热水采暖锅炉补水泵变频调速控制

热水采暖锅炉补水泵变频调速控制　Ｖｏ１．１７　Ｎｏ．６　热水采暖锅炉补水泵变频调速控制　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｍａｋｅ－ｕｐ　Ｐｕｍｐ　ｏｆ　Ｈｏｔ－ｗａｔｅｒ　Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｂｏｉｌｅｒ　郭荣祥　陈沐泽　杨０　１．内蒙古科技大学信息工程学院　内蒙古　包头　０ｌ４０００　２．包钢钢联股份有限公司薄板坯连铸连轧厂　内蒙古　包头３．北方联合电力有限责任公司临河热电厂　内蒙古　临河０１４０１０　０１　５０００　【摘要】针对目前热水采暖锅炉补水泵采用变频调速控制时普遍存在的问题，指出了合理的压　力采样点，并对补水泵的闭环控制采用了变频器内部Ｐ　Ｉ　Ｄ调节功能，给出了电路原理图和变　频器的参数设置。实际运行表明，设备稳定可靠，达到了预期效果，可借鉴。　【关键词】采暖锅炉　补水泵　变频调速　压力采样点Ｐ　Ｉ　Ｄ调节　【中图分类号】ＴＰ２７３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】３７—１４９６２０１４—６１５　Ｏ　引言　热水采暖锅炉补水泵采用变频器驱动进行调　可靠性。随着变频技术的发展和变频器功能的完　善，变频器本身具备了ＰＩＤ调节功能，因而既可以　速运行以控制锅炉补水压力在上世纪九十年代就　已经开始应用，时至今日，补水泵变频调速的控制　方法仍没有多大变化，这种控制方法的压力采样点　在循环泵的人口处，其特点是在锅炉循环泵运行　时，循环泵入口压降低，需要的补水压力低，补水泵　调速运行时变频器输出频率低，补水泵转速无需太　高补水压力即可达到所设定的压力，这是利用了循　环泵吸程的缘故。一旦循环泵停止运行，其人口压　升高。补水泵则停止补水。然而在循环泵停止运行　后，其出ＫＩ压力降低，易造成建筑物最高处缺水而　进入空气，影响用户采暖。造成这一现象的原因是　补水的压力采样点不合理，因此找到合适的压力采　样点并对其压力进行控制成为解决问题的关键。另　省掉调节器，又可以降低故障率。针对上述问题，本　文提出合理的压力采样点，并利用变频器自身的　ＰＩＤ功能实现压力调节。　１　补水压力采样点的确定　采暖锅炉补水泵应确保采暖系统充满水，避免　供暖管网内进入空气，以免影响供暖质量。常用的　压力采样点在循环泵的人口处，如图１中的Ａ点，　其缺点已在引言中讲述。合理的压力采样点应保证　循环泵停止运行后管网内不进入空气，不管循环泵　是否运行，管网内都应充满水，既不让空气进入，补　水压又不是太高，以确保供热管网或暖气片的安　全，避免管路和供暖设施泄露或渗水。图１中箭头　方向表示循环水流动方向，Ｂ点即为压力采样点。　外，早期的变频器没有ＰＩＤ功能，为了实现闭环控　制必须另加ＰＩＤ调节器，既增加了成本，又降低了　为了确保循环泵运行与停止时Ｂ点压力相同，最初　调试时可以通过调节阀门ｌ和阀门２的开度来完　成。实际操作时，应使Ｂ点压力在循环泵运行时比　收稿日期：２０１４—１０一Ｏ８　作者简介：郭荣祥（１９６３一），男，内蒙古和林人，硕士，副教授。　现从事电力拖动控制，过程控制的教学及研究工作。　循环泵停止时略低，这样可以使循环泵停止运行后　补水泵也停止运行。　国网技术学院学报　第１７卷第６期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　６９　循环泵　图１　压力采样点示意图　与补水压力采样点为Ａ点的方式相比较，这　种方式需要在循环泵的出口与入口之间增加测压　管路及阀门．如图１中的阀门１、阀门２及其联通　管路。管路及阀门不必太大，采用４分管及４分阀　即可。压力测量可以采用压力变送器或电阻远传压　力表，为了降低成本，建议采用电阻远传压力表，一　方面价格低廉，另一方面易于采购，维修及更换方　便及时。图２给出了管网压力控制原理图。图中，虚　线内部分为变频器内部电路。水压给定通过变频器　外接电位器完成，水压反馈与给定进行比较，经变　频器内部ＰＩＤ调节器调节后控制其输出电压和频　率，从而控制补水泵的转速，使锅炉水压稳定在设　定的值上　图２管网压力控制原理图　２补水泵主电路　一般锅炉补水泵采用一用一备用的方式。也有　采用多用一备用的方式，但以前者居多，本文介绍　一用一备方式。为了确保在变频器故障时不影响锅　炉的补水．电路的设计应保证补水泵在变频器故障　时仍可工频运行，因此电路的设计既有变频驱动又　有工频驱动，可以通过转换开关进行切换。