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1、锅炉变频供水自动控制系统的设计及实现（郑州轻工业学院电气信息工程学院，郑州市东风路5号450002）摘要:介绍了蒸汽锅炉水位变频控制的一种实现方案,系统通过检测供水管道出口压力与锅炉汽包压力及汽包上下限水位,采用PLC及自带PID调节功能的变频器实现系统变频供水及联锁控制,从而达到保证锅炉供水安全、节能降耗及保护设备的目的。关键词:锅炉供水；变频调速；PLCDesignandApplicationoftheAutomaticControlSystemforBoilerFeedingWaterUsingFrequencyConversionMethod(CollegeofElec
2、tricalandElectronicEngineering,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,5DongfengRoad,Zhengzhou,450002,China)Abstract:DesignandApplicationoftheautomaticcontrolsystemforboilerfeedingwaterusingfrequencyconversionmethodwasdescribedinthispaper,bymonitoringthepressureoffeedingwater,boilerwaterleve.lItr
3、ealizesPIDfrequencyconversioncontrolforfeedingwaterwithPLC;thenewsystemhasadvantagesofstability,lowcostandeconomy.Keywords:Boilerfeedingwater;Frequencycontro;lPLC前言小型蒸汽锅炉的供水方式大都是采用电接点液位控制，系统用汽包上电接点的状态来感知锅炉的水位高低，控制水泵起停，采用这种方式；水泵的启动频繁，并且易造成水泵及电机损坏，同时使管道承压增大，浪费能源，所以采用变频技术，用变频连续供水方式减少水泵的启动，降低管道的
4、压力冲击，是非常必要的。文中介绍一种低成本的型锅炉变频连续供水自动控制系统，由于采用了PLC，从而使系统的实现简洁、可靠。1系统的设计原理及硬件结构基于蒸汽锅炉的安全性要求，本系统采用两套(一套备用)锅炉水泵装置(也可使用一套水泵装置)，一套电极式液位控制器及水泵装置,一套光柱数显式液位控制器,另外在供水管道出口处安装一只带压力指示的水压开关,用于判断水泵是否运行正常,并采用变频调速技术控制水泵电机，实现变频供水。供水系统结构如图1所示。图1锅炉供水系统结构图1.1差压检测与变频供水为实现系统在正常情况下变频供水,首先将供水管道出口压力Pc(通常最大为2.5MPa)及锅炉汽包压
5、力Pg送入一台测量范围在0～0.5MPa的差压变送器P1,将两者的差压值(Pc>Pg)转换为4mA～20mA信号,送入变频器中,作为变频供水的反馈信号,实现基于PID控制的变频供水系统,如图2所示。图2P-1和F-1特性曲线首先换算出设定水位下的差压值Ps,然后根据差压变送器的P-I特性曲线,求得对应的输出电流Is=20Ps/0.5MPa(式中部20为最大电流值,0.5最大差压值),从中又从变频器的F-I特性曲线求得对应的频率Fs。如最大输出频器为50Hz,则Fs=50Is/20Hz,如图2所示。把Fs值作为变频器的设定频率,启动变频器的PID模式,并对P,I,D参数进行整定,
6、输出控制水泵装置实现变频供水,如图3所示。P、I、D参数设定如下:图3变频恒压供水原理图P增益设定,系统在不发生振荡条件下可增大其值。I积分时间设定,系统在不发生振荡条件下可减小值。D微分时间设定,系统在不发生振荡条件下可增大值。为加强系统的抗干扰能力及提高稳定性,在反馈端加入一阶低通滤波器,其时间常数Tf可设定在0.0～60.0s,其中G(S)=Fo/Fe=P+I/STs+STsD为传递函数。1.2汽包水位检测锅炉供水中水位检测尤为重要,为安全起见,本系统保留电极式多点指示液位控制器,而且如上所述,另安装一台测量范围为06～kPa的差压变送器,用于检测汽包水位(0～440mm
7、)上下差压变化,输出4～20mA电流,送入带光柱及数字显示的液位控制器,并由该控制器设定上限、上上限、下限、下下限4个继电器输出点。通过将上述二套水位控制装置上下限水位输出点并联送入PLC,完成锅炉汽包水位检测。1.3?PLC与联锁控制本系统采用OMRONCPM1A230CDRPLC,取锅炉汽包水位的上下限节点、水泵开关、供水管道压力开关、手自动切换开关、变频器故障继电器触点作为PLC输入端,PLC根据检测到的输入信号来分别控制变频器、水泵、锅炉鼓风、各种信号指示及声光报警的输出,以达到联锁
