基于PLC和變頻器的電站鍋爐引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

1、第24卷第5期 2008年9月文章編號：1005-006X(2008)05-0061-02電 站 系 統(tǒng) 工 程 Power System Engineering Vol.24 No.561基于PLC和變頻器的電站鍋爐引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)解 辰1 李云鵬1 王 彬2（1.華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，2.河北華電石家莊裕華熱電有限責(zé)任公司）摘 要：本系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速，能保持爐膛內(nèi)的恒定負(fù)壓。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，系統(tǒng)可靠性高，且能夠節(jié)約大量電能。關(guān)鍵詞：PLC控制；變頻器；引風(fēng)機(jī) 中圖分類號：TK32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BThe Usage of Frequ

2、ency Converter and PLC-based Control System forUtility Boiler Induced Draft FanXIE Chen, LI Yun-peng, WANG BinAbstract: The system introduces the technology that PLC controls frequency converter to realize the non-step speed modulation of induced draft fan and can keep the constant negative pressure

3、 in furnace. Comparing with the system of traditional control, it can save plenty of electrical powerKey words: PLC control; frequency converter; induced draft fan目前，國內(nèi)很多電廠的機(jī)組經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行。而電廠的鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用工頻恒速運(yùn)行方式，通過入口擋板節(jié)流調(diào)節(jié)流量來達(dá)到自動控制的目的，這樣既會造成大量能源浪費(fèi)，又會降低電機(jī)的壽命。另一方面國內(nèi)許多電廠風(fēng)機(jī)設(shè)備仍采用的傳統(tǒng)控制方法即通過繼電器控制，存在著啟動電流大，運(yùn)行安全可

4、靠性差、抗干擾能力弱的問題。本文內(nèi)容即是針對國內(nèi)某電廠300 MW機(jī)組的鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用PLC控制器與變頻器相結(jié)合的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。障時啟動手動運(yùn)行，用PLC程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)工頻軟啟動。變頻運(yùn)行時由PLC自動選擇合適的轉(zhuǎn)速。另外系統(tǒng)設(shè)計了故障記錄程序以便于設(shè)備出現(xiàn)故障時，故障點(diǎn)的查找和排除1。 1.2 硬件組成PLC與變頻器控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，PLC采用西門子S7-200系列模塊，其中主機(jī)模塊采用CPU226，具有24個數(shù)字量輸入點(diǎn)和16個數(shù)字量輸出點(diǎn)。擴(kuò)展模塊采用具有8個數(shù)字量輸入點(diǎn)的模塊2個，具有8個數(shù)字量輸出點(diǎn)的模塊2個和4點(diǎn)模擬量輸入模塊1個。采用安川F7系列變頻器1個，內(nèi)裝PI調(diào)

5、節(jié)功能。1 系統(tǒng)控制策略與結(jié)構(gòu)組成1.1 系統(tǒng)控制策略引風(fēng)機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。負(fù)壓過大，則漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒。負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)。我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度為5%10%，風(fēng)壓裕度為10%15%。將測點(diǎn)測得的爐膛負(fù)壓值電流信號直接輸入到變頻器的模擬量輸入端子，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器處理后進(jìn)行變頻器的無級調(diào)速。這種控制方式與變頻器的多級調(diào)速相比，具有硬件接線簡單和投資較低的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破髦回?fù)責(zé)控制變

6、頻器的運(yùn)行及停止和對變頻器輸出信號的處理。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，PLC應(yīng)該能及時將變頻器運(yùn)行方式切換到工頻電源運(yùn)行方式，以保證鍋爐的不間斷運(yùn)行2。針對啟動電流大、運(yùn)行安全可靠性差的問題，設(shè)計用PLC程序控制變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻起動。在變頻器出現(xiàn)故收稿日期：2008-04-14解辰(1983-)，男，研究生。保定，071003圖1 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)1.3 I/O信號配置系統(tǒng)I/O信號包括三大類，即數(shù)字量輸入信號、數(shù)字量輸出信號和模擬量輸入信號。其中本系統(tǒng)使用的信號有：數(shù)字量輸入信號34點(diǎn), 數(shù)字量輸出信號28點(diǎn)，模擬量輸入信號3點(diǎn)。2 風(fēng)機(jī)控制邏輯軟件設(shè)計62 電 站 系 統(tǒng) 工 程復(fù)位。2.2 風(fēng)

