摘 要

本文运用PLC自动控制技术，通过对传统船舶辅助锅炉的控制要求的分析和研究，确定所需要的输入和输出；选择出合适的PLC型号（本次改造设计选择的是西门子PLC中的S7-200系列）合理的分配相应的I/O点；自动控制系统硬件的选型设计；辅助锅炉的控制系统的软件编程设计等过程，设计出一套能够较好适用于现代的自动化船舶的辅助锅炉自动控制系统，以更好的取代传统的复杂又繁琐的继电控制系统，使船舶辅助锅炉的控制更加精准高效，维护管理更加方便快捷，自动化程度更高。同时也为船舶辅助锅炉的模拟运营管理以及教学等提供了一个新的平台。

PLC自动控制系统不仅能够克服传统的继电器控制系统体积大，寿命短，可靠性差，故障率高，维修困难等一系列缺点，同时还能够很好的提高锅炉控制的精确性和实时性，大大提高了船舶辅锅炉控制的自动化程度。

关键字：PLC；自动控制；S7-200；船舶；辅助锅炉

Abstract

This paper uses the automatic control technology of PLC to determine the input and output equipment by analyzing the control requirements of the traditional marine auxiliary boiler. Then, it chooses the appropriate type of PLC (This paper chooses the PLC of Siemens S7-200) to distribute the I/O points reasonably. Next, it designs the peripheral circuits and control program of automatic control system. What's more, it designs a set of automatic control system of marine auxiliary boiler, which bases on PLC by on-line debugging and so on processes. This is in order to replace the traditional complex relay control system and make the marine auxiliary boiler’s controlling more precise and efficient. And the maintenance and management is more convenient with higher the degree of automation. Furthermore, it’s also provides a new platform for marine auxiliary boiler simulation of operation management and teaching.

The PLC automatic control system not only overcomes the defects of traditional relay control system such as large volume, short life, poor reliability, running slowly speed, high fault rate and difficulties for maintenance, but also the real-time and the accuracy of boiler control are improved, which makes the degrees of automation improve greatly.

Key Words: PLC；automatic control；S7-200；marine；auxiliary boiler

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

第2章 船舶辅锅炉 3

2.1 锅炉分类 3

2.2 辅助锅炉控制系统 3

2.2.1 传统水位控制 3

2.2.2 蒸汽压力控制 5

2.2.3 时序控制 7

2.2.4 小结 8

第3章 选型与硬件设计 9

3.1 PLC自动控制技术 9

3.1.1 产生与发展 9

3.1.2 PLC的基本结构 10

3.1.3 PLC的特点与应用 10

3.2 确定输入/输出设备 12

3.3 PLC选型 14

3.3.1 CPU的选择 14

3.3.2 扩展模块的选择 16

3.4 I/O点分配 17

3.4.1 PLC各模块I/O编址 17

3.4.2 输入/输出量的I/O分配 18

3.4.3 PLC硬件连接图 19

第4章 PLC程序设计 22

4.1 程序简介 22

4.2 水位控制 22

4.3 蒸汽压力控制 25

4.4 时序控制 29

4.5 主程序 33

第5章 总结与展望 35

5.1 总结 35

5.2 展望 35

致 谢 37

参考文献 38

绪论

自从蒸汽轮机船诞生以来，锅炉就一直使用在各种大中型船舶上，并扮演着极其重要的角色。虽然随着科技的飞速发展，内燃机已基本取代了蒸汽轮机作为船舶的主推进动力装置，但锅炉在现代船舶辅机中的重要地位依旧无可取代。在现如今的船舶设备中锅炉的重要性有增无减，发挥的作用越来越重要，同时还承担着大中型船舶上的加热以及供暖等重要任务。

然而随着船舶向自动化和智能化的方向迈进，现代船舶对锅炉的控制以及功能的要求也越来越严格了。传统的继电器控制系统已经不能满足锅炉日益严格的控制要求，自动控制技术在船舶上的应用越来越先进也越来越成熟。

目前，虽然在普通的商船上，继电控制系统仍然被使用，但是在大多数新造船上，简单的自动控制技术已经普及。而且由于自动控制技术摆脱了传统控制技术体积大，笨重的特点，所以在船舶辅锅炉的模拟操作和教学等方面，自动控制技术被广泛应用。

