工控網(wǎng)首頁
>

應(yīng)用設(shè)計(jì)

>

變頻器在工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)上的應(yīng)用

變頻器在工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)上的應(yīng)用

2008/1/2 13:52:00
1 引言 工業(yè)蒸汽鍋爐的過程控制系統(tǒng)包括汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒過程控制系統(tǒng),兩系統(tǒng)在鍋爐運(yùn)行過程中互相耦合,所以控制起來非常困難。在此,我們暫不考慮系統(tǒng)間的耦合,只是對蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。 某企業(yè)有2臺20T燃煤蒸汽鍋爐,如圖1所示。這2臺鍋爐通過1個給水母管分別給各自汽包供水,用汽量小的季節(jié),2臺鍋爐只運(yùn)行1臺,當(dāng)用汽量較大時,則必須2臺鍋爐同時運(yùn)行。由于給水泵額定功率為37kw,一般情況下,1臺鍋爐運(yùn)行時,只開1臺給水泵裕量仍較大,而2臺鍋爐同時運(yùn)行且用汽量較大時,只開1臺給水泵無法滿足需要,而開2臺給水泵后,相對單臺鍋爐運(yùn)行時,裕量更大。由于2臺鍋爐分別由2套DCS系統(tǒng)控制各自的電動閥門調(diào)節(jié)各自汽包的給水量,運(yùn)行中,閥門開度較小造成給水母管壓力較大,不僅浪費(fèi)了大量的電能,較高的水壓還對管道、水泵葉輪和閥門造成損害 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,又能控制簡便、安全且投資較少的原則,我們設(shè)計(jì)了1套1臺變頻器拖動3臺電機(jī)的方案。具體如圖2所示。
圖1 給水原理圖 在本方案中,充分利用了鍋爐層有的DCS控制系統(tǒng),同時增加了變頻器、可編程序控制器(PLC)和控制信號轉(zhuǎn)換裝置。 (1) 硬件控制系統(tǒng) a) 西門子MM430變頻器 MM430變頻器是西門子公司最新研制生產(chǎn)的一種適用于各種變速驅(qū)動應(yīng)用場合的高性能變頻器(調(diào)試簡單、配置靈活),它具有最新的IGBT技術(shù)和高質(zhì)量控制系統(tǒng),完善的保護(hù)功能和較強(qiáng)的過載能力以及較寬的工作環(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,控制簡單方便,易于操作維護(hù)。
圖2 控制原理圖 b) 西門子S7-200型PLC 西門子S7-200型PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定可靠的工作。適應(yīng)性強(qiáng),應(yīng)用靈活。 (2) 當(dāng)1臺鍋爐運(yùn)行時 由于只開1臺給水泵,就足夠鍋爐汽包所需用水量,故此時,系統(tǒng)只對運(yùn)行鍋爐的汽包水位進(jìn)行恒液位控制即可。 將切換開關(guān)置于相應(yīng)位置,通過鍋爐原有DCS控制系統(tǒng)中的手動操作器將控制該鍋爐汽包進(jìn)水量的電動閥完全打開后,再通過控制信號轉(zhuǎn)換裝置切斷該控制信號,使原有控制回路斷開,電動閥保持全開狀態(tài),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(jìn)行PID運(yùn)算處理后,再由控制信號轉(zhuǎn)換裝置,將PLC輸出的4~20mA模擬信號傳遞給變頻器,從而控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速。 在本控制過程中,關(guān)鍵的問題是過程參數(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)的相對穩(wěn)定運(yùn)行,不出現(xiàn)大的波動,對生產(chǎn)造成影響,在調(diào)試過程中,應(yīng)多次反復(fù)調(diào)整PID參數(shù),直至出現(xiàn)最佳控制過程。 (3) 當(dāng)兩臺鍋爐同進(jìn)運(yùn)行時 由于2臺鍋爐分別由兩套DCS系統(tǒng)控制,在運(yùn)行過程,雖然蒸汽并網(wǎng)后壓力相同,但由于燃燒過程中存在不確定性,兩臺鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異。因此,單臺鍋爐運(yùn)行中所用的恒液位控制方案在此就不再適合。通過給水原理圖(圖1)我們不難發(fā)現(xiàn),要對2臺鍋爐汽包的液位分別控制,最理想的方案是將1個給水母管向2臺鍋爐給水的現(xiàn)狀徹底改變,將給水系統(tǒng)分開,使每個鍋爐都有自己獨(dú)立的給水系統(tǒng),再在此基礎(chǔ)上加裝變頻控制,由1臺變頻器單獨(dú)控制1臺鍋爐的給水。但此方案不僅改動較大,投資較高,且要停產(chǎn)改造,顯然是行不通的。為了能在不改變原有系統(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,提高原有系統(tǒng)的自動化程度,我們針對該企業(yè)2臺鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套專用于2臺(或2臺以上)鍋爐同時運(yùn)行時的控制方案,即:蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差控制方案。 