DCS在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

1、dcs在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì) 摘要：通過采用變頻技術(shù)和dcs穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)引送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變控制風(fēng)量大小，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。把dcs系統(tǒng)融入到電子系統(tǒng)中，能夠有效提升電氣設(shè)施的工作效率，將會(huì)影響我國電力系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展。文章就dcs在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：dcs；風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速；節(jié)能降耗；應(yīng)用與設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 中圖分類號：th445 文章編號：1009-2374（2015）24-0013-03 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.24.007 1 問題提出 公司5臺(tái)鍋爐（三用兩備），廠家：四川鍋爐

2、廠，型號：cg220t/9.8。每臺(tái)鍋爐兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)，廠家：武漢鼓風(fēng)機(jī)廠，引風(fēng)機(jī)型號：lh-br260sw（idf），送風(fēng)機(jī)型號：lh-fr145d，變頻器型號為：zinvert-a8h1150/10y。鍋爐dcs控制系統(tǒng)為foxbro公司的i/a控制系統(tǒng)。 鍋爐的引送風(fēng)機(jī)主要是進(jìn)行恒速運(yùn)作，依靠風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)能夠控制風(fēng)量。但是恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，其自身就非常浪費(fèi)資源。當(dāng)我們調(diào)節(jié)鍋爐的蒸發(fā)量、鍋爐的溫度以及鍋爐的壓力時(shí)，一定要記得及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)門，讓其盡快適應(yīng)負(fù)荷的變化。通過擋板位置的改變來控制送風(fēng)量，風(fēng)機(jī)電機(jī)本身利用的能量沒有多大變化，電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率也幾乎沒變，這時(shí)我們就可以

3、改變風(fēng)門來調(diào)節(jié)送風(fēng)量，進(jìn)而滿足鍋爐工作的需求，然而，這樣一來不僅會(huì)降低電能的利用率，還會(huì)增加額外的損耗。假如我們采用變速運(yùn)作的模式，就會(huì)完成節(jié)能操控。 2 風(fēng)機(jī)dcs變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案 圖1 風(fēng)機(jī)dcs變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 2.1 變頻器與dcs接口 啟動(dòng)變頻器（di）：“遠(yuǎn)程控制”方式下，驅(qū)動(dòng)變頻器啟動(dòng)指令。信號需求為3秒脈沖。有“待機(jī)狀態(tài)”反饋后，變頻器才能接受執(zhí)行該命令。 停止變頻器（di）：“遠(yuǎn)程控制”方式下，驅(qū)動(dòng)變頻器停止指令。信號需求為3秒脈沖。該指令相當(dāng)于軟停，變頻器執(zhí)行該指令后，開始減速，減速至停止頻率后，自動(dòng)停止輸出功率，并進(jìn)入“停止?fàn)顟B(tài)”和“待機(jī)狀態(tài)”等待下次啟動(dòng)。 風(fēng)門/閥

4、門位置反饋（di）：在變頻器故障轉(zhuǎn)工頻率時(shí)，當(dāng)風(fēng)門或閥門關(guān)到設(shè)定值時(shí)，反饋給變頻的信號。信號需求為3秒脈沖。 工頻轉(zhuǎn)變頻（di）：“遠(yuǎn)程控制”方式下、且控制柜門背面的“手動(dòng)旁路/自動(dòng)旁路”旋鈕進(jìn)行選擇“自動(dòng)旁路”、“允許跳進(jìn)線開關(guān)”合上，“允許合進(jìn)線開關(guān)”合上，刀閘k1，k2合閘狀態(tài)下。 轉(zhuǎn)速給定（ai）：遠(yuǎn)程頻率給定。dc420ma信號4ma對應(yīng)1hz，20ma對應(yīng)50hz； 同步轉(zhuǎn)速反饋（ao）：當(dāng)前電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速反饋，為理想空載轉(zhuǎn)速反饋。dc420ma信號，4ma對應(yīng)1hz，20ma對應(yīng)50hz； 輸出電流反饋（ao）：當(dāng)前電機(jī)定子電流反饋，為變頻電流。dc420ma信號，4ma對應(yīng)0安

