采用數(shù)顯儀表和變頻器控制蒸汽鍋爐水位的方法

郭榮祥，李穎，張利華，王建華（.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院；.包頭市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測所；.包頭紅日電氣控制有限公司，內(nèi)蒙古包頭0400）

采用數(shù)顯儀表和變頻器控制蒸汽鍋爐水位的方法

郭榮祥1，李穎1，張利華2，王建華3
（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院；2.包頭市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測所；3.包頭紅日電氣控制有限公司，內(nèi)蒙古包頭014030）

針對蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵普遍采用變頻調(diào)速和PID調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方法，提出了采用數(shù)字顯示儀表的上下限輸出觸點(diǎn)進(jìn)行變頻器頻率控制的方法，選擇了鍋爐水位測量儀表和變頻器，給出了相應(yīng)的主電路和控制電路原理圖，設(shè)置了變頻器的相關(guān)參數(shù)。實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)備運(yùn)行更可靠，調(diào)節(jié)更方便。

蒸汽鍋爐；補(bǔ)水泵；變頻器；水位控制；數(shù)顯儀表

通常蒸汽鍋爐根據(jù)鍋爐水位控制補(bǔ)水泵的起動和停止，以滿足鍋筒內(nèi)的水位在要求的范圍之內(nèi)。文獻(xiàn)[1]介紹了采用變頻器驅(qū)動蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵以滿足鍋筒水位要求的控制原理，并進(jìn)行了節(jié)能分析，給出了相應(yīng)的控制原理框圖。文獻(xiàn)[2]至[6]則針對熱水鍋爐介紹了補(bǔ)水泵采用變頻器控制的方法，盡管不同于蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵的控制，但也有相同之處，可以參考。這些文章的不足之處是只有原理性的介紹，或只有控制簡圖，電路不具體。采用變頻器控制蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵的主要目的是首先要保證鍋爐水位在要求的范圍之內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行可靠，其次是節(jié)約用電。為此，本文采用水位傳感器進(jìn)行測量、數(shù)字顯示儀表進(jìn)行顯示和控制，并利用變頻器調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制補(bǔ)水泵的補(bǔ)水量，以滿足鍋爐水位要求。文中給出了較為詳細(xì)的電路，并以某一品牌的變頻器為例進(jìn)行介紹，設(shè)置了相關(guān)參數(shù)。

1　補(bǔ)水要求

蒸汽鍋爐的水位控制極其重要，鍋爐缺水極易造成重大事故，因而對鍋爐補(bǔ)水泵的控制非常關(guān)鍵。圖1所示為蒸汽鍋爐鍋筒與補(bǔ)水泵的連接示意圖。在鍋爐的燃燒過程中，鍋筒內(nèi)的水受熱變成了蒸汽，鍋筒內(nèi)的水因此而減少，水位下降。利用水位傳感器測量出鍋筒內(nèi)的水位，通過數(shù)字顯示儀表顯示出來，并能根據(jù)水位的變化及時(shí)控制補(bǔ)水泵運(yùn)行，從而確保鍋筒內(nèi)水位在要求的范圍之內(nèi)，不致使鍋爐缺水，以免影響蒸汽供應(yīng)特別是鍋爐的安全。

2　補(bǔ)水控制原理

為了確保鍋爐在送出蒸汽時(shí)鍋筒內(nèi)的水位變化不大，采用變頻器控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速從而控制其補(bǔ)水量。把水位傳感器測出的水位信號送至水位數(shù)字顯示儀表，分別設(shè)置水位數(shù)顯儀表的兩個(gè)常開輸出觸點(diǎn)為高水位和低水位時(shí)閉合，則當(dāng)水位為高水位時(shí)，高水位常開觸點(diǎn)閉合，接通變頻器的一個(gè)數(shù)字輸入端，使變頻器的輸出頻率減小，當(dāng)水位為低水位時(shí)，接通變頻器的另一個(gè)數(shù)字輸入端，變頻器的輸出頻率增大，當(dāng)水位介于高低水位之間時(shí)，保持變頻器輸出頻率不變。這樣補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速隨之而變，補(bǔ)水泵的補(bǔ)水量可確保鍋筒水位在設(shè)定的高低水位之間。當(dāng)高低水位的差值較小時(shí)，鍋筒水位穩(wěn)定在一個(gè)較小的范圍。圖2為實(shí)現(xiàn)上述功能的原理框圖。

