換熱機(jī)組補(bǔ)水壓力自動(dòng)控制

郭榮祥, 劉　偉, 郝東波, 王建華

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭　014010;

2. 北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司 臨河熱電廠, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾　015000;

3. 包頭紅日電氣控制有限公司, 內(nèi)蒙古 包頭　014030)

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換熱機(jī)組補(bǔ)水壓力自動(dòng)控制

郭榮祥1, 劉偉1, 郝東波2, 王建華3

(1. 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭014010;

2. 北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司 臨河熱電廠, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015000;

3. 包頭紅日電氣控制有限公司, 內(nèi)蒙古 包頭014030)

摘要:提出了采用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行管網(wǎng)水壓測(cè)量和控制的方法,并以?xún)膳_(tái)補(bǔ)水泵控制為例給出了電氣主電路及控制電路原理圖.選用ABB ACS510系列變頻器說(shuō)明其控制方法,設(shè)置了變頻器的相關(guān)參數(shù).實(shí)際運(yùn)行表明,該控制方法壓力設(shè)定簡(jiǎn)單,可靠性更高,維修便利且成本低廉,使用價(jià)值更高.

關(guān)鍵詞:換熱機(jī)組; 補(bǔ)水壓力; 變頻器; 電接點(diǎn)壓力表

隨著集中供暖的普及,城市供暖系統(tǒng)中換熱機(jī)組用量越來(lái)越大,機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行可靠性要求也越來(lái)越高.質(zhì)量高、性能可靠、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、故障率低、維護(hù)費(fèi)用低的設(shè)備最受用戶(hù)歡迎.完成同樣的功能,控制越簡(jiǎn)單越好.對(duì)于用戶(hù)而言,為了提高可靠性、減小維護(hù)成本、及時(shí)排除故障,即使設(shè)備性能稍有下降,也深受喜愛(ài).目前換熱機(jī)組補(bǔ)水泵普遍采用變頻調(diào)速控制,其工作原理及節(jié)能分析許多文獻(xiàn)都有介紹[1-4],壓力控制多采用PID調(diào)節(jié)功能進(jìn)行閉環(huán)控制.PID功能可以通過(guò)外部控制器[5]或PLC控制[6]實(shí)現(xiàn),也可利用變頻器的內(nèi)部功能通過(guò)設(shè)置相關(guān)參數(shù)完成[7],一些換熱機(jī)組控制系統(tǒng)則采用智能控制.這些控制方法的壓力反饋多采用壓力變送器進(jìn)行測(cè)量.為了降低成本,也可采用電阻遠(yuǎn)傳壓力表.但這些控制方法的共同點(diǎn)是壓力采樣點(diǎn)都在機(jī)組循環(huán)泵入口處.其缺點(diǎn)是補(bǔ)水壓力并不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)壓力,特別是當(dāng)循環(huán)泵采用變頻調(diào)速控制時(shí),隨著循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的變化,循環(huán)泵入口壓力發(fā)生變化,其特點(diǎn)是:循環(huán)泵旋轉(zhuǎn)快,入口壓力降低;循環(huán)泵旋轉(zhuǎn)慢,入口壓力升高.當(dāng)循環(huán)泵以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),這種方法尚可,但當(dāng)循環(huán)泵調(diào)速運(yùn)行時(shí),會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)缺水或補(bǔ)水壓過(guò)高的情況,效果并不理想.針對(duì)這種情況,本文介紹了如何選擇合適的壓力控制點(diǎn)以及一種簡(jiǎn)單可靠的補(bǔ)水泵變頻調(diào)速控制方法.

1 壓力控制點(diǎn)的確定及控制原理

為保證供暖質(zhì)量,應(yīng)確保供暖系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)充滿(mǎn)水,不進(jìn)入空氣,同時(shí)管網(wǎng)水壓適當(dāng),從而保證熱水管道和暖氣片不滲漏,避免供暖設(shè)施和管路的損壞,延長(zhǎng)供暖設(shè)施的使用壽命.故需要確定合適的壓力控制點(diǎn).合理的壓力控制點(diǎn)應(yīng)該保證在循環(huán)泵轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)供熱管網(wǎng)內(nèi)不進(jìn)氣,始終充滿(mǎn)水.這就要求所選定的壓力控制點(diǎn)的壓力不隨循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的變化而變化,或者變化很小.

