锅炉变频供水自动控制系统的设计及实现

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；PLC

Design and Application of the Automatic Control System for Boiler FeedingWater Using Frequency ConversionMethod (College of Electrical and Electronic Engineering, Zhengzhou University of Light Industry,

5 Dongfeng Road, Zhengzhou, 450002, China)

Abstract: Design and Application of the automatic contro l system for boiler feeding w ater using frequency conversion method w as described in this paper, by mon itoring the pressure of feeding water, bo ilerw ater leve.l It rea lizes PID frequency conversion con tro l for feedingw aterw ith PLC; the new system has advantages of stab ility, low cost and economy.

Key words: Bo iler feeding w ater; Frequency contro;l PLC

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2 P-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= 20 Ps/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50H z, 则Fs= 50 Is/20H z, 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, 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:

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T f可设定在

0.0～60.0 s, 其中G( S) = Fo /Fe= P+ I/ST s+ ST sD 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 )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. 3PLC与联锁控制

本系统采用OMRON CPM 1A 230CDR PLC,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, 以达到联锁控制的目的, 确保锅炉供水正常运行, PLC 联锁控制接线图如图4 所示。

图4PLC联锁控制结构原理图

2 系统软件设计

按照锅炉操作规程,每次开炉点火前必须把供水系统切换到手动位置。手控水泵并检测管道水压是否正常, 正常则上水到锅炉汽包水位指示的中间或以上位置。锅炉点火燃烧后,当蒸汽压力达到正常供汽时,方可选择供水自动,若置成自动位置,则供水系统通过PLC 首先判断汽包水位是否在上限与下限范围内, 若在此范围内则接通变频器控制水泵进入变频供水状态,并不断检测锅炉汽包水位。当水位到达上限时,则变频器停机,并继续检测水位,直到低于水位上限时,变频器重新起动去控制另一台水泵进行运行,以使水泵交替使用。如水位高于上上限时,输出报警,请求排水。如运行中检测到汽包水位低于水位下限时,则关变

频器,转换水泵进入工频运行。当水位升至高于下限时,水泵在工频状态继续运行