5、培，20ma對應(yīng)2倍的電機(jī)額定電流。因此dcs程序中，該電流量程應(yīng)設(shè)為2倍的電機(jī)額定電流。 輕故障（do）：控制回路加電后變頻器循環(huán)自檢后的結(jié)果反饋。若運(yùn)行時(shí)發(fā)生“輕故障”信號，表示變頻器發(fā)生輕微故障，但是照常輸出功率，若停止時(shí)發(fā)生，表示設(shè)備有輕微故障未被排除，但不影響啟動(dòng)和運(yùn)行 操作。 重故障（do）：控制回路加電后變頻器循環(huán)自檢后的結(jié)果反饋。若運(yùn)行時(shí)發(fā)生“重故障”信號，“運(yùn)行”狀態(tài)信號隨即丟失，則變頻器立即封鎖控制脈沖并停止輸出功率，并進(jìn)入待機(jī)重啟的程序，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)（默認(rèn)5秒），多次伺機(jī)自動(dòng)重啟。若重啟成功后，變頻器重新輸出功率，“重故障”信號立刻消失，“運(yùn)行狀態(tài)”信號隨即重現(xiàn)。 待機(jī)

6、狀態(tài)（do）：給變頻器送高壓后，單元中電容直流電壓65%后，該信號自動(dòng)產(chǎn)生，表示變頻器等待接收“啟動(dòng)”指令。運(yùn)行狀態(tài)輸出功率時(shí)，“待機(jī)狀態(tài)”立刻消失。 運(yùn)行狀態(tài)（do）：變頻器工作在輸出功率狀態(tài)。運(yùn)行過程中，“重故障”產(chǎn)生時(shí)，“運(yùn)行狀態(tài)”信號會(huì) 丟失。 停止?fàn)顟B(tài)（do）：變頻器沒有輸出功率的狀態(tài)。運(yùn)行過程中，“重故障”自動(dòng)消失時(shí)，“停止?fàn)顟B(tài)”會(huì) 消失。 工頻狀態(tài)（do）：指旁路柜中隔離刀閘、接觸器等開關(guān)設(shè)備的組合狀態(tài)，均分合到了工頻位置。與“變頻狀態(tài)”信號相反。 變頻狀態(tài)（do）：指旁路柜中隔離刀閘、接觸器等開關(guān)設(shè)備的組合狀態(tài)，均分合到了變頻位置。與“工頻狀態(tài)”信號相反。 遠(yuǎn)程控制（d0）：遠(yuǎn)

7、方可以驅(qū)動(dòng)變頻器的“啟動(dòng)”、“停止”、“急?！薄ⅰ皬?fù)歸”、“變頻轉(zhuǎn)工頻”、“工頻轉(zhuǎn)變頻”指令。頻率給定方式不受此 控制。 就地控制（do）：變頻器現(xiàn)場可以驅(qū)動(dòng)變頻器的“啟動(dòng)”、“停止”、“急停”、“復(fù)歸”、“變頻轉(zhuǎn)工頻”、“工頻轉(zhuǎn)變頻”指令。頻率給定方式不受此 控制。 關(guān)風(fēng)門/閥門信號：（do）：變頻器在故障停機(jī)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到工頻時(shí)通知用戶關(guān)風(fēng)門/閥門信號，最長一分鐘的脈沖信號，或當(dāng)接收到風(fēng)門/閥門位置反饋信號，此信號就會(huì)消失。 2.2 風(fēng)機(jī)自動(dòng)旁路柜的接線方案 圖2 風(fēng)機(jī)變頻電氣一次接線原理圖 該方案由3個(gè)真空接觸器j1、j2、j3以及2個(gè)高壓隔離開關(guān)k1、k2組成，其中j1、j2、j3為高壓真

8、空接觸器，用于變頻和工頻的切換。k1和k2為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器及真空斷路器檢修時(shí)拉開，用于電機(jī)工頻運(yùn)行情況下對變頻器及真空接觸器進(jìn)行安全檢修；并且j1、j2與j3電氣互鎖，防止電機(jī)同時(shí)工/變頻運(yùn)行。qs為原風(fēng)機(jī)電機(jī)高壓斷路器。變頻器功率單元柜由15個(gè)功率單元組成，每5個(gè)功率單元串聯(lián)組成一相，三相y型連接。當(dāng)其中某一相某個(gè)功率單故障時(shí)，同時(shí)切除其他兩相對應(yīng)功率單元，不影響引風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。 同時(shí)，為了保證引風(fēng)機(jī)電機(jī)及變頻器安全、可靠、長周期運(yùn)行，系統(tǒng)還設(shè)置有下列聯(lián)鎖保護(hù)。 變頻器啟動(dòng)允許條件：風(fēng)機(jī)高壓斷路器合閘條件保持原有條件不變，變頻器啟動(dòng)允許條件為變頻器備妥及風(fēng)

