采用電接點(diǎn)壓力表和變頻器控制采暖鍋爐補(bǔ)水泵的方法

郭榮祥，劉 暢，張利華

GUO Rong-xiang1, LIU Chang1, ZHANG Li-hua2

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，包頭 014010；2.包頭市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所，包頭 014030）

0 引言

任何一種設(shè)備，它的高質(zhì)量、高可靠性、高穩(wěn)定性、低價(jià)格、低故障率、低維護(hù)成本最受用戶(hù)歡迎。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，越簡(jiǎn)單越好。對(duì)于用戶(hù)而言，簡(jiǎn)單可靠低成本，便于維護(hù)，即使性能稍差，也倍受青睞。上世紀(jì)九十年代，熱水采暖鍋爐補(bǔ)水泵就已經(jīng)開(kāi)始采用變頻器驅(qū)動(dòng)以控制鍋爐補(bǔ)水壓力。文獻(xiàn)[1]對(duì)補(bǔ)水泵采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的控制方法進(jìn)行了介紹，但不是很具體。文獻(xiàn)[2]至[4]對(duì)變頻調(diào)速控制原理及節(jié)能分析介紹較多，僅給出了原理框圖，無(wú)具體電路。文獻(xiàn)[5]盡管給出了原理框圖和電氣控制簡(jiǎn)圖，但較粗略，控制電路采用模擬電路，比較落后。直到現(xiàn)在，補(bǔ)水泵采用變頻器控制的方法沒(méi)有太大變化，多采用電阻遠(yuǎn)傳壓力表或壓力變送器進(jìn)行測(cè)壓，壓力采樣點(diǎn)在循環(huán)泵的入口處，且多采用PID調(diào)節(jié)功能進(jìn)行閉環(huán)控制。采用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行測(cè)壓并控制變頻器的輸出頻率，使鍋爐供暖系統(tǒng)壓力在要求的范圍。

1 補(bǔ)水壓力控制點(diǎn)確定及控制原理

供熱采暖鍋爐補(bǔ)水泵應(yīng)保證整個(gè)供熱系統(tǒng)充滿(mǎn)水，管網(wǎng)內(nèi)不進(jìn)空氣，避免影響供暖質(zhì)量。許多文獻(xiàn)介紹的壓力采樣點(diǎn)在熱水循環(huán)泵的入口處，其特點(diǎn)是當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，其入口壓降低，需要的補(bǔ)水壓低，補(bǔ)水泵變頻器輸出頻率低，補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速無(wú)需太高即可滿(mǎn)足所要求的壓力，其原因是利用了循環(huán)泵的吸程。當(dāng)循環(huán)泵停止運(yùn)行時(shí)，其入口壓升高，超過(guò)了所設(shè)定的壓力，補(bǔ)水泵停止運(yùn)行。一旦循環(huán)泵停止運(yùn)行，其出口壓會(huì)降低，極易造成建筑物最高處缺水而進(jìn)氣，從而影響用戶(hù)采暖。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是補(bǔ)水泵的壓力控制點(diǎn)不夠合理，因而找到合適的壓力控制點(diǎn)并對(duì)該點(diǎn)壓力進(jìn)行控制成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。合理的壓力控制點(diǎn)應(yīng)保證在循環(huán)泵停止運(yùn)行后供熱管網(wǎng)內(nèi)不進(jìn)氣，不管循環(huán)泵是否運(yùn)行，管網(wǎng)內(nèi)都應(yīng)充滿(mǎn)水，既不進(jìn)氣，補(bǔ)水壓又不是太高，以保證供熱管網(wǎng)和暖氣片的安全，避免供暖設(shè)施和管路滲漏。圖1中箭頭方向表示循環(huán)水流動(dòng)方向，閥門(mén)3處為壓力采樣控制點(diǎn)。為了保證循環(huán)泵運(yùn)行與停止時(shí)壓力控制點(diǎn)的壓力相同，可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)1和閥門(mén)2的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體操作時(shí)，應(yīng)使壓力采樣點(diǎn)的壓力在循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)比停止時(shí)略低，這樣可以在循環(huán)泵停止運(yùn)行后補(bǔ)水泵也停止運(yùn)行。

