郭榮祥, 劉　偉, 郝東波, 王建華

(1. 內蒙古科技大學 信息工程學院, 內蒙古 包頭　014010;

2. 北方聯(lián)合電力有限責任公司 臨河熱電廠, 內蒙古 巴彥淖爾　015000;

3. 包頭紅日電氣控制有限公司, 內蒙古 包頭　014030)

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換熱機組補水壓力自動控制

郭榮祥1, 劉偉1, 郝東波2, 王建華3

(1. 內蒙古科技大學 信息工程學院, 內蒙古 包頭014010;

2. 北方聯(lián)合電力有限責任公司 臨河熱電廠, 內蒙古 巴彥淖爾015000;

3. 包頭紅日電氣控制有限公司, 內蒙古 包頭014030)

摘要:提出了采用電接點壓力表進行管網(wǎng)水壓測量和控制的方法,并以兩臺補水泵控制為例給出了電氣主電路及控制電路原理圖.選用ABB ACS510系列變頻器說明其控制方法,設置了變頻器的相關參數(shù).實際運行表明,該控制方法壓力設定簡單,可靠性更高,維修便利且成本低廉,使用價值更高.

關鍵詞:換熱機組; 補水壓力; 變頻器; 電接點壓力表

隨著集中供暖的普及,城市供暖系統(tǒng)中換熱機組用量越來越大,機組設備的運行可靠性要求也越來越高.質量高、性能可靠、穩(wěn)定性好、價格低廉、故障率低、維護費用低的設備最受用戶歡迎.完成同樣的功能,控制越簡單越好.對于用戶而言,為了提高可靠性、減小維護成本、及時排除故障,即使設備性能稍有下降,也深受喜愛.目前換熱機組補水泵普遍采用變頻調速控制,其工作原理及節(jié)能分析許多文獻都有介紹[1-4],壓力控制多采用PID調節(jié)功能進行閉環(huán)控制.PID功能可以通過外部控制器[5]或PLC控制[6]實現(xiàn),也可利用變頻器的內部功能通過設置相關參數(shù)完成[7],一些換熱機組控制系統(tǒng)則采用智能控制.這些控制方法的壓力反饋多采用壓力變送器進行測量.為了降低成本,也可采用電阻遠傳壓力表.但這些控制方法的共同點是壓力采樣點都在機組循環(huán)泵入口處.其缺點是補水壓力并不能準確反映系統(tǒng)壓力,特別是當循環(huán)泵采用變頻調速控制時,隨著循環(huán)泵轉速的變化,循環(huán)泵入口壓力發(fā)生變化,其特點是:循環(huán)泵旋轉快,入口壓力降低;循環(huán)泵旋轉慢,入口壓力升高.當循環(huán)泵以恒定轉速運行時,這種方法尚可,但當循環(huán)泵調速運行時,會出現(xiàn)系統(tǒng)缺水或補水壓過高的情況,效果并不理想.針對這種情況,本文介紹了如何選擇合適的壓力控制點以及一種簡單可靠的補水泵變頻調速控制方法.

1 壓力控制點的確定及控制原理

為保證供暖質量,應確保供暖系統(tǒng)管網(wǎng)內充滿水,不進入空氣,同時管網(wǎng)水壓適當,從而保證熱水管道和暖氣片不滲漏,避免供暖設施和管路的損壞,延長供暖設施的使用壽命.故需要確定合適的壓力控制點.合理的壓力控制點應該保證在循環(huán)泵轉速發(fā)生變化時供熱管網(wǎng)內不進氣,始終充滿水.這就要求所選定的壓力控制點的壓力不隨循環(huán)泵轉速的變化而變化,或者變化很小.

圖1所示為換熱機組供暖系統(tǒng)圖.熱源管網(wǎng)把熱蒸汽或熱水送至換熱器的一次側,把換熱器加熱,換熱器二次側的回水被加熱后送至用戶管網(wǎng),實現(xiàn)熱量的交換.循環(huán)泵通過輸送熱水而完成熱量的輸送,當采用變頻器驅動時,隨著氣溫的變化,循環(huán)泵轉速隨之而變,其入口和出口壓也發(fā)生變化.為此,在循環(huán)泵的入口與出口之間通過一根細管聯(lián)通,該管路水壓的變化與用戶管網(wǎng)水壓的變化相同,因此在該管路上一定可以找到一點,隨著循環(huán)泵轉速的變化,該點壓力不發(fā)生變化,這一點就是壓力控制點.設圖1中A點就是壓力控制點,當循環(huán)泵調速運行時,靠改變1號閥和2號閥的開度來觀察A點壓力的變化,只有在循環(huán)泵變速運行時A點壓力不變時,停止1號閥和2號閥的調節(jié),此時A點即可作為壓力采樣控制點.

圖1　機組供暖系統(tǒng)圖

2補水泵控制

目前廣泛應用的補水泵控制方法為采用電阻遠傳壓力表作為壓力傳感器的壓力反饋閉環(huán)控制.為提高運行可靠性,便于現(xiàn)場維護,本文介紹采樣電接點壓力表進行測量和控制的補水泵變頻調速控制方法,控制原理圖如圖2所示.電接點壓力表既可進行測量,又可通過上下限指針完成控制.變頻器則采用內部輸入端和加速、減速功能進行頻率控制.電接點壓力表上下限指針的間隔不應太大,在無二次加壓的情況下,壓力下限指針所指壓力應比最高建筑物高度略高.通過設置變頻器相關參數(shù),應能完成如下功能:當壓力表指針為下限指針位置或低于下限指針位置時,變頻器輸出頻率上升,補水泵加速運行,增大補水量,當壓力表指針為上限指針位置時,變頻器輸出頻率下降,補水泵減速運行,減少補水量,當壓力表指針介于上下限指針之間時,變頻器輸出頻率保持不變,水泵按照之前的速度恒速運行,從而確保供熱管網(wǎng)壓力在合理的范圍之內.

