变频器及可编程控制器在锅炉引风机上的应用.pdf

第 1 7卷 第 3期 2 0 0 4年 5月 机 电产品开发与 新 D e v e l o p me n t＆I n n o v a t i o n o f ma c h i n e r y e le c t r i c a l p r o d u c t s VO1 ． 1 7． No． 3 Ma y ． ， 2 0 0 4 变频器及可编程控制器在锅炉引风机上的应用 范永胜 河北 建筑工 程学 院 电气 工程系 ，河北 张 家 口0 7 5 0 2 4 摘 要 本 系统采 用可编程控 制器控制 变频 器 实现 引风机的 无级调速 ，能保持 炉膛 内的恒定 负压 ，与 传 统 的控制相 比 ，系统可靠性 高且能够节约大量电能。文 中详 细介 绍 了此 系统的软 、硬件设计过程 。 关键词 变频 器；接线 图；顺序功能 图；恒压 中图分类号 n 2 7；T M9 2 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 0 40 3 0 6 4 0 3 0 引言 锅炉炉膛需要保 持某一恒 定的负 压 ，而负压 太大则 会使热量过分流失。因此 ， 必须对锅炉引风机的引风量进 行动态控制 以实现 炉膛恒定 负压的 目的。传统 的作法 是 控 制系统让 引风机 电动机定速 转动 ，而通过调节 风机的 风门挡板来调节风量 。调节风 门虽然简单 ， 但 很不经 济 ， 因为有相 当一部分 能量损失 在挡板上 。由电动机 耗能和 转速的三次方成 正 比的关 系可知 ，如 果对风机 电机采用 变频调速 ， 通过 其转 速的变 化来 调节 风量 变化 ， 就 可 以节 约大量电能 。 有 资料显示 ， 调节 电机速度 比调节挡板节能 多达 4 0 ％- 5 0 ％。这种 改造尽管 价格贵一点 ， 但一 年所节 约 的电能基本上就可 以收 回投 资。 1 方案选择 本 系统 采用可编程控 制器 和变 频器来实现 锅炉炉膛 的恒定负压 。 将炉膛 的压力信号 由压力 变送 器转换 为标准 电流信 号 4 ～ 2 0 mA，此 电流信号 如果送 给可 编程控 制器 进行 处 理 ， 则可编程控制器就 必须选用模 拟量处理 模块 ， 因为可 编程控制 器基本 单元的 C P U只能直接处理数字量 。但可 编程控制器 的模拟 量输入输 出模块价格 比较高 ，可能有 的用户难 以接受 。为此 ， 将反映负压的 电流信号直接输入 到变频器的模拟量输入端子 ，经 P I 调节器处理后进行变 频器 的无级 调速。这种控 制方式 与变频器 的多级调速相 比较 ， 具有硬件接线 和可 编程控 制器程 序简单的优点。可 编程控制 器只负责控制 变频器 的运行及停 止和对变频 器 输 出信 号的处理 。另 外 ， 当变频器 发生故 障时 ， 可编程控 收稿 日期 2 0 0 4 0 3 0 9 作者 简 介 范 永胜 1 9 6 7 一 ，男 ，张 家 口市人 ，河 北建 筑 工 程 学院 电 气工程 系讲 师 。毕 业 于 河北科 技 大 学 自动 化 系 ，主 要从 事 工业控制 方 面的教 学和研 究 。 制器应该能及 时将变频器 运行方式切 换到工频 电源运 行 方式 ， 以保 证锅炉的不间断运 行。 2 硬件的选择 2 ． 1可编程控 制器的选型 根据控 制要求统计所 需 的 I ／ 0点数 。本系统 可编程 控制器需 要处 理变频器 输出 的 4个 监测信号 和发出变频 器启 停的 2 个指 令信号 ， 故所需 X为 6点 。 可编程控制器 需要输 出控制变频 器工作接触器 2个 、 变频 器切换接触 器 2 个 、 监测信号 4个 以及变频器运行信号 1 个 ， 故 所需 Y为 9点。 根据上述确定 的输入输 出点数 ， 进行 内存估计 。本 系 统可编 程控制器没 有处理模拟 量 ，所需 总存储 器字数 为 I ／ 0点数乘 以 1 0 ，然后按计 算存储 器字数 的 2 5 ％考虑裕 量 。故所选型号存储器字数大于 1 8 8即可。 系统 选择 F X1 N 一 2 4 M R，它具有 1 4个 输入点 ， 1 0个 输 出点 ， 8 K字 的用 户程序 存储器 ， 2 7条 基本指令 ， 2条 步 进指令 和 8 9 条 功能指令 ， 每条基本指 令运 行 0 ． 5 5 - 0 ． 7 1x s ， 每条 功能指令运 行数百 s ， 另外还有许多 的定时器 、 计 数 器和辅助继 电器 ， 完 全可以满 足上述要求 。 2 ． 2变频器 的选 型 根据负 载的性质来选 择变频器 的类型 。对于 风机这 样平方降转矩负载 ， 通常选用普通功能型变频 器。为强调 通用性 ， 通 用型变频器 包括多方 面的 内容 ， 且 多数功能都 是 为组 成一个高性 能 的传动 系统而开发 的。本系统采用 V S 一6 1 6 G 5型安川 变频器 。这 种变频器属 于通用型变频 器 ， 它 的性能 价格 比较高 ， 且包 含有 4种控 制方式 ， 更 主 要的是 内装 P I 调节功能 ，只需要简单 的参数设置就可以 用于广泛 的应用领域。 