电力电子技术在锅炉引风机的应用.docx

1、电力电子技术在锅炉引风机的应用 电力电子技术在锅炉引风机 自动控制的应用For personal use only in study and research; not for commercial useFor personal use only in study and research; not for commercial use学校：院系：专业：For personal use only in study and research; not for commercial use姓名：学号：日期：指导老师：在能源日益紧张的今天，变频器作为交流调速的一种主要手段，以其卓越的调速性能、显著

2、的节电效果在工业锅炉生产中取得越来越广泛的应用。所以下面我们可以讨论利用PLC及变频技术实现锅炉鼓引风自动节能控制，变频控制系统的节能原理及控制工艺，变频系统的控制方式。通过在锅炉鼓、引风机仪表控制方式中利用手操器作变频器的转速给定装置，发挥变频器内在的自动控制功能及变频器内置的PI调节器，实现炉膛负压的闭环自动控制，最终使锅炉不仅运行稳定，而且能够实现节能降耗，对于安全运行，延长设备寿命都有着重要意义。 下面着重介绍控制系统的原理。上面已经提到，控制系统主要包括一下方面：利用变频器实现锅炉鼓引风自动节能控制，炉膛负压控制算法原理等。其一：变频器控制原理目前我们应用的变频器都是交-直-交电压源

3、型变频器，其工作原理如做图所示。交变电流经过整流器，滤波器，逆变器到发动机。而通过控制回路 到补偿器等。这个过程可先将电源的三相（或单相）交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电。其中，变频的核心部分是“逆变电路”。功率器件为IGBT ,控制核心是单片微处理机或数字信号处理器(DSP)。二：引风量自动控制系统原理 为了保持炉膛压力在要求的范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量的冷风漏入炉膛，将会增大引风机的负荷和排烟损失，炉膛压力太低甚至会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力的时候，会使火焰和

4、烟气冒出，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统的任务是保证一定的炉膛负压力，且炉膛负压必须控制在允许范围内，一般在-20Pa左右。 控制炉膛负压的手段是调节引风机的引风量，其主要的外部扰动是送风量。作为调节对象，炉膛烟道的惯性很小，无论在内扰和外扰下，都近似一个比例环节。Rs为炉膛负压给定值，S为实测的炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。由于炉膛负压实际上决定于送风量和引风量的平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统的调节性能。另外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，为了防止小幅度偏差引起引风机挡板的频繁动作，可设置调节器的比例带自动修正环节，使得在

5、小偏差时增大调节器的比例带。对于负压S的测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值的剧烈波动。三：炉膛负压控制算法原理一般采用单回路调节系统并加以前馈的方法进行控制。由手动设定炉膛负压及现场微差压传感器反馈电信号经计算送给变频器,变频器根据PID输出值来控制电机转速,进而控制炉膛负压，达到稳压的目的。其PID控制原理由下式确定:式中，U0为控制输出，K为比例系数，e为控制偏差，TC为控制周期，Ti为积分时间，TD为微分时间，常规PID(比例、积分、微分)对于线性定常系统的控制是非常有效的，采用计算机控制实现的数字PID控制算法，其离散PID控制规律为: 式中，U(n)、e(n)分别为第n个采样时

6、刻控制器输出量(控制量)和输入量(偏差量)，T为采样周期，TI、Td分别是积分和微分时间常数，KP为比例增益。 为了减小系统的静差同时要抑制积分饱和，本系统采用积分分离(PD-PID-PI)，即在调节过程初期，为防止系统饱和非线性特性影响所产生的积分饱和现象，而引起系统超调量的增加，这时积分应取弱一些;在过程中期，积分作用应适中，不宜过大，以避免对动态稳定性造成影响;对于炉膛负压控制回路，Td不应取定值，对于这类系统，在其调节过程初期，加大微分作用可以减小系统超调;在过程中期，由于调节特性对Td的变化较敏感，因此，Td应小些，且在这期间保持不变;在调节后期，应再减小，增加系统对扰动的抑制能力。

7、到过程后期，应增强积分作用，以减少系统静差，从而提高控制精度。其离散算法为:式中，M、N为逻辑系数，其大小是根据控制的过程及偏差的大小来确定的。接下来，我们该讨论控制系统的组成与实现。其中应包括应用PLC的鼓，引风的自动控制和变频器闭环自动控制方案的设计与实现。 PLC选用西门子LOGO!可编程序控制器。型号是LOGO!230RCLB11逻辑模块。它的通用逻辑控制模块8种基本功能和26种特殊功能，它代替了很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能，取代了数以万计的继电器设备。LOGO! 模块其特点是：（1）简单实用，成本低。（DIN导轨安装，几乎没有配线需求 ，编写和改变程序只需按动按钮 ，

