变频器与PLC结合在普通锅炉风机水泵控制上的应用.docx

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1、变频器与PLC结合在普通锅炉风机水泵控制上的应用 【摘要】锅炉的主要用电设备就是风机、水泵。而一般锅炉均采纳接触器、继电器限制，稳定性差，耗电大。为了保证蒸汽高产量、高效率生产，合理限制燃烧，提高锅炉的热效率，采纳PLC与变频器结合的限制技术，进行了设备改造，限制系统的功能以及牢靠性、平安性都达到了用户要求，各项技术指标都达到预期的目标。 【关键词】PLC；变频器 1.引言 工厂锅炉的平安和供汽压力的稳定是工厂平安生产的重要组成部分。锅炉供汽系统管道、阀门等的开、关来实现对生产区各车间的正常供汽从而平安生产的目的。 我国的电动机用电量占全国用电量得60-73%，风机、水泵设备年耗电量占全国电力

2、消耗的1/3。造成这种状况的主要缘由是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调整入口或出口的挡板、阀门开度来调整给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。而锅炉的主要耗电设备就是风机、水泵。采纳变频器限制风机水泵能极大地改善锅炉风压水压的稳定性，可依据风道、管道瞬间压力改变，自动调整电机转速，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个锅炉系统始终保持高效节能和运行在最佳状态。 2.风机、水泵变频调整原理 由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力特别大，最有效的节能措施就是采纳调速器来调整

3、流量、风量，应用变频器节电率为20%-50%。而且通常在设计中，用户电机设计的容量比实际须要高出许多，存在“大马拉小车”的现象，效率底下，造成电能的大奢侈。 依据流体力学学问和风机水泵的相像定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间的关系为： Q1/Q2=N1/N2 H1/H2=(N1/N2)2 P1/P2=(N1/N2)3 式中Q1、H1、P1为转速N1的流量、扬程、功率；Q2、H2、P2为转速N2的流量、扬程、功率。由此可见，当风机水泵在变负荷工作状况下，采纳变频器调整电机转速时，轴功率随转速比的三次方关系进行改变，节电效果明显。 3.PID调整的基本原理 在工程实际中，应用最为广泛的调整器

4、限制规律为比例、积分、微分限制，简称PID限制，又称PID调整。PID限制器问世至今已有近73年历史，它以其结构简洁、稳定性好、工作牢靠、调整便利而成为工业限制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全驾驭，或得不到精确的数学模型时，限制理论的其它技术难以采纳，系统限制器的结构和参数必需依靠阅历和现场调试来确定，这时应用PID限制技术最为便利。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID限制技术。PID限制，实际中也有PI和PD限制。PID限制器就是依据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出限制量进行限制的。 3.1 比例P限制 比例限制是一

5、种最简洁的限制方式。其限制器的输出与输入误差信号比例关系。当仅有比例限制时系统输出存在稳态误差。 3.2 积分I限制 在积分限制中，限制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动限制系统，假如在进入稳态后存在稳态误差则这个限制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消退稳态误差，在限制器中必需引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的解放、积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动限制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)限制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3.3 微分D限制 在微分限制中，限制器的

6、输出与输入误差信号的微分（即误差的改变率）成正比关系。 自动限制系统在克服误差的调整过程中可能会出现振荡甚至失稳。其缘由是由于存在有较大惯性组件（环节）或有后滞组件，具有抑制误差的作用，其改变总是落后于误差的改变。解决的方法是使抑制误差的作用的改变“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应当是零。这就是说，在限制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前须要增加的是“微分项”，它能预料误差改变的趋势，这样，具有比例+积分的限制器，就能够提前使抑制误差的限制作用等于零，甚至为负值，从而避开了被控量的严峻超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分限制器能改

