變頻器在工業鍋爐給水係統上的應用案例

  基於係統運行現狀,本著既能節能降耗,又能控製簡便、安全且投資較少的原則,我們設計了1套1台變頻器拖動3台電機的方案。具體如圖2所示。

  在本方案中,充分利用了鍋爐層有的dcs控製係統,同時增加了變頻器、可編程序控製器(plc)和控製信號轉換裝置。

  (1) 硬件控製係統

  a) 西門子mm430變頻器

  mm430變頻器是西門子公司最新研製生產的一種適用於各種變速驅動應用場合的高性能變頻器(調試簡單、配置靈活),它具有最新的igbt技術和高質量控製係統,完善的保護功能和較強的過載能力以及較寬的工作環境溫度,安裝接線方便,兩路可編程的隔離數字輸入、輸出接口以及模擬輸入、輸出接口等優點,使其配置靈活多樣,控製簡單方便,易於操作維護。

  b) 西門子s7-200型plc

  西門子s7-200型plc可靠性高、抗幹擾能力強,可直接安裝於工業現場而穩定可靠的工作。適應性強,應用靈活。

  (2) 當1台鍋爐運行時

  由於隻開1台給水泵,就足夠鍋爐汽包所需用水量,故此時,係統隻對運行鍋爐的汽包水位進行恒液位控製即可。

  將切換開關置於相應位置,通過鍋爐原有dcs控製係統中的手動操作器將控製該鍋爐汽包進水量的電動閥完全打開後,再通過控製信號轉換裝置切斷該控製信號,使原有控製回路斷開,電動閥保持全開狀態,同時,將該鍋爐汽包液位信號切入plc,讓plc將該鍋爐汽包液位信號進行pid運算處理後,再由控製信號轉換裝置,將plc輸出的4~20ma模擬信號傳遞給變頻器,從而控製變頻器的輸出轉速。

  在本控製過程中,關鍵的問題是過程參數pid

  (p:比例係數i:積分係數、d:微分係數)的整定。由於工業鍋爐運行過程中,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。為了保證係統的相對穩定運行,不出現大的波動,對生產造成影響,在調試過程中,應多次反複調整pid參數,直至出現最佳控製過程。

  (3) 當兩台鍋爐同進運行時

  由於2台鍋爐分別由兩套dcs係統控製,在運行過程,雖然蒸汽並網後壓力相同,但由於燃燒過程中存在不確定性,兩台鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異。因此,單台鍋爐運行中所用的恒液位控製方案在此就不再適合。通過給水原理圖(圖1)我們不難發現,要對2台鍋爐汽包的液位分別控製,最理想的方案是將 1個給水母管向2台鍋爐給水的現狀徹底改變,將給水係統分開,使每個鍋爐都有自己獨立的給水係統,再在此基礎上加裝變頻控製,由1台變頻器單獨控製1台鍋爐的給水。但此方案不僅改動較大,投資較高,且要停產改造,顯然是行不通的。為了能在不改變原有係統現狀的前提下,更好的利用變頻裝置,節能降耗,減小係統運行,維護費用,提高原有係統的自動化程度,我們針對該企業2台鍋爐的運行特點,設計了一套專用於2台(或2台以上)鍋爐同時運行時的控製方案,即:蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差控製方案。

  當2台鍋爐同時運行時,由於外供蒸汽並管,故蒸汽壓力相同,又由於2鍋爐由同一母管給水,故給水壓力也相同。但由於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於蒸汽壓力,由圖2我們看到,由plc采集蒸汽壓力和母管給水壓力,通過處理、比較後,得到二者的差值,再將此差值通過pid運算處理,輸出4~20ma的模擬信號給控製信號轉換裝置。再由該裝置將信號傳輸給變頻器,從而控製變頻器的運行速度。這樣雖然可以保證給水母管壓力始終高於鍋爐蒸汽壓力(壓力差的大小可以通過plc在一定範圍內任意調節),但鍋爐各自汽包的液位卻無法再通過調節變頻器的轉速去控製。在此,我們充分利用了原有給水控製裝置,即汽包各自的進水電動閥門。仍由鍋爐原有dcs控製係統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,去相應的調整進水電動閥的開度,從而控製各汽泡液位和進水流量。

  此方案由於存在閥門的調節,所以理論上不能最大限度的節能降耗,但實際應用中,由於減小了給水母管與蒸汽壓力之間的壓力差,使電動閥門的開度由原來的平均10%左右開大到75%左右,係統回水閥門關閉,仍大大節約了能源。且本方案充分考慮了係統運行的安全性,一旦變頻器故障,係統可立即自動由變頻運行狀態切換至原有工頻運行狀態,完全恢複改造前的運行狀態,保證鍋爐正常運行。變頻故障解除後,仍可方便的手動切換為變頻狀態,使變頻器方便的投入運行,且不影響鍋爐的運行。

  plc是本係統的核心控製器件,它不僅辨識、處理各種運行狀態,進行係統間的邏輯運算和聯鎖保護,還對輸入的多個模擬信號進行處理、運算後,輸出標準的模擬信號控製變頻器的運行速度。主程序結構較複雜,其中,對液位信號進行pid運算的子程序,原理圖和程序框圖如圖3、圖4所示。

  注意事項

  (1)由於變頻器產生高次諧波,會對通訊產生幹擾,同時由於plc采集模擬信號,要進行a/d和d/a轉換處理,在此過程中,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plc用隔離變壓器供電,最好將plc安裝於距離變頻器較遠的位置上。

  (2)本係統所需液位、壓力等模擬信號均采至鍋爐原有控製係統,為了不影響原控製係統的安全性與完整性,應將原有模擬信號通過隔離分路端子分路後采用。

  (3)鍋爐給水是鍋爐運行過程中至關重要的環節之一,其運行的穩定性與可靠性直接關係到整個鍋爐係統乃至整個企業生產運行的穩定與安全。因此,一旦變頻器出現故障而停車後,係統可自動切換至原有工頻控製係統而不影響生產,這一聯鎖措施至關重要。

  結語

  (1)變頻調速是電氣傳動係統工程,而變頻器隻是其中的一部分,變頻器容量、類型的選擇,電氣保護回路和控製回路的設計關係到變頻調速係統應用的可靠性、安全性和經濟性。

  (2)變頻調速係統是基於微電子、千亿体育、計算機、自動控製和電機等技術上發展而來的,有其先進性,但也有其不足和缺點,如電磁幹擾,高次諧波的寄生電容,以及低速運行時的電機溫升等。

  (3)變頻調速技術以其節能、環保、方便、工作效率高等優點,在現代企業中得到廣泛應用。若將其再與計算機技術有機的結合起來,實現資源共享,統一管理,則會進一步節能降耗,提高產品質量和生產穩定性。

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