圖1所示為換熱機(jī)組供暖系統(tǒng)圖.熱源管網(wǎng)把熱蒸汽或熱水送至換熱器的一次側(cè),把換熱器加熱,換熱器二次側(cè)的回水被加熱后送至用戶(hù)管網(wǎng),實(shí)現(xiàn)熱量的交換.循環(huán)泵通過(guò)輸送熱水而完成熱量的輸送,當(dāng)采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí),隨著氣溫的變化,循環(huán)泵轉(zhuǎn)速隨之而變,其入口和出口壓也發(fā)生變化.為此,在循環(huán)泵的入口與出口之間通過(guò)一根細(xì)管聯(lián)通,該管路水壓的變化與用戶(hù)管網(wǎng)水壓的變化相同,因此在該管路上一定可以找到一點(diǎn),隨著循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的變化,該點(diǎn)壓力不發(fā)生變化,這一點(diǎn)就是壓力控制點(diǎn).設(shè)圖1中A點(diǎn)就是壓力控制點(diǎn),當(dāng)循環(huán)泵調(diào)速運(yùn)行時(shí),靠改變1號(hào)閥和2號(hào)閥的開(kāi)度來(lái)觀察A點(diǎn)壓力的變化,只有在循環(huán)泵變速運(yùn)行時(shí)A點(diǎn)壓力不變時(shí),停止1號(hào)閥和2號(hào)閥的調(diào)節(jié),此時(shí)A點(diǎn)即可作為壓力采樣控制點(diǎn).

圖1　機(jī)組供暖系統(tǒng)圖

2補(bǔ)水泵控制

目前廣泛應(yīng)用的補(bǔ)水泵控制方法為采用電阻遠(yuǎn)傳壓力表作為壓力傳感器的壓力反饋閉環(huán)控制.為提高運(yùn)行可靠性,便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù),本文介紹采樣電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行測(cè)量和控制的補(bǔ)水泵變頻調(diào)速控制方法,控制原理圖如圖2所示.電接點(diǎn)壓力表既可進(jìn)行測(cè)量,又可通過(guò)上下限指針完成控制.變頻器則采用內(nèi)部輸入端和加速、減速功能進(jìn)行頻率控制.電接點(diǎn)壓力表上下限指針的間隔不應(yīng)太大,在無(wú)二次加壓的情況下,壓力下限指針?biāo)笁毫?yīng)比最高建筑物高度略高.通過(guò)設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù),應(yīng)能完成如下功能:當(dāng)壓力表指針為下限指針位置或低于下限指針位置時(shí),變頻器輸出頻率上升,補(bǔ)水泵加速運(yùn)行,增大補(bǔ)水量,當(dāng)壓力表指針為上限指針位置時(shí),變頻器輸出頻率下降,補(bǔ)水泵減速運(yùn)行,減少補(bǔ)水量,當(dāng)壓力表指針介于上下限指針之間時(shí),變頻器輸出頻率保持不變,水泵按照之前的速度恒速運(yùn)行,從而確保供熱管網(wǎng)壓力在合理的范圍之內(nèi).

圖2　補(bǔ)水泵控制原理圖

3機(jī)組補(bǔ)水泵電氣電路

機(jī)組采用兩臺(tái)補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水,工作方式為一用一備.為了使變頻器故障時(shí)補(bǔ)水泵仍能運(yùn)行補(bǔ)水,電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括變頻運(yùn)行控制電路和工頻運(yùn)行控制電路兩部分,即在變頻器故障時(shí)可切換到工頻運(yùn)行.圖3示出了其主電路圖.圖中TA為變頻器,QA0為斷路器,QA1、QA2為工頻運(yùn)行接觸器主觸點(diǎn),QA3、QA4、QA5為變頻器輸入輸出接觸器主觸點(diǎn),BB1、BB2為熱繼電器,MA1、MA2為兩臺(tái)補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī).