2 ． 3 压 力变送器 的选 型 压力 变送器能够感 受压力信 号 ，并将其转 换为标准 电流信 号输 出 ，它 是基于负 反馈原理工作 的传感转换 装 维普资讯 测试 与控 制 置。本系统选 用 3 0 5 1 系列 智能变送器 ， 压 力测 量范围 0 一 1 ． 2 5 k P a 4 2 MP a ，能够满足锅炉 的需要 它的测量环节感 受被侧压 力并转换 为电容 量的变化 ，转换 环节将 电容变 化量转换成标准 电流信号 4 ～ 2 0 m A。 3 系统接线图 图 1 为变频 器 、可 编程控制器 和压力变送 器之间 的 系统接线 。 变频 器的开关量输入 端可 以和可编程控 制器 的开关 量输 出端直接相连 ， 这种 控制方式 接线 简单 ， 抗 干扰能 力 强。变频 器的 2个模拟 量监测 信号输 出端 中 ， 图 中 2 3闲 置未用 ， 2 l 接一频率表 ， 因而可 编程 控制器不用选 用模 拟 4 P L C的 SF C程序设计 图 2为 P L C的顺序功 能图程序 S F C 。从结构上说 ， 它属 于选择序 列。 在 2 2为活动步 、 X 1 第一个为 O N的周 期里 ， 2 2 、 2 3同时 O N一个 扫描周期 ，如果让 2 3步驱 动指 令 R S T Ⅵ l ， 则这个周期输 出处理阶段的输 出结果是 Y1 为 O N、 Y l 1 为 O F F ， 从 而会导致以主电路的通断来进行 变频器 的停止 操作 ，所 以 2 3步仅仅驱动一个定时器 ， 以 保 证 Y 1 为 O F F在先 ，电动机基本 停止后 Yl 1 再 为 O F F 。 M 8 0 1 3为 l s 时钟脉冲 ， 在 2 6步和 2 7步 由它驱动蜂鸣器 报警 。 在电动机 串入电感期间 ， 蜂 鸣器继续报警， 直到 K M3 吸合正常工频运转 为止 。 l O 2 5 X2 COM3 X3 Y6 X4 萄Y7 宝 州 n Yl 0 Yl 】 K M 1 三 ] KM2 K M3 2 k n 4 ～ 2 O mA OV 图 1系统接线图 F i g ． 1 W i r i ng d i a g r a m 2 2 1 4 2 5 0 k , ．Q 1 8 1 7 4～ 2 0 2 0 9 1 0 2 5 2 6 2 7 引压 力 1 变 送 3 0 5 器 1 量输入模块 图中 2 2为模拟量检测信号公共端 。变频器 的开关量监测信号是 通过 继 电器接 点或 晶体管 集 电极开 路 的形式输 出 ， 其额 定值 均 在 2 4 V ／ 5 0 mA之上 ， 符 合 F X 系列可编程控制 器对输入信 号的要求 ，因此可 以将 它们 和可 编程控 制器的输入端 直接相 连。压力变送 器输 出的 标 准电流信号和变 频器模拟量 电流输入端 子 l 4和 l 7直 接相连。电感 L是抑制从变频器 运行方式 向工频 电源 运 行方式切换时 电动机 的加速 ，从 而减少锅 炉压力 的激 变 和机械震 动 ， 切换 完成后 L被短接 。 墼堕堡 X 2 垂鱼笪三 X 3 垦 壅笪兰x 4 壅壁二墼 X 5 斗 X O 启 动 鲁儡 舞 童 转 动 4 -X 2 故障 杰 [ 团 K 8 0 1 蜜卜 匝疆卫 l - F l 2 0上 殇] _ _ 唾囹 】 T T 4 塑 I l K3 0 M8 01 3 卜_ _ [ 圈 - I- T 5 至 圃囤翌 工 斗 ．X1 停止 ’ _ { I R S 亚 T I Y I O 4 - Y 6 Y】 0 图 2 P L C的顺序功能图程序 Fi g ． 2 S e q ue n t i a l f un c tio n c h a r t 5 可编程控制器梯形图程序的设计 目前 ，顺序功能图还仅仅作为组织编程的辅助工具 ， 而不是一种独立的编程语言 ， 所以有必要将其转换为梯形 图程序。转换过程 比较简单 ， 在此不给 出转换后 的梯形 图 了。需说明的是 ， 转换后的梯形图并不是完整的程序 ， 还应 该加上对另外 3个变频器监测信号的处理程序。 6 变频器 的设置说 明 变频器 在出厂时 已经对 有关 的功能指令码 和参数进 行 了设定 ， 如最 大频率 、 最 小频 率 、 下转第 7 5页 6 5 维普资讯 测试 与控制 参考 文献 [ 1 ]区健昌． 电子设备的电磁兼容性设计[ M] ． 北京 电子工业出版社， 【 2 0 03． 9． [ 2 ] 奥地利 乔治， 徐政， 译． 电力系统谐波基本原理、 分析方法和 } 滤波器设计[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 ． 5 ． f I 3 ]吴忠智， 吴加林． 中 高 压大功率变频器应用手册I M ] ． 北京 机械 工 业 出版社， 2 0 0 3 ， l 1 ． [ 4 】 日 电气学会半导体电力变换系统调查专门委员会， 陈国呈 ． 