熱電技術(shù) 頻控制系統(tǒng)在熱電生產(chǎn)中的應(yīng)用
http://m.dcyhziu.cn 2007/6/6 源自:中華職工學(xué)習(xí)網(wǎng) 【字體：
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近年來，變頻控制系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用，但使用情況及系統(tǒng)配置卻不盡相同。介紹變頻控制系統(tǒng)的配置及它在鍋爐給煤和爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： 熱電變頻控制給煤
1 概述:
隨著我國熱電事業(yè)的發(fā)展，鍋爐給煤系統(tǒng)的調(diào)速問題越來越受到各熱電廠的重視，目前應(yīng)用得比較多的調(diào)速系統(tǒng)是滑差調(diào)速，它的控制方式比較典型可靠，但其存在著調(diào)速精度差、范圍窄、線性不好、能耗高等缺點(diǎn)，而變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)正好克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的不足，具有效率高、無轉(zhuǎn)差損耗、調(diào)速范圍寬、特性硬、精度高、起制動(dòng)方便靈活、能耗小的特點(diǎn)，既具有交流感應(yīng)電機(jī)的長處，又具有直流電機(jī)的調(diào)速性能，有非常顯著的節(jié)能效果。
鑒于以上比較，南通新興熱電有限公司3臺(tái)75T/H的雙爐排鏈條爐的給煤、爐排的調(diào)速選用了變頻系統(tǒng)，同時(shí)通過與DCS的智能接口，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
2 工藝要求及系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
南通新興熱電有限公司鍋爐的燃燒過程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，要求在不同的負(fù)荷條件下，保持主汽壓力的恒定，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量及空氣量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量與汽輪機(jī)的耗汽量及供熱量相平衡 。而進(jìn)入爐膛的燃燒量的調(diào)節(jié)則是通過改變給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。為此選用了變頻器，由變頻器來調(diào)整給煤電機(jī)三相交流電的電流和頻率，以實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。同時(shí)爐排速度的調(diào)整及運(yùn)行狀況與給煤關(guān)系較大，故它的速度調(diào)整也選用了變頻器。由于每臺(tái)爐有甲、乙側(cè)2臺(tái)爐排及2臺(tái)給煤電機(jī)，這樣每臺(tái)爐共采用了4臺(tái)變頻器。為了節(jié)省控制盤盤面空間，減少端子布線，選用了一種集中操作控制的操作顯示器。通過它來同時(shí)控制4只變頻器的運(yùn)行，從而控制給煤及爐排電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，提高控制的精確度，以及控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。同時(shí)，該操作顯示器還可與本公司DCS系統(tǒng)相連接，接受DCS的4－20MA信號(hào)共同完成燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，本系統(tǒng)還引入了一套小型可編程控制器，以保證系統(tǒng)中的某一電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，連鎖其他設(shè)備，使之停止或處于某一狀態(tài)。
3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)的配置
3.1.1 變頻器
它是本系統(tǒng)的核心部分，選用了SANKEN通用型變頻器SAMCO－IF系列，它適用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部配備了高性能的32位微處理器，故此裝置功能齊全，操作方便。
3.1.2 操作顯示器
該設(shè)備選用HCS－51系列單片機(jī)作為核心器件，組成了一個(gè)智能型操作顯示器。其內(nèi)部主要元器件選型如下：選用ATM89C51作為CPU，節(jié)省了外部程序存儲(chǔ)元件；選用TCL2543多路A/D轉(zhuǎn)換芯片 ，利用其A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間短的特性，保證了控制的實(shí)時(shí)性。選用8253定時(shí)器輔以簡單的外圍電路，使用脈寬調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)多路D/A輸出。整個(gè)手操器硬件結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性能好 。
3.1.3 可編程控制器(PLC)
本裝置選用了超小型NB2富士電機(jī)可編程控制器。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)、能任意擴(kuò)展。
3.2 系統(tǒng)的功能
3.2.1 變頻器
