變頻器和plc在工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)上的應(yīng)用

1、簡(jiǎn)介：工業(yè)蒸汽鍋爐的過(guò)程限制系統(tǒng)包括汽包水位限制系統(tǒng)和燃燒過(guò)程限制系統(tǒng),兩系統(tǒng)在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中互相耦合,所以限制起來(lái)非常困難.在此,我們暫不考慮系統(tǒng)間的耦合,只 是對(duì)蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造.關(guān)鍵字：變頻器,工業(yè)鍋爐,給水系統(tǒng),節(jié)能1、引言蒸汽鍋爐的過(guò)程限制系統(tǒng)包括汽包水位限制系統(tǒng)和燃燒過(guò)程限制系統(tǒng),兩系統(tǒng)在鍋 爐運(yùn)行過(guò)程中互相耦合,所以限制起來(lái)非常困難.在此,我們暫不考慮系統(tǒng)間的耦合,只是 對(duì)蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造.某有2臺(tái)20T燃煤蒸汽鍋爐,如圖1所示.這2臺(tái)鍋爐通過(guò)1個(gè)給水母管分別給各 自汽包供水,用汽量小的季節(jié),2臺(tái)鍋爐只運(yùn)行1臺(tái),當(dāng)用汽量較大時(shí),那么必須 2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)

2、行.由于給水泵額定功率為37kw, 一般情況下,1臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí),只開(kāi) 1臺(tái)給水泵裕量仍較大,而2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行且用汽量較大時(shí),只開(kāi) 1臺(tái)給水泵無(wú)法滿(mǎn)足需要,而開(kāi) 2 臺(tái)給水泵后,相對(duì)單臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí),裕量更大.由于 2臺(tái)鍋爐分別由2套DCS系統(tǒng)限制各 自的電動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)各自汽包的給水量,運(yùn)行中,閥門(mén)開(kāi)度較小造成給水母管壓力較大,不僅浪費(fèi)了大量的電能,較高的水壓還對(duì)管道、水泵葉輪和閥門(mén)造成損害.里水黑駕w X X涕3-決傘區(qū)圖1給水原理圖2、變頻改造方案基于系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀,本著既能節(jié)能降耗,又能限制簡(jiǎn)便、平安且投資較少的原那么, 我們?cè)O(shè)計(jì)了 1套1臺(tái)變頻器拖動(dòng)3臺(tái)電機(jī)的方案.具體如圖 2所示電比問(wèn)門(mén)2

3、3電動(dòng)冏門(mén)I*爐DCS愉每驚搏凝埋r 狀態(tài)切摟選f 燕汽壓力僖號(hào)f 華整壓力傀W 圖2限制原理圖在本方案中,充分利用了鍋爐層有的DCS限制系統(tǒng),同時(shí)增加了 變頻器、可編程序限制器(PLC)和限制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置.(1)硬件限制系統(tǒng)a )西門(mén)子MM430變頻器MM430變頻器是西門(mén)子公司最新研制生產(chǎn)的一種適用于各種變速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的高性能變頻器(調(diào)試簡(jiǎn)單、配置靈活),它具有最新的IGBT技術(shù)和高質(zhì)量限制系統(tǒng),完善的保護(hù)功能和較強(qiáng)的過(guò)載水平以及較寬的工作環(huán)境溫度,安裝接線方便,兩路可編程的隔離數(shù)字輸入、輸出接口以及模擬輸入、輸出接口等優(yōu)點(diǎn),使其配置靈活多樣,限制簡(jiǎn)單方便,易于 操作維護(hù).b ) 西門(mén)子S7

4、-200型PLC西門(mén)子S7-200型PLC可靠性高、抗干擾水平強(qiáng),可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可 靠的工作.適應(yīng)性強(qiáng),應(yīng)用靈活.2當(dāng)1臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)由于只開(kāi)1臺(tái)給水泵,就足夠鍋爐汽包所需用水量,故此時(shí),系統(tǒng)只對(duì)運(yùn)行鍋爐的 汽包水位進(jìn)行恒液位限制即可.將切換開(kāi)關(guān)置于相應(yīng)位置, 通過(guò)鍋爐原有 DCS限制系統(tǒng)中的手動(dòng)操作器將限制該鍋 爐汽包進(jìn)水量的電動(dòng)閥完全翻開(kāi)后,再通過(guò)限制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置切斷該限制信號(hào),使原有限制回路斷開(kāi),電動(dòng)閥保持全開(kāi)狀態(tài),同時(shí),將該鍋爐汽包液位信號(hào)切入PLC,讓PLC將該鍋爐汽包液位信號(hào)進(jìn)行 PID運(yùn)算處理后,再由限制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置,將PLC輸出的420mA模擬信號(hào)傳遞給變頻器,從而限

5、制 變頻器的輸出轉(zhuǎn)速.在本限制過(guò)程中,關(guān)鍵的是過(guò)程參數(shù)PID P:比例系數(shù)I:積分系數(shù)、D:微分系數(shù)的整定.由于工業(yè)鍋爐運(yùn)行過(guò)程中,用汽量的多小和蒸汽壓力的大小,決定了給水流量的大小和給水壓力的大小.為了保證系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行,不出現(xiàn)大的波動(dòng),對(duì)生產(chǎn)造成,在調(diào)試過(guò)程中,應(yīng)屢次反復(fù)調(diào)整 PID參數(shù),直至出現(xiàn)最正確限制過(guò)程.3當(dāng)兩臺(tái)鍋爐同進(jìn)運(yùn)行時(shí)由于2臺(tái)鍋爐分別由兩套 DCS系統(tǒng)限制,在運(yùn)行過(guò)程,雖然蒸汽并網(wǎng)后壓力相同, 但由于燃燒過(guò)程中存在不確定性,兩臺(tái)鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異.因此,單臺(tái)鍋爐運(yùn)行中所用的恒液位限制方案在此就不再適合.通過(guò)給水原理圖圖 1我們不難發(fā)現(xiàn), 要2臺(tái)鍋爐汽包的液