图３给　出了补水泵的主电路图。　图３中，变频器选用ＡＢＢ电气传动有限公司　生产的专门用于驱动风机水泵的ＡＣＳ５１０系列产　品，当然也可以选用其他公司的产品，特别是近年　来，国产品牌的用于驱动风机泵类的变频器质量已　很过关，价格低廉，厂家众多，可以选用。接触器　ＫＭ０为变频器的进线接触器．ＫＭ１和ＫＭ３是由变　频器驱动两台电动机的切换接触器．二者不可同时　吸合，控制电路中必须有互锁功能。ＫＭ２和ＫＭ４　是工频运行接触器，水泵工频运行时吸合。ＦＲ１和　ＦＲ２为工频运行时对两台电动机进行过载保护的　热继电器。　图３补水泵主电路　图４补水泵控制电路　３补水泵控制电路　与图３相对应的补水泵控制电路如图４所示。　７０　热水采暖锅炉补水泵变频调速控制　Ｖｏ１．１７　Ｎｏ．６　图中ＱＶｌ为控制电路电源开关。转换开关ＳＷ用于　选择补水泵运行于工频状态还是变频状态．通过按　钮起动或停止相应的补水泵。工频与变频之间通过　接触器线圈相互之间串联对方的常闭触点设置了　相应的互锁，用于１号泵和２号泵变频运行的接触　器ＫＭ１和ＫＭ３也设置了互锁．以免变频器同时驱　动两台补水泵。　４变频器控制端接线及参数设置　变频器控制端接线如图５所示。图中。电位器　ＤＷ１为给定电位器，用于设定给定补水压力。ＡＩ１　为变频器给定输入端。为了降低成本以及便于备品　备件的采购，采用电阻远传压力表进行压力反馈，　变频器的ＡＩ２端为反馈输入端。图５中的电位器　ＤＷ２即为远传压力表内部电位器．由于其阻值较　小，在外部串联一阻值为１Ｋ的电阻Ｒ，以ＡＩ２　端的输入电流，避免损坏变频器内部输入电路。由　于ＡＩ１及ＡＩ２的输入信号均为电压信号，需要把变　频器内部的模拟输入跳线开关Ｊ１搬到电压位置。　图４中的接线与下面介绍的ＰＩＤ应用宏有关。数字　输入端ＤＩ１为变频器的运行输入端，接通时变频器　起动，数字输入端ＤＩ２接通选择ＰＩＤ控制，数字输　入端ＤＩ５接通允许运行，断开变频器将停车，数字　输入端ＤＩ６得电起动。由变频器供电接触器ＫＭＯ　的常开辅助触点控制，一旦接触器ＫＭ０吸合。变频　器得电，辅助触点接通运行信号，变频器就开始运　行　ＳＣ　厂（　（　Ａｌ矗ＧＮ　１　１　０、，　Ｒ　ＡＩ２　ＡＧＮＤ　室　籁　—■／——一　２４Ｖ　器　ＫＭ０　Ｆ－　Ｇ　Ｄ　Ｏｅ０　ｌ　２　０　Ｓ　６　图５变频器控制端接线图　ＡＢＢ变频器的参数设置采用应用宏的方式。　宏是一组预先定义的参数集，应用宏将现场实际使　用过程中所需设定的参数数量减至最少。选择一个　宏能够将所有的参数设置为该宏的默认值，这些宏　包括ＡＢＢ标准宏、３一线宏、交变宏、电动电位器宏、　手动／自动宏、ＰＩＤ控制宏、ＰＦＣ控制宏（泵和风机控　制）和ＳＰＦＣ宏（泵和风机的循环软起控制），由参　数组９９设定。对于本系统而言，采用ＰＩＤ控制宏，　该应用宏用于多种闭环控制系统，包括压力控制、　流量控制等，把参数组９９中的９９０２设定为６即可　选择　对于参数组９９中的其他参数，设置如下：　９９０１：１，选择中文语言；　９９０５：３８０Ｖ，电动机的额定电压为３８０Ｖ：　９９０６：电动机的额定电流，按电动机铭牌设定；　９９０７：５０Ｈｚ。电动机的额定频率：　９９０８：电动机的额定转速，按电动机铭牌设定：　９９０９：电动机的额定功率，按电动机铭牌设定。　其他有关参数组的参数设置如下：　１００１：１，ＤＩ１控制起／停，ＤＩ１得电起动，ＤＩ１断　电停止：　１１０３：１，给定来自ＡＩ１；　１２０１：０，恒速功能无效；　１６０１：５，允许运行信号，ＤＩ５得电变频器才允　许运行：　１６０８：６，起动允许信号，ＤＩ６得电变频器才允　许起动：　２００３：设置变频器提供给电机的最大电流：　２００７：设置变频器输出频率的最小值：　２００８：设置变频器输出频率的最大值；　２２０２：设定加速时间；　２２０３：设定减速时间：　４００１：ＰＩＤ调节器的比例增益：　４００２：ＰＩＤ调节器的积分时间常数：　４００３：ＰＩＤ调节器的微分时间常数：　４０１０：１，给定值选择，模拟输入ＡＩ１作为给定；　４０１４：１，反馈值选择，选择实际值ｌ（ＡＣＴ１）为　反馈信号：　４０１６：２，定义实际值１（ＡＣＴ１）的信号源，取　ＡＩ２为ＡＣＴ１：　其他参数采用变频器出厂默认值。　国网技术学院学报　第ｌ７卷第６期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　７１　较低的比例增益和较长的积分时间会使系统　好。多年的运行证明，采暖系统不仅不缺水、不进　更稳定，但是反应迟缓。