IF系列變頻器共有151項(xiàng)功能選擇，每項(xiàng)又有多種選擇，以供不同的用戶選用，因此，要用好變頻器，并充分發(fā)揮它的功效，首先就必須對(duì)它的功能有所了解，針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)合及運(yùn)行情況 ，合理進(jìn)行選擇，尤其對(duì)一些特殊的功能設(shè)定，要找出一個(gè)較合適的設(shè)置參數(shù)，使本系統(tǒng)中各設(shè)備間的相互匹配達(dá)到最佳狀態(tài)，必須通過多次的調(diào)整。如CD083原設(shè)定為10，試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)信號(hào)抖動(dòng)非常大，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻繁，經(jīng)反復(fù)修正后，CD083設(shè)置為210，此時(shí)運(yùn)行情況較好，既保證了信號(hào)的穩(wěn)定性，又確保了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。
3.2.2 操作顯示器
對(duì)于可同時(shí)下掛4臺(tái)變頻器的操作顯示器，它具有以下功能：
(1)控制方式
①給煤機(jī)：可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)、同操/單操控制。
自動(dòng)控制：接受DCS的自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)，控制給煤轉(zhuǎn)速。
手動(dòng)控制：一旦控制系統(tǒng)擾動(dòng)量較大或出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)行人員則通過操作器面板上的鍵盤來控制給煤轉(zhuǎn)速。
同操：正常情況下，鍋爐甲、乙側(cè)兩臺(tái)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上按各給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速比同時(shí)增加或同時(shí)減少。
單操：甲、乙側(cè)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)鍋爐兩側(cè)的燃燒情況分別操作。
手動(dòng)控制時(shí)可以單操也可以同操。當(dāng)負(fù)荷不變，運(yùn)行人員在調(diào)整燃燒狀況時(shí)，往往需將系統(tǒng)切至手動(dòng)，單操方式下調(diào)整相應(yīng)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，使鍋爐運(yùn)行工況達(dá)到最佳。而當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過逐臺(tái)調(diào)整各給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來響應(yīng)負(fù)荷的變化是不理想的，這時(shí)將控制方式切到同操，使甲、乙側(cè)給煤機(jī)在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上同時(shí)加速或同時(shí)減速，以充分提高鍋爐的運(yùn)行質(zhì)量。當(dāng)燃燒狀況穩(wěn)定后，將系統(tǒng)投入自動(dòng)方式。
②爐排：爐排的操作不介入燃燒自動(dòng)控制，只有手動(dòng)控制方式。由操作人員根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況在操作面板上設(shè)定，以保證鍋爐的完全經(jīng)濟(jì)燃燒。同時(shí)它也有同操/單操功能，控制方式與給煤的同操/單操控制相同。
(2)顯示
①采用數(shù)碼方式顯示各被控對(duì)象的轉(zhuǎn)速。
②采用指示燈方式指示各被控對(duì)象的操作方式。
③用指示燈指示變頻器的運(yùn)行狀況(過載、故障等)。
(3)調(diào)節(jié)信號(hào)
調(diào)節(jié)信號(hào)為4～20mA，相應(yīng)調(diào)速范圍為40～1500r/min。
(4)設(shè)有制動(dòng)裝置
在事故情況下及緊急停爐時(shí)，通過操作顯示器面板上的開關(guān)可迅速停止給煤或爐排電機(jī)。
3.2.3 可編程控制器(PLC)
南通新興熱電有限公司鍋爐燃燒系統(tǒng)的連鎖保護(hù)回路邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，利用PLC接受電氣及本系統(tǒng)來的開關(guān)量輸入信號(hào)，經(jīng)邏輯運(yùn)算后輸出一開關(guān)量信號(hào)去控制相應(yīng)電機(jī)的啟停。這樣，不僅節(jié)省了大量繼電器，節(jié)省了內(nèi)部連線及空間，也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。具體的運(yùn)行邏輯控制要求有：
(1)送風(fēng)機(jī)故障：連鎖停二次風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)。
(2)甲或乙側(cè)任一臺(tái)二次風(fēng)機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(3)甲或乙側(cè)任一臺(tái)爐排電機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(4)甲或乙側(cè)任一臺(tái)主給煤機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(5)甲和乙側(cè)給煤機(jī)停：連鎖停二次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。
以上功能，可以很方便地通過PLC的編程來加以實(shí)現(xiàn)。
