变频器和PLC在工业锅炉给水系统上的应用1

.简介：工业蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两个系统在锅炉运行中互相结合，所以控制非常困难。 在这里，不考虑系统间的结合，只对蒸汽锅炉的供水系统进行变频改造。关键词：变频器、工业锅炉、供水系统、节能一、引言蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两个系统在锅炉运行中相互结合，所以控制非常困难。 在这里，不考虑系统间的结合，只对蒸汽锅炉的供水系统进行变频改造。有人，如图1所示，有两台烧煤的蒸汽锅炉。 这两台锅炉，向水母管一个一个地向各自的滚筒供水，在蒸汽量少的季节，两台锅炉只运转一台，蒸汽量大的时候，两台锅炉必须同时运转。 由于供水泵的额定功率为37kw，所以一般来说，用一台锅炉运转时，只有一台供水泵馀量大，与此相对，用两台锅炉同时运转，蒸汽量大时，仅用一台供水泵无法满足，用两台供水泵运转时，比用一台锅炉运转时馀量大两台锅炉分别在两套DCS系统中，由各电动阀调节各滚筒的供水量，因此运转中，阀的开度小时，向水母供给的管的压力就大，不仅浪费大量的电能，而且高的水压还会在配管、泵叶轮和阀上图1供水原理图2 .变频器改造方案根据系统运行现状，在节省能源和消耗的同时，基于简便安全投资少的原则，设计了一套逆变器牵引3台电机的方案。 具体如图2所示图2控制电路图在本提案中，利用锅炉层的DCS控制系统，追加了逆变器、可编程控制器(PLC )和控制信号转换装置。(1)硬件控制系统a )西门子MM430变频器MM430变频器是西门子公司新开发的适合各种变速驱动的高性能变频器，具有最新的IGBT技术和高质量的控制系统，具有完美的保护功能和强过载能力和宽的工作环境温度，布线方便，双向可编程的数字输入、输出接口具有输出接口等优点，其配置灵活，控制简单，操作维护方便。b )西门子S7-200型PLC西门子S7-200型PLC可靠性高，抗干扰性高，可直接设置在工业现场，能进行可靠性高的工作。 适应性强，应用灵活。(2)一台锅炉运行时因为只运转一台水泵，锅炉鼓所需的水量就足够了，在这种情况下，系统只要把锅炉鼓的水位控制在一定水平即可。将切换开关放在适当的位置上，用锅炉的已设DCS控制系统的手动操作器控制该锅炉的滚筒水量，使电动阀全开后，用控制信号切换装置切断该控制信号，切断已设控制电路，在使电动阀全开的状态下，将该锅炉滚筒液位信号切换到PLC， 使PLC对该锅炉滚筒液位信号进行PID运算处理后，用控制信号切换装置将从PLC输出的420mA的模拟信号传递给逆变器，控制逆变器的输出转速。本控制中重要的是工艺参数PID(P:比例系数I:积分系数、D:微分系数)的调整。 在工业锅炉运行中，通过蒸汽量的大小和蒸汽压力的大小，决定了供水流量的大小和供水压力的大小。 为了保证系统的相对稳定运行，没有大的变动，影响生产，所以在调试中，必须多次调整PID参数，直到出现最佳控制过程。(3)两台锅炉同时运转的情况由于两台锅炉分别由两台DCS系统控制，运转过程中蒸汽加在一起压力相同，但燃烧过程中存在不确定性，所以两台锅炉鼓的各自液位必然存在差异。 因此，用于单一锅炉运转的定液位控制方案在这里不合适。 从供水原理图(图1 )可以看出，分别控制两台锅炉滚筒的液面水平，是为了彻底改变一根水母管给两台锅炉供水的现状，分离供水系统，使各锅炉具有自己的供水系统，并追加变频器控制，用一台变频器来控制一台锅炉但是，这个方案发生了很大变化，不仅投资高，而且不能中止改造。 为了不改变以往系统的现状，更好地利用变频装置，降低节能消耗，降低系统的运行维护费用，提高以往系统的自动化程度，我公司就该企业的两台锅炉的运行特征，在同时运行两台(或两台以上)锅炉时两台锅炉同时运转时，由于是从外面供给蒸汽，所以蒸汽压力相同，另外，两台锅炉由同一母管供给，所以供水压力也相同。 但是，因为蒸汽使用量的变化与锅炉的燃烧状况不同，所以蒸汽压力时时刻刻在变化。 这样，为了向锅炉鼓供给上水，供水的压力总是需要比蒸汽压力高，由图2可知，通过PLC采集蒸汽压力和母管供水压力，通过处理、比较来得到两者的差，通过PID运算处理对该差控制420mA的模拟信号通过从该装置向变频器发送信号，控制变频器的运转速度。 由此，可以保证对水母的管压总是高于锅炉蒸气压(压力差的大小可以用PLC在一定范围内任意调节)，但是，通过调节变频器的转速，就不能控制锅炉各个滚筒的液位。 在这里，我们活用了现有的供水控制装置各个滚筒的供水电动阀。 锅炉现有DCS控制系统收集各滚筒液位、蒸汽压力、供水压力和供水流量等信号，调节供水电动阀的开度，以控制各气泡的液位和供水流量。该方案由于有阀门的调节，虽然不能最大限度地降低节能，但实际上，为了减小水母管和蒸汽的压力差，将电动阀的开度从以往的平均10%左右增大到75%左右，即使关闭系统的冷凝水阀，也大幅度地节约了能量。 此外，本方案充分考虑到系统运行的安全性，如果逆变器发生故障，系统就能立即从逆变器运行状态自动切换到原来的商用频率运行状态，完全恢复改造前的运行状态，保证锅炉的正常运行。 即使变频器故障消除了，也可以简单地手动切换到变频器状态，变频器的接通运转容易，并且锅炉不运转。3、PSPLC是本系统的核心控制元件，不仅能识别处理各种运行状态，进行系统间的逻辑运算和联锁保护，还能在处理运算输入的多个模拟信号后，输出标准的模拟信号控制变频器的运行速度。 主程序的结构很复杂，其中对液位信号进行PID运算的子程序、电路图和程序框图如图3、图4所示。图3PID电路图图4程序的流程图四、注意事项(1)逆变器产生高次谐波，对通信造成障碍，并且PLC收集模拟信号，因此如果进行A/D和D/A转换处理，则容易受到逆变器的高次谐波的影响而失真。 因此，需要将逆变器零点放下来安装液波装置，给PLC用绝缘变压器供电，最好在远离逆变器的地方设置PLC。(2)本系统所需的液位、压力等模拟信号均被锅炉现有的控制系统所采用，为了不影响原控制系统的安全性和完整性，将现有的模拟信号用分离分支端子分支采用。(3)锅炉供水是锅炉运行过程中的一个重要环节，其运行的稳定性和可靠性与整个锅炉系统或整个生产运行的稳定和安全直接相关。 因此，在变频器故障停车后，能够不影响生产地将系统自动切换为现有的商用频率控制系统的联锁对策很重要。五、结语(1)变频调速是电传动系统的工程，变频器是其一部分，变频器容量、类型的选择，电气保护电路和控制电路的设计关系到变频调速系统应用的可靠性、安全性和性。(2)变频系