第39卷 第3期2010年6月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.39 N o.3
Jun.2010
收稿日期:2009-05-24修回日期:2009-06-26
作者简介：李 林(1980-)，男，硕士，讲师。研究方向：船舶电气自动化。E -mail:ry m
DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2010.03.025
李 林，吴
，叶继英密封油
(浙江海洋学院机电工程学院，浙江舟山316000)
摘 要：针对船用燃油辅锅炉，通过机理建模的方法，得到汽包水位和压力在具体扰动下的数学模型。运用M atlab 在不同的工况下仿真，证实模型可信度。根据仿真分析的结果，通过M CGS 和V B 设计制作燃油辅锅炉主要功能仿真模块，实现船用燃油辅锅炉及相关设备的模拟。本仿真模拟器系统既可对船舶 技术人员进行综合训练，也可作为单独的锅炉仿真培训系统，或作为锅炉课程教学的辅助教学用具。
关键词：船用锅炉；模拟器；模型；仿真
中图分类号:U 664.111 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2010)03-0089-03
随着船舶自动化程度提高及计算机仿真技术在机舱自动化中的广泛应用，对轮机管理人员的技术水平要求越来越高。利用模拟器对船员进行培训，可以提高船员的实际操作能力[1]。船用燃油辅锅炉是船舶辅机中的重要组成部分，目前，对于船用燃油辅锅炉系统的仿真研究还不多见。
因此，结合实船燃油锅炉系统情况和操作要求，实现船用燃油辅锅炉仿真模拟。
以一艘30万t 的原油油船为母船设计仿真模拟器，配备有1台燃油废气组合锅炉和1台辅锅炉。当主机稳定运行，用主机排气的热量加热炉水，进出港或停港时，点燃燃油锅炉运行代替废气锅炉。燃油废气组合锅炉水位控制和燃油控制采用双位控制，废气挡板控制采用比例控制。燃油辅锅炉的工作压力为1.568M Pa，蒸发量为40t/h，辅锅炉水位和燃烧控制均采用PID 控制。
2 系统建模仿真
锅炉设备有许多调节参数和被调参数，还存在着错综复杂的扰动参数，而且这些调节参数与被调参数之间存在许多交叉的影响[2]。锅炉设备
作为一个复杂的调节对象，是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的对象，所有的特性由锅炉本身的物理特性决定[3]。2.1 汽包水位建模仿真
引起汽包水位变化的主要扰动是给水流量的变化和蒸汽流量的变化，只考虑主要扰动，汽包水位的动态特性可表示为: T 1T 2d 2
h d t 2+T 1d h d t
=
(T w
d u w d t +K w u w )-(T d d u d
d t
+K d u d )式中:h 汽包水位的高度;
T w 给水流量的时间常数;T d 蒸汽流量的时间常数;K w 给水流量的放大倍数;K d 蒸汽流量的放大倍数;
u d 蒸汽流量变化量相对于最大蒸汽流量的标定值;
u w 给水流量的变化量相当于最大蒸汽
流量的标定值;
T 1、T 2 时间常数[4]
。
由此，可分别得到汽包水位在给水扰动下的传递函数:
G w (s)=
S (T 2+1)
去皮刀片式中: 给水改变单位流量时水位的变化速度。
在蒸汽流量扰动下的传递函数:
G d (S)=
K 2T 2S +1-1
T a S
利用双线性Z 变换离散替换法，建立系统仿
真方框图见图1。
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船用燃油辅锅炉的建模与仿真 李 林，吴,
叶继英
图1 不同负荷水位模型仿真分析方框图
假设给水调节阀和蒸汽调节阀均为线性，其开度系数都为0.4，并假设给水调节阀保持30%的开度不变(不受控制器控制)。在t =100s 时，蒸汽调节阀从0开度分别阶跃到50%和20%开度，得到的曲线见图2
。
图2 不同负荷水位模型仿真分析曲线
2.2 汽压调节对象建模仿真
锅炉燃烧系统自动控制的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。其汽压调节对象的传递函数可表示为:
P b (s)=[U 0(s) K 0 e 0s -U q (s) K q ]
R q
C b R q s +1
式中:U 0(s) 转化为额定气压下蒸汽量的燃油
量;
K 0 燃油阀放大系数; 0 迟延时间;
K q 蒸汽调节阀的阀门系数;U q 蒸汽调节阀的开度;R q 用汽设备的阻力;
C b 蓄热系数;
D q 吸热量理论上能产生的蒸汽。利用双线性Z 变换离散替换法[4]
，建立系统仿真方框图见图3
。图3 50%燃油阀开度蒸汽压力模型仿真分析方框图
不同蓄热系数的锅炉，当燃油阀开度为50%时，蒸汽阀关闭，蒸汽压力随时间的变化情况的仿真分析曲线见图4。从图4可以看出，当C b =10000，蒸汽压力在30min 左右升到1.6MPa，这与
本模拟器所选母船的锅炉大致相符。
图4 不同蓄热系数蒸汽压力模型仿真分析曲线
3 系统软件设计
系统的软件采用模块化的结构来设计，结构见图5
。
图5 锅炉模拟器软件结构图
根据具体的功能，将锅炉模拟器软件分为人机界面、模型、通讯、控制及数据处理5部分，其中模型和通讯程序用Visual Basic 6.0编写，控制、数据处理和人机界面由工控组态软件MCGS(monitor and control generated system)完成[5]。两部分程序之间采用对象链接和嵌入技术(OLE)进行数据交换。和Visual Basic 程序进行数据交换的实际是MCGS 实时数据库，因为MCGS 组态软件是以实时数据库为核心的，程序中各个窗口和脚本程序块之间(包括窗口和窗口之间、脚本程序和脚本程序之间和窗口和