4 使用情況
本套變頻調(diào)速系統(tǒng)于1998年9月正式調(diào)試投運(yùn)，至今運(yùn)行情況良好，與傳統(tǒng)的滑差電機(jī)相比維護(hù)量小、啟動(dòng)電流小、系統(tǒng)功能較為完善、節(jié)能效果顯著、給操作人員提供了便利。
關(guān)鍵詞： 熱電變頻控制給煤
1 概述:
隨著我國熱電事業(yè)的發(fā)展，鍋爐給煤系統(tǒng)的調(diào)速問題越來越受到各熱電廠的重視，目前應(yīng)用得比較多的調(diào)速系統(tǒng)是滑差調(diào)速，它的控制方式比較典型可靠，但其存在著調(diào)速精度差、范圍窄、線性不好、能耗高等缺點(diǎn)，而變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)正好克服了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)的不足，具有效率高、無轉(zhuǎn)差損耗、調(diào)速范圍寬、特性硬、精度高、起制動(dòng)方便靈活、能耗小的特點(diǎn)，既具有交流感應(yīng)電機(jī)的長處，又具有直流電機(jī)的調(diào)速性能，有非常顯著的節(jié)能效果。
鑒于以上比較，南通新興熱電有限公司3臺(tái)75T/H的雙爐排鏈條爐的給煤、爐排的調(diào)速選用了變頻系統(tǒng)，同時(shí)通過與DCS的智能接口，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
2 工藝要求及系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
南通新興熱電有限公司鍋爐的燃燒過程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，要求在不同的負(fù)荷條件下，保持主汽壓力的恒定，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量及空氣量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量與汽輪機(jī)的耗汽量及供熱量相平衡 。而進(jìn)入爐膛的燃燒量的調(diào)節(jié)則是通過改變給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。為此選用了變頻器，由變頻器來調(diào)整給煤電機(jī)三相交流電的電流和頻率，以實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。同時(shí)爐排速度的調(diào)整及運(yùn)行狀況與給煤關(guān)系較大，故它的速度調(diào)整也選用了變頻器。由于每臺(tái)爐有甲、乙側(cè)2臺(tái)爐排及2臺(tái)給煤電機(jī)，這樣每臺(tái)爐共采用了4臺(tái)變頻器。為了節(jié)省控制盤盤面空間，減少端子布線，選用了一種集中操作控制的操作顯示器。通過它來同時(shí)控制4只變頻器的運(yùn)行，從而控制給煤及爐排電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，提高控制的精確度，以及控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。同時(shí)，該操作顯示器還可與本公司DCS系統(tǒng)相連接，接受DCS的4－20MA信號(hào)共同完成燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。另外，本系統(tǒng)還引入了一套小型可編程控制器，以保證系統(tǒng)中的某一電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，連鎖其他設(shè)備，使之停止或處于某一狀態(tài)。
3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)的配置
3.1.1 變頻器
它是本系統(tǒng)的核心部分，選用了SANKEN通用型變頻器SAMCO－IF系列，它適用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部配備了高性能的32位微處理器，故此裝置功能齊全，操作方便。
3.1.2 操作顯示器
該設(shè)備選用HCS－51系列單片機(jī)作為核心器件，組成了一個(gè)智能型操作顯示器。其內(nèi)部主要元器件選型如下：選用ATM89C51作為CPU，節(jié)省了外部程序存儲(chǔ)元件；選用TCL2543多路A/D轉(zhuǎn)換芯片 ，利用其A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間短的特性，保證了控制的實(shí)時(shí)性。選用8253定時(shí)器輔以簡單的外圍電路，使用脈寬調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)多路D/A輸出。整個(gè)手操器硬件結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性能好 。
3.1.3 可編程控制器(PLC)
本裝置選用了超小型NB2富士電機(jī)可編程控制器。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)、能任意擴(kuò)展。
3.2 系統(tǒng)的功能
3.2.1 變頻器