7、善系统在调整过程中的动态特性。 4.限制系统设计 一般锅炉的风机水泵一般都采纳星三角限制，炉膛负压及汽包水位等都靠人工通过执行器来调整风门和阀门的开度来调整，炉膛负压、汽包水位及给水压力等都不太稳定。而且，常规限制中，系统只是将各个回路作为单回路来限制，各个回路之间是相对独立的，不能同时保证蒸汽压力和蒸汽流量的稳定，对车间正常生产也没有很好的保证。采纳PLC与变频器结合的限制系统，效果则完全不一样。在该限制系统中，采纳模糊限制技术，将锅炉系统的各个回路都联系在一起，只要其中一个参数发生改变，其它的参数会提前作出相应的改变。保证锅炉的平安和稳定。 限制系统主要由可编程限制器(PLC)、变频器、检

8、测仪表、继电器等组成。统的结构如图1所示。 系统中锅炉状况主要包括：汽包水位、蒸汽流量、蒸汽压力、给水压力、炉膛出口温度、鼓风风压、炉膛负压、引风负压等；检测仪表主要包括：与锅炉状况相对应的传感器、变送器、压力表、热电偶、热电阻等检测仪表；PLC主要包括：若干开关量输入、输出点和若干模拟量输入、输出点以及触摸显示屏等；变频器包括鼓风、引风、炉排、给水等变频器；风机、水泵包括与相应电机和风机、水泵等。 5.工艺流程限制 在限制系统中，由于车间蒸汽的运用锅炉的状况会发生改变，检测仪表自动检测各路流量、温度、压力等信号，输入PLC经过运算、推断、分析、处理后，发出各限制信号，限制鼓、引风机和炉排、水

9、泵转速，变更鼓、引风量，和给煤量，使炉膛负压、汽包水位及蒸汽压力限制在预定的范围。这就是PID作用。 在系统中，首先发生改变的是蒸汽流量的改变，而蒸汽流量的改变会使蒸汽压力发生改变，蒸汽压力的改变同时会对汽包水位、炉膛负压产生肯定的影响。当系统检测到蒸汽流量发生改变时，会在第一时间内作出一系列的参数的调整，以保证蒸汽流量改变后蒸汽压力、炉膛负压及其他参数的稳定。在该限制系统中，对平安方面也作出了比较全面的技术处理，对非重要参数做声光报警，而对一些重要参数，如蒸汽压力的过高、汽包水位的过高、汽包水位的过低、炉膛负压的过高等，系统会依据参数的类型，作出相应的处理，当涉及到平安方面，如蒸汽压力过高、

10、汽包水位过高、汽包水位过低，系统会停炉并伴有声光报警，当系统的平安参数解除时，系统会自动的切除停炉设定，复原正常限制。 6.PLC结合变频器限制的优点 该限制系统能自动地完成对给水、给煤、送风、引风等进出锅炉的物料量的自动限制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力、蒸汽温度、风煤配比系数、气含量、炉膛负压等维持在规定的最佳数值旁边，以保证锅炉的平安运行、平稳操作达到节约电能提高供汽质量的目的。 1)鼓风、引风、炉排及给水均实现软启动。 2)变频调速系统能够自动限制锅炉的燃烧工况，在负载改变时结合PLC的限制保证锅炉的最佳运行工况。 3)变频调速系统保证在负载调整过程中，炉膛负压恒定不变，而给煤量与供氧量

11、随负荷的改变自动限制在最佳值。 4)能够自动依据车间热量需求的改变，调整供热量，实现精确供热节能。 7.结束语 该限制在平安性要求极高的锅炉系统中能够稳定的运行，且故障率极低，极大的提高了系统的牢靠性以及运行的稳定性。并且提高了用户对锅炉设备的管理水平，取得了良好的经济效益。 参考文献 1黄正慧.过程限制系统工程设计M.科学出版社,11016. 2刘立.流体力学泵与风机M.中国电力出版社,2004. 3刘祖其.电器限制与可编程限制器应用技术M.机械工业出版社,2022. 4李燕,王永.图解变频器应用M.中国电力出版社,2022. 作者简介：薛长坡（11014），河北饶阳人，高校专科，助理工程师，现供职于河北冀蘅集团有限公司，主要探讨方向：机电。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页