译． f 电力电子电路[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 3 ， 9 ． [ 5 ]冯垛生， 张淼． 变频器的应用与维护[ M ] ． 广州 华南理工大学出版 社 ， 2 0 0 3 ． 8 ． [ 6 ] N ． M o h a n ， e t a 1 ． P o w e r E l e c t r 0 n i c s C o n v e r t e r ， A p p l i c a t i o n a n d D e s i g n ， J o h n Wi l e y＆ S o n s ． 1 9 8 8 ． [ 7 ]何 希才． 新型开关 电源设计与维修[ M] ． 北京 国防工业出版社， 2 0 01 ， 1 ． [ 8 ]原魁， 刘伟强． 变频器基础及应用[ M] ． 北京 冶金工业出版社2 0 0 3 , 3 ． [ 9 ]刘风君． D e l t a 逆变技术及其在交流电源中的应用[ M1 ． 北京 机械 工 业出版社 ． 2 0 0 3 。 9 ． [ 1 O ]张广明． 关于 U P S “ D e l t a 变换技术” 的讨论m． U PS 应用， 2 0 0 2 ， 4 ． Re s t r a i n M e t ho d o l o g y f o r Hi g y - o r d e r Ha r m o n i c s i n t h e Fr e qu e nc y Co n v e r t e r Z HO N G We i Q i a n g ，Y E D e Y u n Gu a n g d o n g T e c h n i c a l Co U e g e o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c E n g i n e e ri n g ， Gu a n g z h o u Gu a n g d o n g 5 1 0 6 3 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p r e s e n t a r t i c l e a n al y s e s t h e c a u s e s ， t h e wa y s o f d i s t u r b a n c e a n d t h e fr e q u e n t h a r m o f hig ho r d e r h a r mo n i c s fr o m fre q u e n c y c o n v e e m．I t s u mma ri z e s t h e a u t h o r s e x p e rie n c e a n d s u g g e s t s s o me wa y s t o r e s t r a i n hig h o r d e r h a r m o n i c s ． Ke y wo r d s h i g h o r d e r h a rm o nic s ；fre q u e n c y c o n v e r t e r s ；d i s t u r b a n c e ；h a r m ；r e s t r a i n ’ ‘ ‘ ’ ’ ’ 。 一 。 一 。 一 ” ” “ 一 一 一 一 一 “ 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 ． 上接第6 5页基本频率、启动频率以及加减速时间和 负载选择 等等 ， 当出厂值适 合 时就 不需要再设 置此功能 如有不适之处 ， 需要使用变 频器 的数字操作器进行 调整 。 7 结束语 该 系统 采用变频器 结合可编 程控制器对 引风机进 行 变频调速 控制 ， 系统 可靠性 高 ， 可 以节约 大量 电能 ， 当年 就可收 回投 资 ， 值得推 广普 及。 参 考文献 [ 1 ]三 菱 电机 株式 会社 ． F X1 N 系列 可编 程控 制 器使 用手 册【 z 】 ． 20 00， 1 2 ． 【 2 ]郑萍． 现代电气控制技术【 z ] ． Th e Us a g e o f Fr e q u e n c y Co n v e rte r a n d PLC i n Bo i l e r I n d uc e d Dr a f t F a n N Yo n g - S h e n g De p a r t me n t o f E l e c t r i c E n g i n e e ri n g ， He b e i I n s ti t u t e o f A r c h i t e c tur e C i v i l E n g ine e r i n g ，Z h a n i a k o u He b e i 0 7 5 0 2 4 ， Chi n a Ab s t r a c t Th e s y s t e m i n tro d u c e s t h e t e c