圖2　補水泵控制原理圖

3機組補水泵電氣電路

機組采用兩臺補水泵進行補水,工作方式為一用一備.為了使變頻器故障時補水泵仍能運行補水,電路設計應包括變頻運行控制電路和工頻運行控制電路兩部分,即在變頻器故障時可切換到工頻運行.圖3示出了其主電路圖.圖中TA為變頻器,QA0為斷路器,QA1、QA2為工頻運行接觸器主觸點,QA3、QA4、QA5為變頻器輸入輸出接觸器主觸點,BB1、BB2為熱繼電器,MA1、MA2為兩臺補水泵電動機.

圖3　機組補水泵電氣主電路

圖3中, 變頻器選用ABB專門用于驅動風機泵類負載的ACS510系列產(chǎn)品. 接觸器QA3為變頻器電源進線接觸器, QA4、QA5用于切換變頻器所驅動兩臺補水泵電動機的接觸器, 二者不可同時接通, 控制電路中必須設置互鎖, 以確保變頻器同一時間只驅動一臺水泵電機. QA1、QA2吸合時補水泵電機工頻運行. MA1、MA2分別對兩臺工頻運行的電動機進行過載和缺相保護.

與圖3所示補水泵主電路相對應的控制電路如圖4所示.圖中的QA為控制電路電源開關,轉換開關SW用于切換補水泵的工頻和變頻運行方式,每臺補水泵通過各自的起動和停止按鈕控制起停.工頻運行與變頻運行控制電路之間通過互串常閉觸點設置了互鎖,兩臺補水泵變頻運行控制電路之間也設置了互鎖.

圖4　機組補水泵電氣控制電路

4變頻器控制端接線及相關參數(shù)設置

變頻器控制端接線圖如圖5所示[8].圖中數(shù)字輸入端DI1、DI3和DI4的信號決定著運行狀態(tài).DI1由變頻器電源接觸器QA3的動合輔助觸點控制,當接觸器QA3吸合時,變頻器得電,輔助觸點接通,DI1端有輸入信號,變頻器開始運行.當QA3斷開時,DI1輸入信號斷開,停止變頻器的運行.H和L為供熱管網(wǎng)上電接點壓力表的上下限觸點,觸點位置可在壓力表上調節(jié)設定.輸入端DI3和DI4的通斷決定變頻器頻率的變化.當DI3輸入端接通、DI4輸入端斷開時變頻器頻率增加,而DI3輸入端斷開、DI4輸入端接通時變頻器頻率減小,DI3和DI4同時接通或同時斷開,變頻器保持原來頻率運行.

變頻器的參數(shù)設置如表1,其他參數(shù)設置采用變頻器出廠默認值.

圖5　變頻器控制端接線圖

代碼描述參數(shù)值9901語言采用中文19902ABB標準宏19905電機額定電壓380V9906電機額定電流按電機名牌9907電機額定頻率50Hz9908電機額定轉速按電機名牌9909電機額定功率按電機名牌1001外部1命令設定起停設定轉向1:DI1得電起動、斷電停止1003轉向設定1:正轉1102外部1/外部2選擇0:選擇外部11103給定1選擇5:DI3得電升速、DI4得電減速1201恒速選擇0:恒速功能無效1601運行允許1:DI1得電變頻器才允許運行2202加速時間根據(jù)實際確定2203減速時間根據(jù)實際確定2204加減速曲線0.0:線性

綜上所述,采用這種控制方法的變頻器接線簡單,參數(shù)設置少,現(xiàn)場調試容易.當采用磁助式電接點壓力表時,觸點振蕩減少了,觸點壽命更長,運行更可靠.

5結論

實際運行表明,換熱機組補水泵采用文中所述方法進行控制時補水效果很好,采暖系統(tǒng)不進氣、不缺水、滲漏少,壓力調節(jié)方便,特別適合于一線工人維護.與采用PID調節(jié)功能的壓力反饋控制系統(tǒng)相比,成本低,故障率低,維護簡單,故障排除迅速.

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【責任編輯: 肖景魁】

Automatic Control for Supplementing Water Pressure of Heat Exchanger Unit

GuoRongxiang1,LiuWei1,HaoDongbo2,WangJianghua3

(1. School of Information Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010,China; 2. Linhe Thermal Power Plant, North United Power Co., Ltd., Bayannur 015000, China; 3. Baotou Red-Sun Electric Control Co., Ltd., Baotou 014030, China)

Abstract:The method of using electric contact pressure gauge to measure and control pipe network pressure is proposed. The main circuit and schematic control circuit diagram are put forward, taking two make-up water pump control as an example. The control method of ABB ACS510 series frequency converters is described, the relevant parameters of the frequency converters are set. The actual operation shows that the control method is simple to set pressure, higher reliability, repair convenience and low cost, and has more use value.

Key words:heat exchanger unit; supplementing water pressure; frequency converters; electric contract pressure gauge

中圖分類號:TP 273

文獻標志碼:A

文章編號:2095-5456(2016)01-0074-04

作者簡介:郭榮祥(1963-),男,內蒙古和林格爾人,內蒙古科技大學教授.

收稿日期:2015-06-19