工业锅炉恒水位变频器控制系统

 1 概述

      工业蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两系统在锅炉运行过程中互相耦合，所以控制起来非常困难。在此，我们暂不考虑系统间的耦合，只是对蒸汽锅炉的给水系统进行变频改造。

现场为一台6T燃煤蒸汽锅炉，如图1所示。锅炉通过两台给水泵给汽包供水，给水泵额定功率为15kw，为一用一备。现操作情况为人工间断上水，锅炉运行时，即由人工根据锅炉水位显示上水，现要求改造为变频自动上水装置，达到无人值守。

                                   图1 给水原理图

2 水泵变频改造方案
  1）基于系统运行现状，本着既能节能降耗，又能控制简便、安全且投资较少的原则，我们设计了1套2台变频器拖动2台电机的方案。具体如图2所示。

                               图2 控制原理图

      系统经过测量锅炉水位，经变送器转换为4~20毫安标准信号，送至智能数字调节器。与设定的目标水位进行比较，运算。并按照设定的调节方式输出调节信号，控制变频器的输出频率，从而达到控制水泵转速调节水位目的，使水位达到理想状态。

  2）当锅炉运行时

  系统只对运行锅炉的汽包水位进行恒液位控制即可。

  a)将切换开关置于自动位置，锅炉汽包进水的阀完全打开后，同时，该锅炉汽包液位信号切入变频器，让变频器将该锅炉汽包液位信号进行PID运算处理后，再由控制信号转换装置，从而控制变频器的输出转速。

  在本控制过程中，关键的问题是过程参数PID (P:比例系数I:积分系数、D:微分系数)的整定。由于工业锅炉运行过程中，用汽量的多小和蒸汽压力的大小，决定了给水流量的大小和给水压力的大小。为了保证系统的相对稳定运行，不出现大的波动，对生产造成影响，在调试过程中，应多次反复调整PID参数，直至出现最佳控制过程。

  b)将切换开关置于手动位置，锅炉汽包进水的阀完全打开后，同时，通过人工控制软启动上水，实现下限水位上水，上限水位停水。

  在本控制过程中，关键的问题是下限水位、上限水位的设定。为了保证系统的相对稳定运行，不出现大的波动，对生产造成影响，在调试过程中，应多次反复调整水位范围，既要保证供水，又不能使泵频繁启动，直至出现最佳控制过程。

3 风机炉排变频改造方案

  1）对于燃烧控制系统中的鼓风引风和炉排的改造，根据客户要求，我们采用一控一变频控制，根据现场情况，用户引风机已经使用变频器进行风速调节，对此我们不进行变动，只对鼓风机和炉排进行变频改造。变频器使用深川SVF变频器，工人通过对数显表显示温度炉压的大小对电位器进行手动调节，使鼓风机、引风机和炉排的电机转速达到理想状态。项目实施后仍要保持锅炉原有的电气联锁保护、工艺联锁保护功能。电气联锁保护要求锅炉启、停时，保证引风机先于鼓风机启动而晚于鼓风机停止，以防误操作使炉膛正压喷火，危及司炉工安全，及粉尘外喷影响环境；工艺联锁保护，要求在汽包水位或汽包压力超标时，自动停止鼓、引风机，迅速减弱燃烧，以确保锅炉的安全。鼓、引风机启动的相互联锁保护，是利用变频器控制端子的功能，即利用引风变频器的频率值检测信号FDT来实现。

  2）硬件控制系统
  a) 深川SVF变频器
  SVF变频器是日本深川电气最新研制生产的一种适用于各种变速驱动应用场合的高性能变频器(调试简单、配置灵活)，它具有最新的IGBT技术和高质量控制系统，完善的保护功能和较强的过载能力以及较宽的工作环境温度，安装接线方便，两路可编程的隔离数字输入、输出接口以及模拟输入、输出接口等优点，使其配置灵活多样，控制简单方便，易于操作维护。

  b) 当锅炉运行时，所有控制信号都有专用仪表显示，仪表安装在操作台上，达到简单直观。当出现故障或报警时，触发电气线路声光报警装置。通过报警电路进行声光报警，提醒司炉工注意，直到故障排除。