而过大的比例增益或过短　气，管道渗漏明显减少，节电的同时，既减少了维护　的积分时间有可能使系统变得不稳定。ＰＩＤ参数设　工作量，又降低了水和热量的浪费，深得用户好评。　置步骤可按照如下步骤进行：首先把４００１（比例增　益）设为０．１，４００２（积分时间）设为２０秒，起动电动　参考文献　机并观察系统是否在保持稳定的同时快速达到设　［１］郭荣祥，弓小龙．采暖锅炉定压控制装置的变频调速改　定点。如果不是，增加４００１（比例增益）的值直到系　造［Ｊ］．自动化与仪表，１９９９，（５）．　统开始振荡，可以通过起停电机的方式观察到这种　［２］樊启春，方士宾．浅析变频调速技术在锅炉补水泵上的　振荡。然后减小４００１（比例增益）的值直到消除振　应用［Ｊ］．水泵技术，２０００，（４）．　荡，最后设置４００１的值为上述值的０．４至０．６倍。　［３］贾琨，张建等．变频调速在采暖热水锅炉控制中的应用　其次，减小４００２（积分时间）的值直到电机转速开　［Ｊ］．自动化与仪表，２００２，（２）．　始振荡，然后增加４００２（积分时间）的值直到消除　［４］刘洪臣．微机自动控制变频补水系统［Ｊ］．电气时代，　２００３，（１１）．　振荡。最终设置４００２的值为上述值的１．１５至１．５　［５］金光龙，李英俊，金英硕．采暖锅炉定压控制装置的改造　倍。微分时间常数可以设置一个很小的值或不设。　［Ｊ］．自动化与仪表，２００２，（３）．　［６］ＡＢＢ．低压交流传动ＡＣＳ５１０变频器用户手册［Ｚ］．　５　结论　３ＡＢＤ０００１６１７０版本Ａ．　采用上述控制方法的锅炉补水泵补水效果很　Ｇｕｏ　Ｒｏｎｇｘｉａｎｇ　，Ｃｈｅｎ　Ｍｕｚｅ２，Ｙａｎｇ　Ｗｅｎｇｅ３　１．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂａｏｔｏｕ，０　１　４０００，Ｃｈｉｎａ　２．Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｓｔｒｉｐ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ　Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ，０１４０１０，Ｃｈｉｎａ　３．Ｎｏａｈ　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｈｅ　Ｈｏｔｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｌｉｎｈｅ，Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ，０　１　５０００，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍａｋｅ－ｕｐ　ｐｕｍｐ　ｏｆ　ｈｏｔ－　ｗａｔｅｒ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｂｏｉｌｅｒ，ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ，ａｎｄ　ａｄｏｐｔｓ　ＰＩＤ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｍａｋｅ－ｕｐ　ｐｕｍｐ，ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｎｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｔｔｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ａｎｄ　ｈａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｒｅｄ　ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｓｏｍｅｔｈｉｎｇ　ｔｏ　ｌｅａｒｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｉｎｇ　ｂｏｉｌｅｒ，ｍａｋｅ—ｕｐ　ｐｕｍｐ，ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ，ＰＩＤ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