3　補(bǔ)水泵電氣電路

蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵一般采用多用一備的方式，其中以一用一備和兩用一備居多,下面以兩用一備為例進(jìn)行介紹。圖3為兩用一備補(bǔ)水泵的電氣主電路。其中，1號和2號補(bǔ)水泵既可工頻運(yùn)行又可變頻運(yùn)行，3號補(bǔ)水泵只能運(yùn)行于工頻狀態(tài)。圖中，QS為與三相供電電源相接的空氣開關(guān)，KM0為變頻器進(jìn)線接觸器，接觸器KM1與KM3用于切換變頻器所驅(qū)動的1號和2號補(bǔ)水泵電動機(jī)，通過控制電路中的按鈕進(jìn)行選擇，先按者由變頻器驅(qū)動。KM2、KM4和KM5為1號、2號和3號補(bǔ)水泵電動機(jī)工頻運(yùn)行接觸器。FR1、FR2和FR3為電動機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)進(jìn)行過載和缺相保護(hù)的熱繼電器。

與圖3主電路相對應(yīng)的控制電路如圖4所示。圖中QF為控制電路電源開關(guān)，SW1為轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于選擇補(bǔ)水泵的工作狀態(tài)，當(dāng)打到手動狀態(tài)時(shí)通過按按鈕起停相應(yīng)的水泵，水泵運(yùn)行于工頻狀態(tài)。當(dāng)SW1打到自動狀態(tài)時(shí)，通過按鈕起動或停止相應(yīng)的補(bǔ)水泵，由變頻器驅(qū)動該水泵電機(jī)，變頻器自動調(diào)整輸出頻率以改變水泵的出水量，用以滿足鍋筒水位的要求。當(dāng)1臺水泵難以滿足要求時(shí)，自動起動另一臺水泵，該水泵為工頻運(yùn)行。工頻與變頻之間設(shè)置了相應(yīng)的互鎖，確保二者不同時(shí)驅(qū)動，以免損壞變頻器。用于接通變頻器與1號、2號補(bǔ)水泵的接觸器KM1和KM3也設(shè)置了互鎖，避免變頻器同時(shí)驅(qū)動兩臺補(bǔ)水泵。在自動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由變頻器的輸出繼電器常開觸點(diǎn)控制另一臺水泵的起停，如圖4中虛線框內(nèi)TA和TC之間的常開觸點(diǎn)。1號泵和2號泵一般互為備用，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SW2打向右側(cè)時(shí)，不管是1號泵還是2號泵變頻運(yùn)行，起動的第2臺水泵總是3號泵。只有在3號泵故障時(shí)，把轉(zhuǎn)換開關(guān)SW2打向左側(cè)，起動的第2臺泵才不會是3號，而是與變頻器所驅(qū)動的水泵相反的一臺，即若變頻器驅(qū)動1號泵補(bǔ)水，當(dāng)1號泵運(yùn)行頻率達(dá)到50Hz時(shí)補(bǔ)水量仍不能滿足要求，會自動工頻起動2號泵。當(dāng)兩臺泵補(bǔ)水時(shí)，若變頻器輸出頻率達(dá)到下限值時(shí)水筒水位仍為高水位，則自動停止工頻泵，由一臺泵變頻補(bǔ)水。

4　變頻器及儀表的選擇及參數(shù)設(shè)置

變頻器選用山東深川電氣科技有限公司生產(chǎn)的SVF-EV系列產(chǎn)品。電源進(jìn)線接觸器KM0接變頻器的R、S、T端，電動機(jī)接觸器KM1、KM3接變頻器輸出端U、V、W端，圖5給出了控制端接線圖。圖中，S1端為變頻器運(yùn)行輸入端，由KM1、KM3的常開輔助觸點(diǎn)控制，S2接鍋筒低水位信號，S3接鍋筒高水位信號。變頻器參數(shù)設(shè)置如下：