h n o l o g y t h a t P L C c o n t r o l s fre q u e n c y c o n v e rt e r t o r e a l i z e t h e n o ns t e p s p e e d mo d u l a t i o n o f i n d u c e d d r a f t f a n a n d C a l l k e e p t h e c o n s t a n t n e g a ti v e p r e s s u r e o f f u r n a c e c h e s t ． Co mp a r e d wi t h t h e s y s t e m o f tr a d i tio n al c o n tro l ， i t c a n s a v e p l e n t y o f e l e c t r i c al p o we r ． I n t h i s p a p e r ，t h e d e s i g n p r o c e s s o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e i s d e s c ri b e d i n d e tai l ． Ke y wo r d s F r e q u e n c y c o n v e r t e r ；W i ri n g dia g r a m ；S F C；Co n s t a n t p r e s s u r e 上接 第 7 2页 4 结论 一 卜 一 - - ． ． - 4 , - - ” ． ． - 4 - - ” 一 - - 一 一 - 4 , - ““” 一 一 _ - 4 - - ． - 4 - - ． - 4 - - “ ” 卜 - - - 4 ． -“ 一 ． - 4 - - ． - 4 - - ． 对 于非线 性和许多不确定 因素作用 的电缆短路 点的 探 测过 程 ，通 过采 用模 糊 控 制可 以有 效 地提 高定 位 精 度 ；自调 整模糊控制方案 和实现方 法使系统 的响应速度 快 和动 态性能 好 。本 系统 在对 直埋 7 0厘米 的十多 条 电 缆线 路进行 短路点定位 ，平均偏 差 为 4 0厘米 ，与人 工 探测偏 差 1 米相 比精度大大提高 。 参考文献 【 1 ]王润卿， 等． 电力电缆的安装一运行与故障测寻【 M 】 ． 北京 化工工 业出版 社， 2 0 01 ． 【 2 ]姚河清， 等． 弧焊焊缝跟踪 自适应模糊控制器设计[ J 】 ． 机 电产品开 发与创新， 2 0 0 3 ， 5 4 4 - 4 6 ． [ 3 ] 何平． 模糊控制器的设计及研究【 M ] ． 北京 科技出版社， 1 9 9 7 ． [ 4 1易继锴， 等． 智能控制技术【 J 】 ． 北京 北京工业大学出版社， 2 0 0 1 De s i g n o f Ca b l e S h o r t -Po i n t Au t o - o r i e n t a t i o n S y s t e m C HE N J i e P h y s i c s De p a r t me n t o f Ya n c h e n g T e a c h e r s C o , a g e ，Ya n c h e n g J i a n g s u 2 2 4 0 0 2 ，C hin a Ab s t r a c t This p a p e r c o U i gat e s c a b l e r o u t e d e t e c t o r ，c a b l e s h o rt p o i n t o rie n t a ti o n a n d a u t o tr a c k d o r y ，u s e s f u z z y c o n tr o l l e r o f fuz z y c o n tr o ll e r o f s i n g l e c hip c o mp u t e r ，t o d e s i gn a u t o o ri e n t a t i o n s y s t e m o f c a b l e s h o rt p o i n t ．I t al s o giv e s a b l u e p ri n t o f a u t o a d j u s t fuz zy c o n tr o e r a n d p rov i d e s s o f t wa r e a n d h a r d wa r e p r o j e c t o f t h e s y s t e m． Ke y Wo r d s C a b l e S h o rt p o i n t ；A u t o a d j u s t ；F u z zy c o n t r o l S i n g l e c h i p c o mp u t e r 7 5 维普资讯