基于PLC和变频器的电站锅炉引风机控制系统.pdf

第 2 4卷第 5期 2 0 0 8年 9月 电站系统工程 P o we r S y s t e m E n g i n e e r i n g Vb 1 ． 2 4 No ． 5 6 l 文章编号1 0 0 5 - 0 0 6 X 2 0 0 8 0 5 - 0 0 6 1 ． 0 2 基于 P L C和变频器的电站锅炉引风机控制系统 解辰 李云鹏 王彬 1 ． 华北电力大学能源与动力工程学院，2 ． 河北华电石家庄裕华热电有限责任公司 摘要本系统采用西门 子s 7 ． 2 0 0 P L c 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。与传统的控制系统相比，系统 可靠性高，且能够节约大量电能。 关键词P L C 控制；变频器；引风机 中图分类号T K 3 2 文献标识码B Th e Us a g e o f Fr e que nc y Co n v e r t e r a nd PLC． ba s e d Co n t r o l S ys t e m f o r Ut i l i r a f t ．t y Bo i l e r I nd uc e d D Fa n XI E Che n， LI Yun ． pe n g， W ANG Bi n Ab s t r a c t T h e s y s t e m i n t r o d u c e s t h e t e c h n o l o g y t h a t P LC c o n t r o l s f r e q u e n c y c o n v e e r t o r e a l i z e t h e n o n ． s 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 ft f a n and C an k e e p t h e c o n s t ant n e g mi v e p r e s s u r e i n f u rna c e ． Co mp a r i n g wi t h t h e s y s t e m o f t r a d i t i o n a l c o n t r o 1 ． i t c a tl s a v e p l e n t y o f e l e c t r i c a l p o we r ． Ke y wo r d s P LC c o n t r o l ； fre q u e n c y c o n v e e r ； i n d u c e d d r a ft f a n 目前，国内很多 电厂的机组经常 处于低 负荷运行 。而 电 厂的锅炉引风机系统采用工频恒速运行方式， 通过入口挡板 节流调节流量来达到自动控制的目的， 这样既会造成大量能 源浪费，又会降低电机的寿命。另一方面国内许多电厂风机 设备仍采用的传统控制方法即通过继电器控制， 存在着启动 电流大，运行安全可靠性差、抗干扰能力弱的问题。本文内 容即是针对 国内某 电厂3 0 0 MW机组 的锅炉 引风机系统采用 P L C 控制器与变频器相结合的控制系统进行设计。 1 系统控制策略与结构组成 1 ． 1 系统控 制策 略 引风机是火电厂重要的辅助设各之一， 它将锅炉燃烧产 生的高温烟气经除尘装置后排向烟道， 用来调整锅炉炉膛负 压的稳定 。负压过大，则漏风严重 ，总的风量增加，烟气热 量损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧。负 压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产。我国现行的火 电设计规程S D J ． 7 9 规定，燃煤锅炉的引风机的风量裕度为 5 ％～1 0 ％，风压裕度为l 0 ％～1 5 ％。将测点测得的炉膛负压 值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，具有硬件接线简单和投资较低的优点。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。当变频器发生故障时，P L C 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【 。 针对启动电流大、运行安全可靠性差的问题，设计用 P L C程序控制变频器实现电机的变频起动。 在变频器出现故 收稿日期2 0 0 8 ． 0 4 ． 1 4 解辰 1 9 8 3 - ，男，研究生。保定，0 7 1 0 0 3 障时启动手动运行，用P L C 程序实现电机工频软启动。变频 运行时由P L C自动选择合适的转速。另外系统设计了故障记 录程序以便于设各出现故障时，故障点的查找和排除【 j 】 。 1 ． 