8、在PC机上快速地编写和测试用户程序，用户友好化设置 。替代许多传统的开关设备 ，缩小控制柜的空间 ，更少的附件 ，更少的放置空间 ，不易于磨损，节省维护费用。）（2）可以节省空间 。（只需要占用DIN导轨上4个模块的空间部件就能替代很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能，8个基本功能和26个特殊功能可代替更多的开关设备。能够实现许多复杂的功能，但不需要额外增加附件和任何装备。 ）（3）超强的各种性能 。（抗震性能好 ，电磁兼容性能（EMC）超强适用于所有气候环境，满足B级噪音抑制要求。）那么其自动控制原理又是怎样的呢？其鼓引风联锁自动控制的运行过程：LOGO！通电后，循环泵联锁接点J1和

9、超温超压停机信号JPT1已经闭合I6，I7有输入电压信号。按下鼓，引风主回路运行按钮，I2输入电压信号，系统启动予警铃响10秒后，Q1输出电压信号，1FXX线圈得电，引风主接触器得电闭合，引风变频器上电运行。同时鼓引风联锁点1QC闭合，I1输入电压信号。系统延时数秒后Q2输出电压信号，1ZJ得电引风变频器产生运转信号，引风变频器启动完成。同理，鼓风变频器也启动完成。PLC控制接线框图如下当引风变频器发生报警时，引风变频系统停止，同时鼓，引风联锁点QC断开，I1 无信号输入，PLC程序使输出点Q3失电，2FX失电，鼓风变频系统也停止运行。当锅炉出现水超温超压时，由现场显示仪表控制的超温超压停机信

10、号J1，JPT1接点断开，使I7无信号输入，PLC无电压输出信号，鼓，引风变频系统也停止运转。变频器闭环自动控制方案的设计与实现：1.变频器及主要控制元件及的选用（1）变频器的选用选用的变频器是深圳艾默生电气有限公司的EV2000系列变频器,型号是EV2000-4T2000P,适配电机185KW。电源输入:三相380V,50HZ/60HZ。输入变动容许值:电压20%;电压失衡率3%;频率5%。输出电压:380V正弦波,频率0-400HZ可调。较进口变频器更能适合我国的电网情况，该产品的特点是：1、高性能。（它具有优化的PWM算法和死区补偿技术：0.5HZ满转矩输出；输出电流波形好，适合大惯性负

11、载的直接启动；具有检测电机转速和方向的再启动功能，特别适合对各种风机平滑启动。）2、低成本。（内置具有7段速度的简易PLC功能，每段时间最长达6小时，适合纺织机械等的匀降速控制和周期运行控制；自带脉冲编码器（PG）反馈卡，适合高精度速度控制的需求；内置PI、直接提供24V电源，方便组成多种闭环控制系统。）3、采用先进的工艺。（模块化的设计，维护更加方便。中英文液晶操作面板，更符合中国人的操作习惯。主控板采用表面贴装（SMT）工艺，外层涂覆三防漆， 防尘、防潮、防霉。采用TI公司最新电机控制专用高速数字信号处理器（DSP），高效完成电机实时控制算法。主电路采用最新的智能功率模块（IPM），集驱动

12、、保护、功率变换于一体，大大提高整机可靠性。变频器柜设计时，在可选电器元件配置方面需要注意电抗器的合理配置。电抗器的作用是抑制变频器输入、输出电流中的高次谐波带来的不良影响。）变频器配件包括直流电抗器和交流电抗器。直流电抗器是串接变频器内整流桥和滤波电容器之间的电抗器，其结构简单、体积小且滤波效果好。直流电抗器可以改善功率因数到0.95。而后者分输入电抗器和输出电抗器。使用输入电抗器的主要目的是:改善功率因数、实现电源和负载间的功率匹配。安装在变频器和电动机之间的电抗器称作输出电抗器。输出电抗器的主要作用是降低谐波电流的不良影响。安装输出电抗器可以减少电动机温升和噪声，抑制谐波在电动机绕组端部

13、的电压重复峰值，降低对绕组绝缘的威胁。至于手操器，我们选用SWP系列手动动操作器作为调节阀门的操作器。SWP系列手动动操作器是一种台式操作指示仪表。其主要特点是:自动跟随输入植进行控制输出（模拟量控制输出或开关量控制输出）。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换自动时，采用逼近算法，并带切换限幅功能，以实现手动/自动的平稳切换。并且可同时显示外给定信号及阀位反馈信号的测量，并有二路模拟量输出（可任意设定），四路开关量控制输出，适用于各种测量控制场合。而测量仪表选用1151DP电容式差压变送器差压变送器用来将差压，流量，液位等被测参数转换为标准统一信号或数字信号，以实现对这些参数的显示，记录或自动

14、控制。选用1151DP电容式差压变送器用于测量炉膛负压，提供给控制仪表模拟信号。下面介绍变频器EV2000内置PI工作原理：工作原理如图所示： 变频器PI 功能是指从外部变换器输入的模拟信号(4-20mA,0-10V)反馈输入到变频器,并取得与变频器设定频率指令之间的偏差,根据P(比例)I(积分)进行控制,从而使负载一侧的动作跟随指令值变化的一种控制功能.它的功能是用于V/F模式的功能.因此,在由于负载变化而引起的转速下降等问题的情况下,利用传感器测得的模拟反馈信号依据在闭环中进行PI控制,在负载发生变化时,也能一直跟随指令值而始终保持稳定状态。PI原理图中闭环给定量,反馈量,偏差极限和积分参