9、機(jī)入口擋板關(guān)閉，變頻器備妥包括變頻器無重故障報(bào)警，k1、j1和k2、j2合閘，高壓斷路器已合閘。 高壓斷路器能夠合閘的條件：就是變頻器需要保持待機(jī)狀態(tài)，這樣就能進(jìn)一步表明變頻器的自我檢查符合要求，能夠進(jìn)行高壓操控。這個(gè)接點(diǎn)處需要與高壓開關(guān)的合閘進(jìn)行串聯(lián)，完成后才能進(jìn)行合閘。這個(gè)接點(diǎn)只有在閉合時(shí)才能正常工作。 工頻高壓斷路器的分閘處理：小車的位置發(fā)出有效信號后，接點(diǎn)處進(jìn)行閉合，這樣高壓斷路器就已經(jīng)完成分閘，而高壓斷路器進(jìn)行合閘時(shí)，這個(gè)接點(diǎn)就會(huì)斷開。這個(gè)接點(diǎn)需要是無源的干接點(diǎn)。 緊急情況下的高壓分?jǐn)啵哼@種情況發(fā)生的前提是變頻器出現(xiàn)了重大問題無法正常工作，變頻器就會(huì)自動(dòng)運(yùn)用斷路器qs進(jìn)行高壓分?jǐn)?。?/p>

10、處接點(diǎn)會(huì)與高壓斷路器的分閘進(jìn)行連接，閉合接點(diǎn)之后就要分閘。 3 節(jié)能分析 3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益 根據(jù)風(fēng)機(jī)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：p/p0=（n/n0）3計(jì)算，式中p0為額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的功率，p為轉(zhuǎn)速n時(shí)的功率。以一臺(tái)鍋爐使用的900kw引風(fēng)機(jī)為例，運(yùn)行工況為一天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，其中每天11小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷（頻率按46hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按98%計(jì)算），13小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷（頻率按20hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按70%計(jì)算），全年運(yùn)行時(shí)間在300天為計(jì)算依據(jù)。 則每臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，每年的節(jié)電量為： w1=900111-（46/50）3300=657296.64kwh w2

11、=900131-（20/50）3300=3285360kwh wb=w1+w2=657296.64+3285360=3942656.64kwh 擋板開度時(shí)的節(jié)電量為： w1=900（1-98%）11300=59400kwh w2=900（1-70%）13300=1053000kwh wd=w1+w2=59400+1053000=1112400kwh 相比較節(jié)電量為：wb-wd=2830256.64kwh 每度電按0.4元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年每臺(tái)引風(fēng)機(jī)可節(jié)約電費(fèi)113.2103萬元。 3.2 間接收益 首先，可以促進(jìn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，能夠減少頻繁操作引發(fā)的電機(jī)絕緣能力下降，進(jìn)而增加電機(jī)的使用周期

12、。 其次，能夠運(yùn)用變頻調(diào)節(jié)讓擋板全部打開，降低了能量損耗，完成勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，符合峰值的要求，減少了電能損耗。 再次，由于負(fù)荷減少導(dǎo)致轉(zhuǎn)速變小，進(jìn)而降低了機(jī)械摩擦損耗，可以適當(dāng)推遲風(fēng)機(jī)的維修時(shí)間，降低了維修成本。 最后，這樣還能實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的控制，提升抵抗干擾的能力，針對突發(fā)狀況能夠?qū)嵤┫鄳?yīng)的保護(hù)，確保電機(jī)以及風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作。 4 結(jié)語 最近幾年，我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，社會(huì)對電力行業(yè)的需求越來越高，電力供求之間出現(xiàn)了不平衡，我國很多地區(qū)都進(jìn)行了限制用電、拉閘進(jìn)行節(jié)能。人們重視節(jié)能主要是因?yàn)楣?jié)能不僅可以推動(dòng)生產(chǎn)，減少資金投入比例，還能提升經(jīng)濟(jì)效益。對于使用電力資源的我們來說，首先考慮的就是如何采取措施完成節(jié)能操作。經(jīng)過一系列研究我們可以發(fā)現(xiàn)，dcs控制體系能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的操控，這樣可以完善電力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能的統(tǒng)一節(jié)能管理。把dcs系統(tǒng)融入到電子系統(tǒng)中，能夠有效提升電氣設(shè)施的工作效率，將會(huì)影響我國電力系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展。 參考文獻(xiàn) 1 王常力.分布式控制系統(tǒng)（dcs）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例m.北京：電子工業(yè)出版社，2004. 2 馬菲.dcs控制系統(tǒng)的構(gòu)成與操作m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.