圖3　機(jī)組補(bǔ)水泵電氣主電路

圖3中, 變頻器選用ABB專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載的ACS510系列產(chǎn)品. 接觸器QA3為變頻器電源進(jìn)線(xiàn)接觸器, QA4、QA5用于切換變頻器所驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)的接觸器, 二者不可同時(shí)接通, 控制電路中必須設(shè)置互鎖, 以確保變頻器同一時(shí)間只驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水泵電機(jī). QA1、QA2吸合時(shí)補(bǔ)水泵電機(jī)工頻運(yùn)行. MA1、MA2分別對(duì)兩臺(tái)工頻運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載和缺相保護(hù).

與圖3所示補(bǔ)水泵主電路相對(duì)應(yīng)的控制電路如圖4所示.圖中的QA為控制電路電源開(kāi)關(guān),轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SW用于切換補(bǔ)水泵的工頻和變頻運(yùn)行方式,每臺(tái)補(bǔ)水泵通過(guò)各自的起動(dòng)和停止按鈕控制起停.工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行控制電路之間通過(guò)互串常閉觸點(diǎn)設(shè)置了互鎖,兩臺(tái)補(bǔ)水泵變頻運(yùn)行控制電路之間也設(shè)置了互鎖.

圖4　機(jī)組補(bǔ)水泵電氣控制電路

4變頻器控制端接線(xiàn)及相關(guān)參數(shù)設(shè)置

變頻器控制端接線(xiàn)圖如圖5所示[8].圖中數(shù)字輸入端DI1、DI3和DI4的信號(hào)決定著運(yùn)行狀態(tài).DI1由變頻器電源接觸器QA3的動(dòng)合輔助觸點(diǎn)控制,當(dāng)接觸器QA3吸合時(shí),變頻器得電,輔助觸點(diǎn)接通,DI1端有輸入信號(hào),變頻器開(kāi)始運(yùn)行.當(dāng)QA3斷開(kāi)時(shí),DI1輸入信號(hào)斷開(kāi),停止變頻器的運(yùn)行.H和L為供熱管網(wǎng)上電接點(diǎn)壓力表的上下限觸點(diǎn),觸點(diǎn)位置可在壓力表上調(diào)節(jié)設(shè)定.輸入端DI3和DI4的通斷決定變頻器頻率的變化.當(dāng)DI3輸入端接通、DI4輸入端斷開(kāi)時(shí)變頻器頻率增加,而DI3輸入端斷開(kāi)、DI4輸入端接通時(shí)變頻器頻率減小,DI3和DI4同時(shí)接通或同時(shí)斷開(kāi),變頻器保持原來(lái)頻率運(yùn)行.

變頻器的參數(shù)設(shè)置如表1,其他參數(shù)設(shè)置采用變頻器出廠默認(rèn)值.

圖5　變頻器控制端接線(xiàn)圖

代碼描述參數(shù)值9901語(yǔ)言采用中文19902ABB標(biāo)準(zhǔn)宏19905電機(jī)額定電壓380V9906電機(jī)額定電流按電機(jī)名牌9907電機(jī)額定頻率50Hz9908電機(jī)額定轉(zhuǎn)速按電機(jī)名牌9909電機(jī)額定功率按電機(jī)名牌1001外部1命令設(shè)定起停設(shè)定轉(zhuǎn)向1:DI1得電起動(dòng)、斷電停止1003轉(zhuǎn)向設(shè)定1:正轉(zhuǎn)1102外部1/外部2選擇0:選擇外部11103給定1選擇5:DI3得電升速、DI4得電減速1201恒速選擇0:恒速功能無(wú)效1601運(yùn)行允許1:DI1得電變頻器才允許運(yùn)行2202加速時(shí)間根據(jù)實(shí)際確定2203減速時(shí)間根據(jù)實(shí)際確定2204加減速曲線(xiàn)0.0:線(xiàn)性

綜上所述,采用這種控制方法的變頻器接線(xiàn)簡(jiǎn)單,參數(shù)設(shè)置少,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易.當(dāng)采用磁助式電接點(diǎn)壓力表時(shí),觸點(diǎn)振蕩減少了,觸點(diǎn)壽命更長(zhǎng),運(yùn)行更可靠.