2 硬件组成 P L C与变频器控制系统构成如图 l 所示， P L C采用西门 子 s 7 - 2 0 0系列模块，其中主机模块采用 C P U2 2 6 ，具有 2 4 个数字量输入点和 l 6个数字量输出点。扩展模块采用具有 8个数字量输入点的模块 2个，具有 8 个数字量输出点的模 块 2个和 4点模拟量输入模块 1 个。采用安川 F 7系列变频 器 1 个， 内装 P I 调节功 能。 CPU 单 元 电 源 模 块 数 字 量 输 出 模 块 数 字 量 输 出 模 块 数 字 量 输 入 模 块 数 字 量 输 入 模 块 模 拟 量 输 入 模 块 P L C编程器 变频器 炉膛 负压值 图 l 风机 控制 系统构 l - 3 I ／ 0信号配置 系统 I ／ 0信号包括三大类，即数字量输入信号、数字量 输出信号和模拟量输入信号。其中本系统使用的信号有数 字量输入信号 3 4点，数字量输出信号 2 8点，模拟量输入信 号 3点。 2 风机控制逻辑软件设计 6 2 电站系统工程 2 0 0 8 年第 2 4卷 风机系统控制流程如图 2所示，基于该流程采用 P L C 编程软件设计的梯形控制逻辑主要包括以下几部分。 图 2 风机系统控制流程图 2 ． 1 润滑油泵切换控制逻辑 引风机本身同轴带动一台润滑油泵， 供风机运行时的轴 承润滑之用 。同时还配有一 台备用润滑油泵 。引风机启动前 要保证润滑 油泵供 油正常 。油泵启动按钮通 电后油泵 l运 行， 油泵 l 电动机接通电源。 当油泵 l的电动机或油泵 l 本 身因故障无法启动时，则发出油泵 1 未启动信号， 进而驱动 油泵 l 跳闸信号启动。油泵 l 故障记录发出报警信号，油泵 l 运行复位，油泵 l 断电，同时发出蜂鸣声，延时5 S 后 防 止误动作发出油泵 2 运行信号，油泵 2通电运行。当油泵 2跳闸信号发出时，油泵 2电动机断电并记录油泵 2故障， 发出蜂鸣 。 同时风机供油箱油温高于兀值或风机油压低于兀时亦 会发出油泵 l 跳闸或油泵2跳闸信号。 当油泵 l 或油泵 2发 生故障时， 按动油泵 l 停止或油泵 2停止按钮可使油泵电动 机运行信号、故障报警信号、油泵跳闸信号和蜂鸣信号同时 复位。 2 ． 2 风机变频启动和运行逻辑 当空气预热器、冷却风机、程控开关通电、润滑油泵均 正常启动后则使风机启动前检查信号置位。 如果再同时选中 风机变频运行模式，发出变频运行开始信号。风机启动信号 发出，使风机电动机接通变频器，同时使变频器接通电源， 使风机工频运行模式和变频运行模式互锁。 在变频运行未启 动时按下风机断电将使变频器断电。变频器通电信号启动， 使变频运行信号置位，变频器通电运行，启动变频器 F WD 功能，使风机电动机升速并运行。压力测点将测得的炉膛负 压信号值，输入变频器模拟量输入端子，再经 P I调节器处 理后进行变频器的无级调速， 以使风机转速根据炉膛负压的 改变而做满足炉膛压力要求的变化。 当变频器跳闸指令启动 时通 电使变频器 断电和变频运行复位 。 2 ． 3 风机变频运行切换工频运行逻辑 当变频器发生故障产生变频器跳闸信号时， 则变频器故 障信号启动并记录。 与此同时蜂鸣器启动， 延时 1 0 S 后引风 机以工频运行。 因为在工频运行时不能对电动机进行过载保 护，所以设置了热继电器 F R ，用它提供工频运行时的过载 保护。当启动前检测完成且处于工频运行模式时，风机断电 或热继电器启动都将风机工频运行停止。 2 ．4 风机控制系统保护系统 该控制系统考虑 了连锁保护 ，一旦引风机停机 ，或者变 频器出现故障，即发出故障信号，P L C立即实现连锁保护， 锅炉系统停炉，保证锅炉安全。如果接收到集控室发出的锅 炉汽包液位低、炉膛负压超高或超低、炉膛熄火等信号即引 起 P L C连锁，P L C立即输出引风机停机信号到集控室 D C S 系统。另外该系统保留挡板的手动控制系统，以便在紧急情 况下 由工作人员到现场进行手动控制 。 3 结束语 采用 P L C和变频器组成自动控制系统对锅炉风机实施 控制， 使电机可以实现软启动， 可消除对电网和负载的冲击， 避免产生操作过电压而损伤电机， 延长了电动机和风机的使 用寿命。采用变频调节，实现挡板全开，减少了挡板节流损 失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的电能。低 负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风 机大修周期，可节省大量的检修费用。控制可靠，抗干扰能 力强，操作方便 ，提高 了锅炉操作 的安全性和 自动化水平 。 参考文献 [ 1 】 张雪平． P L C 在锅炉风机控制中的应用[ J 】 ． 微计算机信息， 2 0 0 5 ， 2 1 6 4 2 4 3 【 2 】 陈庚单元机组集控运行[ M】 ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 1 ． 1 5 8 ～ 1 6 O 编辑 巨 川