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第3期船 海 工 程第39卷
脚本程序之间)以及程序和外界之间都通过这个数据库进行交互。
4 结束语
针对船用燃油辅锅炉，通过机理建模的方法，由具体扰动下的模型在M atlab中进行了模型正确性的验证，再利用VB编写数学模型计算模块，通过DDE方式与MCGS实时数据库进行通讯，采用上述方案是可行而且可靠的，能够基本模拟实船锅炉的操作运行过程[6]。可以通过手动或者自动的方式来操作人机界面，观察燃油辅锅炉运行的整个过程。参考文献
[1]李 实.基于虚拟现实的船舶轮机仿真训练系统[J].
系统仿真学报,2000(5):193-196.
[2]韩慧君.系统仿真[M].北京：电子工业出版社,1985.
[3]孙优贤.锅炉设备的自动调节[M].北京：化学工业出
版社,1982.
[4]孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京：清华大学出
版社,2003.
[5]王子才.关于仿真理论的探讨[J].系统仿真学报,
2000,11:33-34.
[6]赵明懿.船用燃油辅锅炉的仿真研究[D].大连：大连细水雾喷头
海事大学,2005.
Simulation Research of the Marine Fuel Boiler
LI Lin,WU Jie,YE J-i ying
(Co lleg e of M echanical and Elect rical Eng ineer ing,Zhejiang Ocean U niv ersit y,Zho ushan Z hejiang316000,China) Abstract:T he mathematic model o f bo iler dr um w ater system and steam pressure contro lled sy stem was established in acco rdance with the pr inciple of mar ine boiler.T he respo nse was compared w it h that obtained thr ough simulatio n r ea-l ized by the use of M at lab on different conditio ns.T he r esult prov ed that simulation models w ere in accor dance with the actual pr ocess.Based o n the simulation result,the functio n o f the mar ine fuel bo iler simulation sy stem w as given and its so ftwa re was designed by means of M CGS and VB.T hen the simulat ion of mar ine bo iler and equipments invo lved can be acco mplished.T he simulator can be used in the mar ine eng ineering t eaching and give user comprehensiv e training.
Key words:marine boiler;simulator;mo del;simulat ion
(上接第88页)热转印烤杯机
参考文献
铸铁锅炉[1]刘 州，肖 民，姚寿广.基于Into uch的柴油主机监
控系统的设计[J].华东船舶工业学院学报,2004,18
(2):71-75.
[2]张均东，闫慧琦，余剑翔.基于CA N总线的船舶监控
系统设计[J].测控技术,2003,22(10):24-27. [3]黄 玮.基于CA N总线技术的机舱报警系统[J].仪
表技术,2009(9):58-59.
On the Simulated M onitoring System of M arine Engine Room
Based on CA N Field Bus
X U Bao-sen
(Dept.of P ow er Engineering,Bohai Shipbuilding V ocatio na l Colleg e,H uludao L iao ning125000,China) Abstract:T he hardwar e st ruct ur e and the so ftwa re functio n o f a ship's engine roo m simulat ion and monito ring alar m sy stem based on CA N field bus in the labo rato ry w ere described.Running results pr oved that the monit or ing and alarming sy stem has characterist ics of novel st ructur e,low co st,hig h reliability and easy ma int enance.
铝合金箱体
Key words:marine eng ine ro om;monitor ing and alar ming system;field bus;simulatio n
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