當(dāng)2臺鍋爐同時運(yùn)行時,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,通過處理、比較后,得到二者的差值,再將此差值通過PID運(yùn)算處理,輸出4~20mA的模擬信號給控制信號轉(zhuǎn)換裝置。再由該裝置將信號傳輸給變頻器,從而控制變頻器的運(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法再通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速去控制。在此,我們充分利用了原有給水控制裝置,即汽包各自的進(jìn)水電動閥門。仍由鍋爐原有DCS控制系統(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,去相應(yīng)的調(diào)整進(jìn)水電動閥的開度,從而控制各汽泡液位和進(jìn)水流量。 此方案由于存在閥門的調(diào)節(jié),所以理論上不能最大限度的節(jié)能降耗,但實(shí)際應(yīng)用中,由于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,系統(tǒng)回水閥門關(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)行的安全性,一旦變頻器故障,系統(tǒng)可立即自動由變頻運(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,仍可方便的手動切換為變頻狀態(tài),使變頻器方便的投入運(yùn)行,且不影響鍋爐的運(yùn)行。 3 PLC PLC是本系統(tǒng)的核心控制器件,它不僅辨識、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),還對輸入的多個模擬信號進(jìn)行處理、運(yùn)算后,輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號控制變頻器的運(yùn)行速度。主程序結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,其中,對液位信號進(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 4 注意事項(xiàng) (1) 由于變頻器產(chǎn)生高次諧波,會對通訊產(chǎn)生干擾,同時由于PLC采集模擬信號,要進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)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安裝于距離變頻器較遠(yuǎn)的位置上。 (2) 本系統(tǒng)所需液位、壓力等模擬信號均采至鍋爐原有控制系統(tǒng),為了不影響原控制系統(tǒng)的安全性與完整性,應(yīng)將原有模擬信號通過隔離分路端子分路后采用。 (3) 鍋爐給水是鍋爐運(yùn)行過程中至關(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)系到整個鍋爐系統(tǒng)乃至整個企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。因此,一旦變頻器出現(xiàn)故障而停車后,系統(tǒng)可自動切換至原有工頻控制系統(tǒng)而不影響生產(chǎn),這一聯(lián)鎖措施至關(guān)重要。 5 結(jié)束語 (1) 變頻調(diào)速是電氣傳動系統(tǒng)工程,而變頻器只是其中的一部分,變頻器容量、類型的選擇,電氣保護(hù)回路和控制回路的設(shè)計(jì)關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 (2) 變頻調(diào)速系統(tǒng)是基于微電子、電力電子、計(jì)算機(jī)、自動控制和電機(jī)等技術(shù)上發(fā)展而來的,有其先進(jìn)性,但也有其不足和缺點(diǎn),如電磁干擾,高次諧波的寄生電容,以及低速運(yùn)行時的電機(jī)溫升等。
圖4 程序流程框圖 (3) 變頻調(diào)速技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、方便、工作效率高等優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。若將其再與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)資源共享,統(tǒng)一管理,則會進(jìn)一步節(jié)能降耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。
投訴建議

提交

查看更多評論
其他資訊

查看更多

高壓變頻器的應(yīng)用

軟起動器與變頻器的區(qū)別

我國工控現(xiàn)狀與未來

企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

眉山金杯化工羅茨加壓風(fēng)機(jī)變頻控制改造方案