動時，油頭繼電器不動作。當蒸汽壓力達到上限時，油頭斷開從而鍋爐?；穑谑瞧麎洪_始下降，達到下限時，油頭接通，進行噴油燃燒。這種雙位控制系統(tǒng)，油頭只能在運行和停止之間進行切換。汽壓控制范圍的大小決定了切換的頻繁程度。由于小型鍋爐對供汽壓力的穩(wěn)定性要求不高，汽壓控制范圍可以適當增大，以減小切換的次數(shù)。使用這種控制方法的鍋爐需要經(jīng)常點火和熄火，使有關(guān)設(shè)備元件的啟動和停止十分頻繁，縮短了設(shè)備的使用壽命。所以只有蒸發(fā)量小、負荷較穩(wěn)定的鍋爐才適合使用雙位控制方法。對于現(xiàn)在以柴油機為動力裝置的貨輪上，在其雙位自動控制系統(tǒng)中，一般在蒸汽管路上裝有兩個壓力傳感器，它們動作整定值不同。當鍋爐汽壓下降到允許的下限值時，兩個壓力開關(guān)均閉合，控制系統(tǒng)自動啟動風門電機使風門開到最大，與它同軸所帶動的回油閥關(guān)得最小(這是一個油頭工作的情況，對采用兩個油頭工作的鍋爐，此時會打開兩個供油電磁閥，使兩個油頭同時噴油)，這時噴油量和送風量都最大，即鍋爐進行所謂的“高火燃燒”。當鍋爐汽壓上升到正常上限值時，一個壓力開關(guān)閉合，另一個壓力開關(guān)斷開，再次啟動風門電機把風門關(guān)得最小，它同軸帶動的回油閥開得最大(或關(guān)掉一個燃油電磁閥，使一個油頭工作)，這時噴油量和送風量都是最小的，即鍋爐進行所謂“低火燃燒”。當鍋爐負荷很低時，第4章船用燃油輔鍋爐及其自動控制即使低火燃燒的情況下汽壓仍然不斷增高，當汽壓上升到高壓保護值時，兩個壓力開關(guān)斷開，自動停爐，發(fā)出報警信號。報警后，當汽壓下降到下限值時，兩個壓力開關(guān)閉合，但必須按復位按鈕，才能自動啟動鍋爐。為了彌補雙位控制系統(tǒng)中只有最大和零兩種輸出的缺點，可采用介于雙位控制與比例控制之間的一種多位控制系統(tǒng)。其特點是除了設(shè)置一個具有相當于鍋爐高負荷噴油量的主噴油嘴外，還有一個相當于低負荷噴油量的輔噴油嘴。輔噴油嘴一般兼做點火噴油嘴。每個噴油嘴在與風機配合下投入運行時，都有與之相應的產(chǎn)汽量，所以又稱“高火”和“低火”。當鍋爐負荷在輔噴油嘴相應的產(chǎn)汽量以上時，因負荷變動而引起的汽壓升降由主噴油嘴按壓力調(diào)節(jié)信號在一定的高低限壓力之間進行切換來調(diào)節(jié)。當鍋爐負荷在輔噴油嘴相應的產(chǎn)汽量以下時，即使是低火燃燒，汽壓仍將上升，這時就由另一個壓力調(diào)節(jié)器使輔噴油嘴在汽壓高低限間進行切換。這種系統(tǒng)實際上是兩個雙位調(diào)節(jié)器的串聯(lián)，一個壓力調(diào)節(jié)器的輸出量為高火和低火，另一個雙位調(diào)節(jié)器的輸出為低火和零，各自進行分段控制。由于此時投入運行的噴油嘴的噴油量與當時的用汽量比較接近，因此運行過程中，汽壓比較穩(wěn)定，設(shè)備和元件啟停的次數(shù)隨之減少。同樣道理，系統(tǒng)中可以設(shè)置多油頭的多位控制，使每個油頭所承擔的負荷不同，當鍋爐的負荷變化時，根據(jù)鍋爐在不同的負荷段，使不同的油頭投入運行，以維持鍋爐的熱平衡，使蒸汽壓力在容許的波動范圍內(nèi)‘腸一列。在多油頭多位控制系統(tǒng)中，最佳風油比要比回油閥調(diào)節(jié)控制方式更容易實現(xiàn)。這種控制方法多用于負荷多變、對蒸汽壓力穩(wěn)定性要求不是很高的蒸汽壓力控制系統(tǒng)中。在油輪輔鍋爐的蒸汽壓力控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力作為被控對象，有時要求鍋爐在不同負荷下，汽壓都能穩(wěn)定在給定值上。為達到定值控制，油輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)主要由兩個(或三個)控制回路組成。其中一個回路是根據(jù)蒸汽壓力的偏差值經(jīng)比例積分的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器(主調(diào)節(jié)器)來控制燃油調(diào)節(jié)閥的開度，即改變向爐膛的噴油量。噴油量的改變必須同時改變向爐膛的送風量，為了基于PLC與組態(tài)軟件的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)保證燃油完全燃燒并得到較高的經(jīng)濟性，對應某一噴油量要有一個最佳的送風量與之相匹配，即在某一噴油量情況下要求有一個最佳的風油比。根據(jù)實驗可測定空氣壓力與噴油量之間近似平方關(guān)系。這樣，燃燒控制的第二個控制回路是根據(jù)噴油量對空氣壓力進行控制的回路。在這個回路中，空氣壓力的給定值是隨噴油量變化而變化的。燃油量變送器輸出的壓力信號代表了噴油量，函數(shù)發(fā)生器輸出一個信號，該信號代表此噴油量下最佳空氣量的氣壓信號，該信號作為空氣量控制回路的設(shè)定值。