15、数的定义和普通的PI调节意义相同。 在锅炉送、引风机变频器控制中，使用手操器、差压变送器和变频器置的PI调节器实现了引风机的闭环自动控制。通过变频器实现自动跟踪来调节引风电机的转速，保持炉膛压力稳定。 引风变频控制系统接线图如下所示：电路中转换开关SA用于实现自动、手动控制方式的切换;配电器的作用是将差压变送器输出的一路420mA负压信号变换成两路信号输出;一路420mA信号，输入给控制台负压表显示负压值;另一路210V信号，作为反馈信号接入变频器VCI端子，实现闭环控制。手操器SC的输出接变频器端子CCI，作为手动控制时的转速给定信号;变频器端子A01输出的420mA转速信号接入手操器的阀门

16、位置反馈端子，手操器上的电流表(阀门开度表)指示风机运行的转速。 调试步骤与方法:首先将变频器设在开环运行模式检测差压变送器反馈信号是否正常.然后将转换开关SA转向手动位置便于手操器调节引风风量,使炉膛燃烧达到最佳状态.待系统稳定后,将转换开关SA转向自动位置使引风变频器进入闭环自动控制状态.调整参数F5.05数字频率给定量使炉膛负压在-25P附近.增加参数F5.12比例增益直至系统开始振荡,然后取振荡是的增益1/2来设定,增加参数F5.13积分增益直至系统开始振荡然后取振荡增益的1/2来设定.根据系统反映时间的快慢调整F5.14采样周期时间和F3.15偏差极限.这样反复调整以上参数，使闭环系

17、统稳定,最终使炉膛负压稳定、电动机运行电流稳定，实现引风机炉膛负压闭环控制。在引风机闭环控制状态中，当调节送风机转速时，引风机会自动跟随调节仍然保持炉膛负压稳定在设定值上。当系统信号受到外界干扰时.可以调整F5.O3给定通道滤波及F5.04反馈通道滤波参数以消除运转过程中的干扰现象。需要从自动控制转向手动控制时，只要调节手操器使给定速度表指针接近变频器输出速度表的指针相对位置，再转换SA到“自动”运行位置，就能实现“自动”,“手动”的无扰动切换。本系统的优点：1.改善了启动性能，提高了控制精度.(由于采用了变频调速系统对电机进行变频调速，电机的起停都是软起、软停方式，无级调速，起动电流很小，对

18、电网无冲击。系统采用了闭环智能PID控制, 通过改变频率控制风机转速来控制风量，调整方便。变频器调整的最小幅度为f1.5Hz，使锅炉的燃烧调整更加稳定,降低能量损失,使消耗的电能远低于额定值。)2.调速范围广，节能效果显著.(由于使用变频器，风机电动机的运行频率为2047 Hz，转速低，转矩小，这样提高了运行设备的安全系数，有利于机组的长期安全运行，也延长了风机、电动机等设备的使用寿命。由于变频器内的滤波电容作用，使其具有功率因数补偿功能，使功率因数cos1，从而减少了无功功率损耗，减小了电流，也减少了线损和设备的发热，提高了设备的有功出率。)3.提高锅炉运行的经济性，安全性、可靠性.(采用西

19、门子的PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。由于采用PLC自动控制使鼓，引风实现联锁控制，使系统运行中周边设备发生异常时运行参数如炉堂温度、排烟温度、炉堂负压、出水温度、出水压力超过允许值提供声光报警或自动停炉等应急自动处理。通过引入PI智能控制及变频器控制鼓、引风机和炉排转速，改变鼓风量、引风量、给煤量，使炉膛负压、出水压力、出水温度控制在预定范围内，保证锅炉在最佳的风、煤比下燃烧，在最节能条件下运行。) 经对比考虑， PLC，变频调速全自动锅炉供暖系统，是一项具有高科技含量的自动化程度很高的新型的调速控制方法，为锅炉的自动控制提供了一个全

20、新的控制方法和理念。是一种高效节能的控制方式，是值得推广应用的技术，应用前景广阔。综合考虑，该设计成本小，投资少，结构简单，充分考虑发挥变频器的自带功能。另外，引风机实现自动运行后，不但减轻了锅炉运行人员的劳动强度，而且还提高了锅炉运行的安全程度，有利于锅炉稳定运行。参考文献1 EV2000系列通用变频器说明书Z.2 金以慧. 过程控制M. 北京:清华大学出版社,1993. 3 满文奎. 通用变频器应用M. 北京:机械工业出版社,1995. 4 许振茂. 变频调速器使用手册M. 北京:兵器工业出版社,1991.5刘殿勤 利用变频器、手操器实现锅炉引风机自动控制 2006.26郎术斌 基于变频器

21、的锅炉鼓、引风机节能控制系统 2007.1071992lxm工业蒸汽锅炉的自动化控制过程与实现2006.48马俊平 变频调速在小区供暖锅炉自动控制上的应用 2006年9西门子LOGO！手册西门子（中国）有限公司 2003年 10阮友德电气控制与PLC实训教程，人民邮电出版社，2006年仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文