5結(jié)論

實(shí)際運(yùn)行表明,換熱機(jī)組補(bǔ)水泵采用文中所述方法進(jìn)行控制時(shí)補(bǔ)水效果很好,采暖系統(tǒng)不進(jìn)氣、不缺水、滲漏少,壓力調(diào)節(jié)方便,特別適合于一線(xiàn)工人維護(hù).與采用PID調(diào)節(jié)功能的壓力反饋控制系統(tǒng)相比,成本低,故障率低,維護(hù)簡(jiǎn)單,故障排除迅速.

參考文獻(xiàn):

[1] 周海軍,岳冬梅. 變頻技術(shù)在換熱站系統(tǒng)中節(jié)能的應(yīng)用[J]. 變頻器世界, 2010(9):98-100.

(ZHOU H J, YUE D M. Application of frequency conversion technology in heat transfer station system energy-saving[J]. The World of Inverters, 2010(9):98-100.)

[2] 信磊. 利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)恒壓補(bǔ)水[J]. 中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào), 2010,24(1):24-25.

(XIN L. Realization of constant pressure water supply system by using frequency conversion technology[J]. Journal of Shengli College China University of Petroleum, 2010,24(1):24-25.)

[3] 林柏松,曹文光,劉志杰. 換熱站變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化儀表, 2009(7):49-51.

(LIN B S, CAO W G, LIU Z J. Variable frequency speed regulation control system in heat exchange station[J]. Automatic Instruments, 2009(7):49-51.)

[4] 秦春雨. 換熱站定壓補(bǔ)水系統(tǒng)節(jié)能改造效果分析[J]. 華東科技(學(xué)術(shù)版), 2013(4):429-429.

(QIN C Y. Analysis for energy-saving effect of constant pressure water supply system[J]. East China Science & Technology(Academic Edition), 2013(4):429-429.)

[5] 王晉英,于佳. 自動(dòng)化控制系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用[J]. 天津建設(shè)科技, 2010(5):63-64.

(WANG J Y, YU J. Application of automatic control system in central heating[J]. Tianjin Construction Science and Technology, 2010(5):63-64.)

[6] 潘曉峰. 熱力站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化與儀表, 2011,26(6):33-35.

(PAN X F. Design and implementation of thermal station automation control system[J]. Automatic Instruments, 2011,26(6):33-35.)

[7] 郭榮祥,劉暢,張利華. 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[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化, 2014(15):120-123.

(GUO R X, LIU C, ZHANG L H. A method of using the electric connection-point pressure meter and transducers to control the small pump of the heating boiler[J]. Manufacturing Automation, 2014(15):120-123.)

[8] 北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司. 低壓交流傳動(dòng)用戶(hù)手冊(cè)ACS510-01變頻器(1.1...160KW)[Z].

(ABB Beijing Drive Systems Co., Ltd. Low voltage AC drive user’s manual ACS510-01 variable-frequency drive (1.1...160KW )[Z].)

【責(zé)任編輯: 肖景魁】

Automatic Control for Supplementing Water Pressure of Heat Exchanger Unit

GuoRongxiang1,LiuWei1,HaoDongbo2,WangJianghua3

(1. School of Information Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,China; 2. Linhe Thermal Power Plant, North United Power Co., Ltd., Bayannur 015000, China; 3. Baotou Red-Sun Electric Control Co., Ltd., Baotou 014030, China)

Abstract:The method of using electric contact pressure gauge to measure and control pipe network pressure is proposed. The main circuit and schematic control circuit diagram are put forward, taking two make-up water pump control as an example. The control method of ABB ACS510 series frequency converters is described, the relevant parameters of the frequency converters are set. The actual operation shows that the control method is simple to set pressure, higher reliability, repair convenience and low cost, and has more use value.

Key words:heat exchanger unit; supplementing water pressure; frequency converters; electric contract pressure gauge

中圖分類(lèi)號(hào):TP 273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):2095-5456(2016)01-0074-04

作者簡(jiǎn)介:郭榮祥(1963-),男,內(nèi)蒙古和林格爾人,內(nèi)蒙古科技大學(xué)教授.

收稿日期:2015-06-19