送入爐膛的實際空氣量是用風道與爐內(nèi)的壓差來反映的，系統(tǒng)經(jīng)差壓變送器輸出一個偏差信號，該偏差信號為送入鍋爐空氣量實際值的氣壓信號與給定值的差值，經(jīng)比例積分微分作用的空氣調(diào)節(jié)器控制風門調(diào)整機構(gòu)改變向爐膛的送風量。而第三個控制回路則根據(jù)爐膛壓力來調(diào)節(jié)抽風機，以維持鍋爐爐膛壓力在一定的容許波動范圍內(nèi)。目前的控制方法一般采用經(jīng)典的PID控制，這種控制比雙位控制要優(yōu)，但仍存在一些缺點，例如控制參數(shù)單一，對有的對象過渡過程時間長，超調(diào)量較大等。在鍋爐蒸汽壓力控制中，除了上述介紹的控制方法外，還有人提出了更智能的控制方法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡控制、遺傳算法等「53一56]。這些方法雖然不是非常成熟，但其應用前景勿庸置疑。在船舶鍋爐自動控制系統(tǒng)中，必須設(shè)置手動控制，目的是在自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，鍋爐能在人工操作的前提下順利起爐點火，并在點火成功后順利進入正常燃燒階段〔L57〕。一般來講，鍋爐的手動和自動轉(zhuǎn)換是通過“手動一自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)的?！笆謩右蛔詣印鞭D(zhuǎn)換開關(guān)是幾個開關(guān)串在一起，當開關(guān)打在自動位置時，燃油泵、風門、進油閥、鼓風機、點火變壓器、輕油電磁閥和燃油電磁閥等機構(gòu)可按照預先設(shè)置的時序依次運行，以完成鍋爐啟動過程或依據(jù)外界條件控制正常燃燒。當開關(guān)打在手動位置時，上述執(zhí)行機構(gòu)失去自動起停功能，必須通過人工操作來控制其狀態(tài)，以達到控制鍋爐的目的。在手動控制狀態(tài)下，當需要啟動鍋爐時，工作人員按下鼓風機和燃油泵的啟動按鈕，讓鼓風機和燃油泵投入工作，然后啟動風門電機并把風門開到最大。由第4章船用燃油輔鍋爐及其自動控制于此時進油閥沒有通電，不向爐膛供油，只用大風門進行預掃風。在確認預掃風進行比較充分的情況下，手動把風門關(guān)小，然后按下手動點火按鈕，使點火變壓器通電，點火電極打出電火花進行預點火。預點火進行幾秒鐘后(一般為35)，按下相應按鈕，使進油閥、輕油電磁閥和燃油電磁閥通電，向爐膛供油，由于此時風門關(guān)的最小，進油量也較小，故系統(tǒng)以小風門小油量進行點火。從觀察孔發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)產(chǎn)生火焰，說明點火成功，則應切除點火變壓器和輕油電磁閥的工作，停止點火。保持一段時間的低火燃燒，對鍋爐進行預熱。上述工作完成以后進入正常燃燒階段。當船舶用汽量較高，鍋爐內(nèi)汽壓較低時應進行高火燃燒，此時應把回油閥關(guān)至最小，風門開至最大，繼而汽壓較快地上升。此后就通過控制燃油進口閥的閥位和風門的大小來控制燃燒的強度。基于PLC與組態(tài)軟件的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)第5章基于P比與組態(tài)王的船舶鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計船舶輔鍋爐是船舶輔機的重要組成部分，對輔鍋爐進行計算機監(jiān)控，可實時了解鍋爐運行情況。通過實時控制，可提高鍋爐運行效率，節(jié)約燃油，同時為解決鍋爐液位中存在的問題，保證鍋爐連續(xù)給水，穩(wěn)定鍋筒水位等提供有效途徑。應用PLC和組態(tài)王對鍋爐進行控制和計算機監(jiān)視分為PLC設(shè)計和組態(tài)王軟件設(shè)計兩部分。鍋爐自動控制系統(tǒng)包含了大量的工/O變量，工/0變量分為數(shù)字工/0變量和模擬工/0變量。如油泵起停、風機起停等只有接通和斷開兩種狀態(tài)，是數(shù)字工/0變量。而水位高度、蒸汽壓力等是模擬工/O變量。數(shù)字量即開關(guān)量，通過高、低電平實現(xiàn)。船舶輔鍋爐的自動控制系統(tǒng)涉及到。數(shù)字量低電平對應數(shù)字量的0，高電平對應數(shù)字量的1。由于鍋爐的自動控制系統(tǒng)涉及到風、油、蒸汽以及一些設(shè)備如風機、油泵和一些傳感器等，所以出現(xiàn)的數(shù)字量比較多。T’名名稱稱描述述名稱稱描述述啟啟動按鈕鈕數(shù)字量輸入入自動運行行數(shù)字量輸出出停停爐按鈕鈕數(shù)字量輸入入輕油泵及其指示燈燈數(shù)字量輸出出輕輕油泵熱保護護數(shù)字量輸入入燃油泵及其指示燈燈數(shù)字量輸出出燃燃油泵熱保護護數(shù)字量輸入入輕油電磁閥閥數(shù)字量輸出出鼓鼓風機熱保護護數(shù)字量輸入入燃油電磁閥閥數(shù)字量輸出出補補水泵熱保護護數(shù)字量輸入入鼓風機及其指示燈燈數(shù)字量輸出出