IF系列變頻器共有151項(xiàng)功能選擇，每項(xiàng)又有多種選擇，以供不同的用戶選用，因此，要用好變頻器，并充分發(fā)揮它的功效，首先就必須對(duì)它的功能有所了解，針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)合及運(yùn)行情況 ，合理進(jìn)行選擇，尤其對(duì)一些特殊的功能設(shè)定，要找出一個(gè)較合適的設(shè)置參數(shù)，使本系統(tǒng)中各設(shè)備間的相互匹配達(dá)到最佳狀態(tài)，必須通過多次的調(diào)整。如CD083原設(shè)定為10，試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)信號(hào)抖動(dòng)非常大，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻繁，經(jīng)反復(fù)修正后，CD083設(shè)置為210，此時(shí)運(yùn)行情況較好，既保證了信號(hào)的穩(wěn)定性，又確保了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。
3.2.2 操作顯示器
對(duì)于可同時(shí)下掛4臺(tái)變頻器的操作顯示器，它具有以下功能：
(1)控制方式
①給煤機(jī)：可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)、同操/單操控制。
自動(dòng)控制：接受DCS的自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)，控制給煤轉(zhuǎn)速。
手動(dòng)控制：一旦控制系統(tǒng)擾動(dòng)量較大或出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)行人員則通過操作器面板上的鍵盤來控制給煤轉(zhuǎn)速。
同操：正常情況下，鍋爐甲、乙側(cè)兩臺(tái)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上按各給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速比同時(shí)增加或同時(shí)減少。
單操：甲、乙側(cè)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)鍋爐兩側(cè)的燃燒情況分別操作。
手動(dòng)控制時(shí)可以單操也可以同操。當(dāng)負(fù)荷不變，運(yùn)行人員在調(diào)整燃燒狀況時(shí)，往往需將系統(tǒng)切至手動(dòng)，單操方式下調(diào)整相應(yīng)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，使鍋爐運(yùn)行工況達(dá)到最佳。而當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過逐臺(tái)調(diào)整各給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來響應(yīng)負(fù)荷的變化是不理想的，這時(shí)將控制方式切到同操，使甲、乙側(cè)給煤機(jī)在原有轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上同時(shí)加速或同時(shí)減速，以充分提高鍋爐的運(yùn)行質(zhì)量。當(dāng)燃燒狀況穩(wěn)定后，將系統(tǒng)投入自動(dòng)方式。
②爐排：爐排的操作不介入燃燒自動(dòng)控制，只有手動(dòng)控制方式。由操作人員根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況在操作面板上設(shè)定，以保證鍋爐的完全經(jīng)濟(jì)燃燒。同時(shí)它也有同操/單操功能，控制方式與給煤的同操/單操控制相同。
(2)顯示
①采用數(shù)碼方式顯示各被控對(duì)象的轉(zhuǎn)速。
②采用指示燈方式指示各被控對(duì)象的操作方式。
③用指示燈指示變頻器的運(yùn)行狀況(過載、故障等)。
(3)調(diào)節(jié)信號(hào)
調(diào)節(jié)信號(hào)為4～20mA，相應(yīng)調(diào)速范圍為40～1500r/min。
(4)設(shè)有制動(dòng)裝置
在事故情況下及緊急停爐時(shí)，通過操作顯示器面板上的開關(guān)可迅速停止給煤或爐排電機(jī)。
3.2.3 可編程控制器(PLC)
南通新興熱電有限公司鍋爐燃燒系統(tǒng)的連鎖保護(hù)回路邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，利用PLC接受電氣及本系統(tǒng)來的開關(guān)量輸入信號(hào)，經(jīng)邏輯運(yùn)算后輸出一開關(guān)量信號(hào)去控制相應(yīng)電機(jī)的啟停。這樣，不僅節(jié)省了大量繼電器，節(jié)省了內(nèi)部連線及空間，也大大提高了系統(tǒng)的可靠性。具體的運(yùn)行邏輯控制要求有：
(1)送風(fēng)機(jī)故障：連鎖停二次風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)。
(2)甲或乙側(cè)任一臺(tái)二次風(fēng)機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(3)甲或乙側(cè)任一臺(tái)爐排電機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(4)甲或乙側(cè)任一臺(tái)主給煤機(jī)跳閘：連鎖停相應(yīng)側(cè)給煤機(jī)。
(5)甲和乙側(cè)給煤機(jī)停：連鎖停二次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。
以上功能，可以很方便地通過PLC的編程來加以實(shí)現(xiàn)。
4 使用情況
本套變頻調(diào)速系統(tǒng)于1998年9月正式調(diào)試投運(yùn)，至今運(yùn)行情況良好，與傳統(tǒng)的滑差電機(jī)相比維護(hù)量小、啟動(dòng)電流小、系統(tǒng)功能較為完善、節(jié)能效果顯著、給操作人員提供了便利。
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