蒸汽锅炉补水泵变频调速控制

摘要：文中对蒸汽锅炉补水泵采用变频调速控制和PID调节作了较为详尽的描述，选择了锅炉水位测量仪表，给出了相应的主电路和控制电路原理图，并设置了变频器的相关参数。实际运行表明，设备稳定可靠，达到了预期效果，可推广应用。

关键词：蒸汽锅炉 补水泵 变频器 PID调节

中图分类号：TM402 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0015-02

Abstract：The paper details that the frequency speed control in the small pump of steam boiler and PID regulation，Select？the instrument measuring？water level of boiler， give the maincircuit and the control circuit and set the？parameters of inverter. The result of running this system shows that the equipment can have a long-term stable operation and achieve the desired effect， is worth promoting the application.

Key Words： steam boiler small pump inverter PID regulation

1 引言

蒸汽锅炉一般根据锅炉水位控制补水泵的起停，以保证锅筒内的水位在要求的范围之内。采用变频器驱动补水泵以控制蒸汽锅炉水位在上世纪九十年代就已有应用。文献[1]介绍了补水泵采用变频调速控制时的控制原理及节能分析，并给出了控制原理框图，但无具体电路，不够详细。文献[2]至[6]针对热水锅炉补水泵介绍了变频器驱动的控制方法，虽然与蒸汽锅炉补水泵的控制有所不同，但也有共同之处，可以借鉴。但这些文章要么只有控制原理框图，要么只有简图，电路不够具体。蒸汽锅炉补水泵采用变频调速控制的主要目的是确保锅炉水位恒定，其次是节能。为了实现这一目的，本文采用水位传感器、数字显示仪表和变频器来控制补水泵的补水量，并给出了具体电路及变频器参数设置。

2 工艺要求

蒸汽锅炉锅筒与补水泵的连接原理图如图1所示。锅炉在燃烧过程中，锅内的水变成了水蒸汽供用户使用。锅筒内水位下降，通过水位传感器测出锅筒内的水位，并通过显示仪表显示。为了确保锅筒内不缺水，以免影响蒸汽供应甚至锅炉的安全，补水泵应能根据水位的变化及时进行补水。

3 控制原理

为了减小锅炉水位的变化，确保在蒸汽用量变化时锅炉的水位变化很小甚至不变，对补水泵采用变频调速控制。随着蒸汽用量的变化，调节变频器的输出频率，从而改变补水泵的转速，随之改变补水泵的补水量，确保锅筒水位稳定。图2为实现上述功能的原理框图。采用闭环调节的方式进行控制时，利用了变频器自身的PID调节功能。图中虚线内部分为变频器内部电路。水位给定通过变频器外接电位器完成，水位传感器测得水位后送入变频器，与给定进行比较，经PID调节器调节后控制变频器的输出电压和频率，从而控制补水泵的转速，使锅炉锅筒水位在设定的值上。

4 补水泵电气电路

蒸汽锅炉补水泵一般采用多用一备的方式，对于小型蒸汽锅炉，多为一用一备。下面以后者为例进行介绍。图3为两台补水泵的电气主电路。图中QS为空气开关，KM0为变频器进线接触器，KM1与KM3为1号和2号补水泵电动机变频运行切换接触器，可以通过控制电路的选择开关进行选择。KM2与KM4为1号和2号补水泵电动机工频运行接触器，当变频器故障时吸合运行。FR1和FR2为热继电器。

与图3主电路相对应的控制电路如图4所示。图中QF为控制电路电源开关，SW为转换开关，用于切换补水泵的工作状态，当打到左侧时为工频运行，当打到右侧时为变频运行，通过按钮起动或停止相应的补水泵。工频与变频之间设置了相应的互锁，确保二者不同时驱动，以免损坏变频器。用于接通变频器与1号、2号补水泵的接触器KM1和KM3也设置了互锁，避免变频器同时驱动两台补水泵。

5 变频器及仪表的选择及参数设置

变频器选用西门子风机水泵专用变频器MM430系列产品，电源进线接变频器的L1、L2、L3端，电动机接触器KM1、KM3接变频器输出端U、V、W端，控制端接线图如图5所示。图中，外接电位器DW为给定电位器，反馈信号为水位传感器输出的4～20mA信号。由于给定采用电压信号，反馈采用电流信号，需要对变频器上的状态显示板SDP进行设置，AIN1搬向下方，AIN2搬向上方。变频器参数设置如下：

P0304：380V，电动机额定电压；

P0305：电动机额定电流，按照补水泵电机铭牌设定；

P0307：电动机额定功率，根据补水泵电机功率设定；

P0310：50Hz，电动机额定频率；

P0311：电动机额定速度，按照补水泵电机铭牌设定；

P0700：选择命令源，设为2，由端子排输入；

P0701：数字输入1（DIN1）的功能，设为1，接通正转；

P1120：斜坡上升时间，根据电动机功率和现场具体情况设定；

P1121：斜坡下降时间，根据电动机功率和现场具体情况设定；

P2200：允许PID控制器投入，设为1；

P2253：PID设定值信号源，设为755，由模拟输入1（AIN1）设定；

P2264：PID反馈信号，设为755.1，由模拟输入2（AIN2）接入；

P2271：PID传感器的反馈形式，设为0，如果反馈信号低于设定值，PID控制器将增加输出频率；

P2274：PID微分时间，设为0，微分不起作用；

P2280：PID比例增益系数，根据现场情况设置；

P2285：PID比例积分时间，根据现场情况设置。

其他参数采用变频器出厂确认值。

仪表及水位传感器选用SZD-K型液位控制仪，该仪表包含了水位测量与显示两部分。检测水位的传感器为电感式浮球传感器，能够将液位信号转换成一个线性的电压信号，该信号送入数字显示仪表后一方面进行显示，另一方面变换输出一个4～20mA信号。这个信号送入变频器的AIN2模拟量输入端，作为PID调节器的反馈信号。

6 结语

蒸汽锅炉补水泵采用变频调速控制后，在蒸汽用量发生变化时锅筒内的水位基本保持不变，达到了预期效果。经某矿区锅炉房2台20吨蒸汽锅炉半年的运行证明，效果良好，令人满意，可以推广。

参考文献

[1]李洁，王臣.蒸汽锅炉补水泵变频调速原理及节能分析.自动化与信息工程，2000年第2期.

[2]郭荣祥，弓小龙.采暖锅炉定压控制装置的变频调速改造.自动化与仪表，1999年第5期.

[3]金光龙，李英俊，金英硕.采暖锅炉定压控制装置的改造.自动化与仪表，2002年第3期.

[4]刘洪臣.微机自动控制变频补水系统.电气时代，2003年第11期.

[5]贾琨，张建等.变频调速在采暖热水锅炉控制中的应用.自动化与仪表，2002年第2期.

[6]樊启春，方士宾.浅析变频调速技术在锅炉补水泵上的应用.水泵技术，2000年第4期.

[7]使用大全12/2003 MICROMASTER 430 7.5KW-250KW风机泵类专用型变频器SIEMENS.

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