F0.00：4，多段速運(yùn)行設(shè)定；

F0.01：1，變頻器頻率增減設(shè)定有效，端子控制；

F0.03：1，端子控制起停；

F0.06：50Hz，電動機(jī)額定頻率；

F0.07：380V，電動機(jī)額定電壓；

F0.08：1，機(jī)型選擇，選擇P型機(jī)（風(fēng)機(jī)泵類）；

F0.10：加速時(shí)間，根據(jù)具體情況設(shè)定；

F0.11：減速時(shí)間，根據(jù)具體情況設(shè)定；

F0.12：上限頻率，根據(jù)具體情況設(shè)定；

F0.13：下限頻率，根據(jù)具體情況設(shè)定；

F2.11：1，上電端子運(yùn)行選擇，上電時(shí)有效；

F7.00：01，多功能端子S1功能選擇正轉(zhuǎn)運(yùn)行；

F7.01：09，多功能端子S2功能選擇頻率設(shè)定遞增；

F7.02：10，多功能端子S3功能選擇頻率設(shè)定遞減；

F7.08：1.5Hz，端子上升下降頻率增量變化率；

F7.09：07，上限頻率到達(dá)繼電器有輸出；

FH.00：電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速；

FH.01：電動機(jī)額定功率；

FH.00：電動機(jī)額定電流；

FL.00：1，電動機(jī)過載保護(hù)方式為普通電機(jī)；

FL.01：電動機(jī)過載保護(hù)電流；

FL.04：自動限流水平，根據(jù)現(xiàn)場確定。

其他參數(shù)采用變頻器出廠確認(rèn)值。

儀表及水位傳感器選用SZD-K型液位控制儀，該儀表可同時(shí)進(jìn)行水位測量與顯示。檢測水位的傳感器為電感式浮球傳感器，將液位信號轉(zhuǎn)換成一個(gè)線性的電壓信號，該信號送入數(shù)顯儀表后進(jìn)行顯示，同時(shí)有兩個(gè)輸出繼電器可作為水位上下限信號，上下限值可以在儀表上設(shè)定，這里作為變頻器頻率增減的控制信號。

5　結(jié)論

采用該方法控制蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵后，在蒸汽用量發(fā)生變化時(shí)鍋筒內(nèi)的水位保持在了設(shè)定的范圍之內(nèi)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期效果。與常用的PID調(diào)節(jié)的變頻補(bǔ)水泵相比，更易讓現(xiàn)場工人接受，不存在不穩(wěn)定問題。實(shí)際運(yùn)行表明，補(bǔ)水效果良好，深受用戶歡迎，可推廣應(yīng)用。

[1]李潔，王臣.蒸汽鍋爐補(bǔ)水泵變頻調(diào)速原理及節(jié)能分析[J]，自動化與信息工程，2000(2)．

[2]郭榮祥，弓小龍.采暖鍋爐定壓控制裝置的變頻調(diào)速改造[J].自動化與儀表，1999（5）：66-67．

[3]金光龍，李英俊，金英碩.采暖鍋爐定壓控制裝置的改造[J].自動化與儀表，2002，17（3）：61-62．

[4]劉洪臣.微機(jī)自動控制變頻補(bǔ)水系統(tǒng)[J].電氣時(shí)代，2003（11）：60-60．

[5]賈琨，張建，楊恩武，等.變頻調(diào)速在采暖熱水鍋爐控制中的應(yīng)用[J].自動化與儀表，2002，17（2）：66-67．

[6]樊啟春，方士賓.淺析變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐補(bǔ)水泵上的應(yīng)用[J].水泵技術(shù)，2000（4）：26-28．

[7]深川電氣科技有限公司.SVF-EV系列高性能矢量通用變頻器使用說明書.資料版本V3.6.

(責(zé)任編輯：趙建周）

The Method to Control the Water Level of Steam Boiler by the Digital Indicator& Frequency Converter

GUO Rong-xiang1,LI Ying1,ZHANG Li-hua2,WANG Jian-hua3
(1.Information Engineering College of Inner Mongolia University of Science and Technology;2.Baotou City Product Quality Measurement Test;3.Baotou Red Sun Electrical Control Electric Control Ltd.,Baotou 014030,China)

In allusion to the method of using the frequency converter&PID regulation to control the steam boiler pump in the article,it has proposed to use the output contact bounds of digital indicator to control the frequency converter.We have chose boiler water level measuring meter&frequency converter and made the electric draw?ing of the main circuit,set up the parameters of the frequency converter.Actual motion indicated,equipment op?eration more reliable,easy to adjust it can be generalized in the future.

steam boiler;pump;frequency converter;control of water level;digital indicator

TM343+.2

A

1673-2928（2015）02-0028-03

2014-04-16

郭榮祥(1963－)，男，內(nèi)蒙古和林格爾人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)副教授，研究方向：工業(yè)過程控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。