本次采用的是西门子S7-200型PLC来实现传统船舶辅助锅炉控制系统的改造设计。西门子S7-200型PLC是一种体积小巧但是功能强大的小型PLC，很适合辅助锅炉这种控制要求不是特别复杂的系统要求。

本次传统船舶辅助锅炉的控制系统的改造主要包括以下内容：

1. 船舶辅锅炉简介：对船舶辅助锅炉做以简单的介绍了解，重点明确辅助锅炉在船舶上的重要作用与意义，以及现代船舶对辅助锅炉的要求。分析传统船舶辅助锅炉的时序控制，水位控制，油量和风量的调节控制等的控制方法与要求。
2. PLC简介：对PLC的发展，应用，特点和应用领域做以简单介绍了解，体现PLC技术应用于辅锅炉控制系统的可行性和优越性。
3. 控制方案和硬件设计：根据辅助锅炉的工作原理和各种控制方法，结合现代船舶对辅助锅炉的要求，选择合适的PLC类型并制定相应的控制方案。本次改造设计选用的是西门子PLC S7-200系列。 根据选择好的PLC类型和制定好的控制方案，确定各个输入量和输出量。
4. 控制系统程序设计：根据所需的输入/输出量和控制要求设计出相应的各个部分的控制程序。

本次改造设计应用PLC自动控制技术实现对传统船舶辅助锅炉控制系统的改造，基本上取代了传统的继电系统中大量的中间继电器、时间继电器等中间元器件，简化了传统的继电系统中庞大复杂难懂的控制机构以及电路系统，并且提高了辅助锅炉控制的精确性和自动化程度，同时融入了现代船舶的自动控制网络，方便船员对辅助锅炉实时状况的了解和监测，做好相应的控制操作，从而能更安全可靠高效地完成相关营运工作。

船舶辅锅炉

锅炉分类

锅炉是通过在燃烧室内燃烧燃料将化学能转化为热能，使锅炉内的水受热变成水蒸气或热水的设备[^[1]]。船上使用的锅炉有主锅炉和辅助锅炉两种，在内燃机被广泛应用之前，船舶上将蒸汽轮机作为主机，通过锅炉产生高温高压的过热蒸汽驱动主蒸汽轮机产生趋势船舶运行的动力，这种锅炉称为主锅炉，它是船舶主推进动力装置的核心部分。在现代以柴油机为主机的船舶上，锅炉主要用于产生饱和蒸汽来加热燃油、滑油等以及加热淡水来满足日常生活的需要，或者驱动蒸汽辅机，这种锅炉称为辅锅炉[^[2]]。

燃油锅炉和废气锅炉都属于船舶辅助锅炉，按照受热面积的特点又可分为烟管锅炉和水管锅炉两大类。燃油锅炉，顾名思义，是直接燃用燃料油作为能量来源来工作的锅炉。典型的传统船用燃油锅炉有：立式横烟管锅炉、D型水管锅炉、针形管锅炉等[^[3]]。废气锅炉，是指利用船舶主机产生的废气中的热量作为能源来工作的锅炉，目的在于节能减排，提高能源利用率和经济性。典型的传统船用废气锅炉有立式烟管废气锅炉、强制循环盘香管式废气锅炉等。燃油锅炉和废气锅炉在现代的大、中型船舶中皆有使用，它们是保证船舶安全可靠且经济高效运行的必不可少的重要辅机之一。

辅助锅炉控制系统

辅助锅炉的种类虽然有很多而且各不相同，但各种锅炉的基本功能和控制的内容都是一样的。辅助锅炉的控制主要包括维持锅炉水位稳定的控制、维持锅炉内蒸汽压力稳定的控制也被称为燃烧控制、锅炉启动点火过程的时序控制以及监控报警和系统保护等。

传统水位控制

最简单的水位控制是只监控水位设定值上限和下限的双位控制^[[4]]，这种控制方式虽然简单容易实现，但是工作过程中水位波动很大，不适合控制要求高的场合，在现代锅炉的控制中也早已不被使用。仅仅依靠水位的变化来实现水位的控制的方法称为单冲量控制，双位控制即是单冲量控制的一种。