與補(bǔ)水壓控制點(diǎn)在循環(huán)泵入口處的方式相比較，這種方式需要在循環(huán)泵的出口與入口之間增加測(cè)壓管路及閥門(mén)，如圖1中的閥門(mén)1、閥門(mén)2及其管路。閥門(mén)及管路采用4分閥及4分管即可，壓力測(cè)量和控制采用電接點(diǎn)壓力表，控制原理如圖2所示。壓力設(shè)定通過(guò)電接點(diǎn)壓力表的上下限指針完成，二者的間隔不必太大，在0.02MPa即可，在無(wú)二次加壓的情況下，壓力下限值應(yīng)略高于建筑物高度。當(dāng)管網(wǎng)壓力降為下限值或低于下限值時(shí)，變頻器輸出頻率增大，水泵加速，補(bǔ)水量增加，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到上限值時(shí)，變頻器輸出頻率下降，水泵減速，補(bǔ)水量減少，當(dāng)管網(wǎng)壓力介于上下限之間時(shí)，變頻器輸出頻率保持不變，水泵恒速運(yùn)行，從而確保管網(wǎng)壓在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

圖1 壓力控制點(diǎn)示意圖

圖2 控制原理圖

2 補(bǔ)水泵電氣主電路

鍋爐補(bǔ)水泵多采用一用一備的兩臺(tái)泵工作方式，也有采用多用一備的方式，本文以?xún)捎靡粋涞娜_(tái)泵方式為例進(jìn)行介紹。為了在變頻器故障時(shí)補(bǔ)水泵仍能為鍋爐補(bǔ)水，所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)包括變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行兩部分，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。圖3給出了三臺(tái)泵的主電路圖。

圖3 補(bǔ)水泵電氣主電路

圖3中，變頻器選用富士電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵類(lèi)負(fù)載的FRENIC5000P11S系列產(chǎn)品。接觸器KM0為變頻器的進(jìn)線接觸器，KM1、KM3和KM5是由變頻器驅(qū)動(dòng)三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的切換接觸器，三者不應(yīng)同時(shí)吸合，同一時(shí)間只能有一臺(tái)吸合，且控制電路中必須有互鎖功能，以確保變頻器只驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。KM2、KM4和KM6是工頻運(yùn)行接觸器，在水泵電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)吸合。FR1、FR2和FR3為三臺(tái)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)對(duì)其進(jìn)行過(guò)載和缺相保護(hù)的熱繼電器。

3 補(bǔ)水泵電氣控制電路

圖4即為與圖3主電路相對(duì)應(yīng)的控制電路。圖4中的QF為控制電路電源開(kāi)關(guān)，SW為轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于選擇補(bǔ)水泵的手動(dòng)工頻運(yùn)行方式和自動(dòng)變頻運(yùn)行方式，每臺(tái)補(bǔ)水泵通過(guò)相應(yīng)的按鈕起動(dòng)或停止。工頻與變頻之間通過(guò)接觸器線圈回路里互串對(duì)方的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖。用于3臺(tái)泵變頻運(yùn)行的接觸器KM1、KM3和KM5也設(shè)置了互鎖，以避免變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。30A與30C之間的虛線框內(nèi)的常開(kāi)觸點(diǎn)為變頻其內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，用于自動(dòng)運(yùn)行時(shí)控制第二臺(tái)電機(jī)的起停。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水泵補(bǔ)水時(shí)，若變頻器輸出頻率已達(dá)到最大頻率（一般設(shè)為50Hz），補(bǔ)水壓力仍不能滿(mǎn)足要求，該觸點(diǎn)閉合，自動(dòng)工頻起動(dòng)第二臺(tái)水泵。當(dāng)兩臺(tái)泵補(bǔ)水時(shí)壓力超出設(shè)定壓力，且變頻器輸出頻率為最低時(shí)，該觸點(diǎn)斷開(kāi)，自動(dòng)停止第二臺(tái)水泵。具體由哪兩臺(tái)水泵運(yùn)行，通過(guò)按鈕來(lái)控制。比如要讓1號(hào)泵和2號(hào)泵運(yùn)行，則按下SB1進(jìn)行起動(dòng)，1號(hào)泵變頻運(yùn)行，補(bǔ)水壓力不足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)2號(hào)泵，2號(hào)泵工頻運(yùn)行，當(dāng)超壓時(shí)，自動(dòng)停止2號(hào)泵。如果讓3號(hào)泵和1號(hào)泵運(yùn)行，則按下SB3按鈕，3號(hào)變頻運(yùn)行，補(bǔ)水壓力不足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)1號(hào)泵，1號(hào)泵工頻運(yùn)行，當(dāng)超壓時(shí)，自動(dòng)停止1號(hào)泵。