7、機(jī)變頻啟動和運(yùn)行邏輯2008年第24卷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制流程如圖2所示，基于該流程采用PLC當(dāng)空氣預(yù)熱器、冷卻風(fēng)機(jī)、程控開關(guān)通電、潤滑油泵均正常啟動后則使風(fēng)機(jī)啟動前檢查信號置位。如果再同時選中風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行模式，發(fā)出變頻運(yùn)行開始信號。風(fēng)機(jī)啟動信號發(fā)出，使風(fēng)機(jī)電動機(jī)接通變頻器，同時使變頻器接通電源，使風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行模式和變頻運(yùn)行模式互鎖。在變頻運(yùn)行未啟動時按下風(fēng)機(jī)斷電將使變頻器斷電。變頻器通電信號啟動，使變頻運(yùn)行信號置位，變頻器通電運(yùn)行，啟動變頻器FWD功能，使風(fēng)機(jī)電動機(jī)升速并運(yùn)行。壓力測點(diǎn)將測得的爐膛負(fù)壓信號值，輸入變頻器模擬量輸入端子，再經(jīng)PI調(diào)節(jié)器處理后進(jìn)行變頻器的無級調(diào)速，以使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)爐膛負(fù)壓

8、的改變而做滿足爐膛壓力要求的變化。當(dāng)變頻器跳閘指令啟動時通電使變頻器斷電和變頻運(yùn)行復(fù)位。 2.3 風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行切換工頻運(yùn)行邏輯當(dāng)變頻器發(fā)生故障產(chǎn)生變頻器跳閘信號時，則變頻器故障信號啟動并記錄。與此同時蜂鳴器啟動，延時10 s后引風(fēng)機(jī)以工頻運(yùn)行。因為在工頻運(yùn)行時不能對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，所以設(shè)置了熱繼電器FR，用它提供工頻運(yùn)行時的過載保護(hù)。當(dāng)啟動前檢測完成且處于工頻運(yùn)行模式時，風(fēng)機(jī)斷電或熱繼電器啟動都將風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行停止。2.4 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)該控制系統(tǒng)考慮了連鎖保護(hù)，一旦引風(fēng)機(jī)停機(jī)，或者變頻器出現(xiàn)故障，即發(fā)出故障信號，PLC立即實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)，鍋爐系統(tǒng)停爐，保證鍋爐安全。如果接收到集控室發(fā)出

9、的鍋爐汽包液位低、爐膛負(fù)壓超高或超低、爐膛熄火等信號即引起PLC連鎖，PLC立即輸出引風(fēng)機(jī)停機(jī)信號到集控室DCS系統(tǒng)。另外該系統(tǒng)保留擋板的手動控制系統(tǒng)，以便在緊急情況下由工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行手動控制。3 結(jié)束語采用PLC和變頻器組成自動控制系統(tǒng)對鍋爐風(fēng)機(jī)實(shí)施控制，使電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動，可消除對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機(jī)，延長了電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。采用變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)擋板全開，減少了擋板節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，節(jié)約了大量的電能。低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機(jī)大修周期，可節(jié)省大量的檢修費(fèi)用?？刂瓶煽?，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便，提高了鍋爐操作

10、的安全性和自動化水平。圖2 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制流程圖2.1 潤滑油泵切換控制邏輯引風(fēng)機(jī)本身同軸帶動一臺潤滑油泵，供風(fēng)機(jī)運(yùn)行時的軸承潤滑之用。同時還配有一臺備用潤滑油泵。引風(fēng)機(jī)啟動前要保證潤滑油泵供油正常。油泵啟動按鈕通電后油泵1運(yùn)行，油泵1電動機(jī)接通電源。當(dāng)油泵1的電動機(jī)或油泵1本身因故障無法啟動時，則發(fā)出油泵1未啟動信號，進(jìn)而驅(qū)動油泵1跳閘信號啟動。油泵1故障記錄發(fā)出報警信號，油泵1運(yùn)行復(fù)位，油泵1斷電，同時發(fā)出蜂鳴聲，延時5 s后（防止誤動作）發(fā)出油泵2運(yùn)行信號，油泵2通電運(yùn)行。當(dāng)油泵2跳閘信號發(fā)出時，油泵2電動機(jī)斷電并記錄油泵2故障，發(fā)出蜂鳴。同時風(fēng)機(jī)供油箱油溫高于值或風(fēng)機(jī)油壓低于時亦會發(fā)出油泵1跳閘或油泵2跳閘信號。當(dāng)油泵1或油泵2發(fā)生故障時，按動油泵1停止或油