6、位分別限制,最理想的方案是將1個(gè)給水母管向2臺(tái)鍋爐給水的現(xiàn)狀徹底改變,將給水系統(tǒng)分開(kāi),使每個(gè)鍋爐都有自己獨(dú)立的給水系統(tǒng),再在此根底上加裝變頻限制,由1臺(tái)變頻器單獨(dú)限制1臺(tái)鍋爐的給水.但此方案不僅改動(dòng)較大,投資較高,且 要停產(chǎn)改造,顯然是行不通的.為了能在不改變?cè)邢到y(tǒng)現(xiàn)狀的前提下,更好的利用變頻裝置,節(jié)能降耗,減小系統(tǒng)運(yùn)行,維護(hù)費(fèi)用,提升原有系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,我們針對(duì)該企業(yè)2臺(tái)鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套專(zhuān)用于2臺(tái)或2臺(tái)以上鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)的限制方案,即:蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差限制方案.當(dāng)2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí),由于外供蒸汽并管,故蒸汽壓力相同,又由于2鍋爐由同一母管給水,故給水壓力也相同.但

7、由于蒸汽用量的變化不定和鍋爐燃燒情況的不同,蒸汽壓力是時(shí)刻變化的. 這樣,為了能保證給鍋爐汽包供上水,就必須要求給水的壓力始終高于蒸汽壓力,由圖2我們看到,由PLC采集蒸汽壓力和母管給水壓力,通過(guò)處理、比擬后, 得到二者的差值,再將此差值通過(guò)PID運(yùn)算處理,輸出420mA的模擬信號(hào)給限制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置.再由該裝置將信號(hào)傳輸給變頻器,從而限制變頻器的運(yùn)行速度.這樣雖然可以保證給水母管壓力始終高于鍋爐蒸汽壓力壓力差的大小可以通過(guò) PLC在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié) 但鍋爐各自汽包的液位卻無(wú)法再通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速去限制.在此,我們充分利用了原有給水限制裝置,即汽包各自的進(jìn)水電動(dòng)閥門(mén).仍由鍋爐原有DCS限制系

8、統(tǒng)采集各自汽包的液位,蒸汽壓力,給水壓力和給水流量等信號(hào),去相應(yīng)的調(diào)整進(jìn)水電動(dòng)閥的開(kāi)度,從而限制各汽泡液位和進(jìn)水流量.此方案由于存在閥門(mén)的調(diào)節(jié),所以上不能最大限度的節(jié)能降耗,但實(shí)際中,由于減小了給水母管與蒸汽壓力之間的壓力差,使電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度由原來(lái)的平均10%左右開(kāi)大到75%左右,系統(tǒng)回水閥門(mén)關(guān)閉,仍大大節(jié)約了能源.且本方案充分考慮了系統(tǒng)運(yùn)行的平安性,一旦變頻器故障,系統(tǒng)可立即自動(dòng)由變頻運(yùn)行狀態(tài)切換至原有工頻運(yùn)行狀態(tài),完全恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài),保證鍋爐正常運(yùn)行.變頻故障解除后,仍可方便的手動(dòng)切換為變頻狀態(tài), 使變頻器方便的投入運(yùn)行,且不鍋爐的運(yùn)行.3、PLCPLC是本系統(tǒng)的核心限制器件,它不僅

9、辨識(shí)、處理各種運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)行系統(tǒng)間的邏 輯運(yùn)算和聯(lián)鎖保護(hù),還對(duì)輸入的多個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算后,輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)限制變頻器的運(yùn)行速度.主程序結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,其中,對(duì)液位信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算的子程序,原理圖和程序框圖如圖 3、圖4所示.圖3 PID原理圖比例增益以1積分增費(fèi)1=0. 6設(shè)定定時(shí)中斷為255 Gs(2子程序.結(jié)束圖4程序流程框圖4、考前須知(1)由于變頻器產(chǎn)生高次諧波,會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾,同時(shí)由于PLC采集模擬信號(hào),要進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換處理,在此過(guò)程中,容易受到變頻器高次諧波的影響而失真.因此, 必須將變頻器零地分接且加裝液波裝置,對(duì)PLC用隔離變壓器供電,最好將 PLC安裝于距離

10、變頻器較遠(yuǎn)的位置上.(2)本系統(tǒng)所需液位、壓力等模擬信號(hào)均采至鍋爐原有限制系統(tǒng),為了不影響原 限制系統(tǒng)的平安性與完整性,應(yīng)將原有模擬信號(hào)通過(guò)隔離分路端子分路后采用.(3)鍋爐給水是鍋爐運(yùn)行過(guò)程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一,其運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性 直接關(guān)系到整個(gè)鍋爐系統(tǒng)乃至整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定與平安.因此,一旦變頻器出現(xiàn)故障而停車(chē)后,系統(tǒng)可自動(dòng)切換至原有工頻限制系統(tǒng)而不影響生產(chǎn),這一聯(lián)鎖舉措至關(guān)重要.5、結(jié)束語(yǔ)(1)變頻調(diào)速是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)工程,而變頻器只是其中的一局部,變頻器容量、類(lèi)型的選擇,電氣保護(hù)回路和限制回路的設(shè)計(jì)關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性、平安性和性.(2)變頻調(diào)速系統(tǒng)是基于微、電力電子、機(jī)、自