4 變頻器控制端接線及參數(shù)設(shè)置

圖4 補(bǔ)水泵電氣控制電路

圖5所示為變頻器控制端接線圖。圖中，數(shù)字輸入端FWD的通斷決定變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，由變頻器供電接觸器KM0的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)控制，一旦接觸器KM0吸合，變頻器得電，輔助觸點(diǎn)接通，變頻器就開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)KM0斷開(kāi)時(shí)，F(xiàn)WD端無(wú)輸入信號(hào)，變頻器停止運(yùn)行。H和L為電接點(diǎn)壓力表的上下限觸點(diǎn)，可以在表上進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)字輸入端X1和X2的通斷決定變頻器頻率的變化。當(dāng)X1端接通X2端斷開(kāi)時(shí)變頻器頻率上升，而數(shù)字輸入端X1端斷開(kāi)X2端接通時(shí)變頻器頻率下降，二者同時(shí)接通或同時(shí)斷開(kāi)，變頻器頻率保持不變。

圖5 變頻器控制端接線圖

變頻器的參數(shù)設(shè)置如下：

F00：1，不可改變數(shù)據(jù)；

F01：9，由端子UP和DOWN設(shè)定頻率的增減；

F02：1，由外部端子FWD輸入運(yùn)行命令，接通運(yùn)行；

F03：50Hz，變頻器的最高輸出頻率；

F04：50Hz，變頻器的基本頻率；

F05：380V，電動(dòng)機(jī)的額定電壓；

F06：380V，變頻器的最高輸出電壓；

F07：加速時(shí)間；

F08：減速時(shí)間；

F10：1，電子熱繼電器動(dòng)作；

F11：熱繼電器動(dòng)作設(shè)定值；

F12：熱繼電器動(dòng)作時(shí)間；

F14：0，瞬時(shí)停電再起動(dòng)不動(dòng)作；

F15：頻率上限；

F16：頻率下限；

E01：17，X1端子功能為增命令UP；

E02：18，X2端子功能為減命令DOWN；

E24：1，頻率到達(dá)時(shí)端子Y5A、Y5C接通；

E30：2，頻率動(dòng)作回環(huán)，當(dāng)頻率到達(dá)檢測(cè)值范圍內(nèi)時(shí)，Y5接通；

E31：49Hz，變頻器輸出頻率動(dòng)作值；

E32：2Hz，變頻器輸出頻率動(dòng)作滯后值；

E33：1，輸出電流超過(guò)設(shè)定電流和設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)進(jìn)行過(guò)載預(yù)報(bào)；

E34：過(guò)載預(yù)報(bào)值；

E35：過(guò)載預(yù)報(bào)動(dòng)作時(shí)間；

P01：電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)；

P02：電動(dòng)機(jī)容量；

P03：電動(dòng)機(jī)額定電流；

其他參數(shù)設(shè)置采用變頻器出廠默認(rèn)值。

5 結(jié)論

經(jīng)多年的運(yùn)行證明，采用上述方法進(jìn)行控制的熱水鍋爐補(bǔ)水泵補(bǔ)水效果很好，采暖系統(tǒng)不缺水、不進(jìn)氣、滲漏少，壓力調(diào)節(jié)方便，故障率低，節(jié)電的同時(shí)，維護(hù)工作量少，深得用戶(hù)好評(píng)。

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