电热锅炉循环泵自动控制系统的设计方法

2018-05-05毕海员

科技与创新 2018年9期

毕海员

（国家新闻出版广电总局呼和浩特地球站，内蒙古呼和浩特 010070）

随着人们对城市环境改善要求的提高，影响空气质量的燃煤锅炉逐渐遭到淘汰，电热锅炉和燃气锅炉的用量逐年增加，特别是小型电热锅炉或燃气锅炉，非常适合北方小型热用户的冬季采暖。锅炉内的水经采暖锅炉加热并通过相配套的热水循环泵输送到建筑物内的暖气片中散热，降温后的水又返回到锅炉进行加热，水是热量的载体。当气温变化时，建筑物内所需要的热量随之而变。为了将建筑物内温度保持在合适的范围，当气温升高时，建筑物内需要的热量减少，气温降低时，则需要的热量增加，这种变化随着白昼的变化和天气的变化而变化，控制循环泵的速度即可控制输送到建筑物内的热量，从而适应这种变化。因此，通过变频装置控制管道循环泵电动机的通断，并随着室外气温的变化自动调节循环水泵的转动速度，即可保持室内温度在要求的温度范围内，从而节约了电能。

1 循环泵控制策略

循环泵起着输送热量的作用，尽管目前许多循环泵已采用变频调速控制，但变频装置的输出频率却要靠人来手动调节，能进行自动调节的极少。循环泵工作原理如图1所示。图中，高位水箱用于给热网补水，电锅炉产生热量，把降温后的水加热，箭头方向为热水流动方向。

循环泵在输送热量的过程中，若保持转速恒定，则降温后的低温水在锅炉内受热时间不变，升温后的高温水在热用户端放热时间不变。随着气温的变化，电锅炉出水和回水的温度差发生变化，出现室温偏高或偏低的情况，供暖质量和系统运行效率低下。为了提高锅炉运行效率、节约电能，对循环泵的转速进行控制，使电锅炉的出水和回水温差保持恒定，通过控制电锅炉的加热状态改变其出水温度，使热用户建筑物内的温度控制在要求的范围之内。随着气温的升高，室内用热量减少，循环泵输送的热量相应减少，其转速下降；反之，循环泵转速上升。

2 循环泵电气主电路

电锅炉的循环水泵一般都用一备一，分为主用泵和备用泵，为了保证变频器在发生故障时循环泵仍可以正常工作，把设计的电路分为变频下运行和工频下运行两部分，通过有效地控制电路进行控制。

图2是两台循环水泵电机的主线路图。

图1 循环泵工作原理图

QF为三相电源进线开关，变频器TA的工频电源接触器KF5吸合时变频器得电。变频器输出端接触器KF1、KF3与两台电动机相连接，两个接触器不能同时吸合，同一时间只能有一个吸合送电，所以控制电路中要设置互锁电路。KF2、KF4是两台循环泵的电动机在工频下运行的接触器，在工频状态下吸合。BB1、BB2为两台循环水泵在工频下运行时进行过载或缺相保护的热继电器。

3 循环水泵电气控制电路

图3所示的控制电路与图2主电路相对应。图中的QF1是控制电路的电源开关，SF5是切换开关，当SF5打到1位时，循环水泵由变频器送电，通过操作按钮SF1和SF2控制循环水泵电动机MA1进行起停，操作按钮SF3和SF4控制电动机MA2的起停。当SF5打到2位时，通过操作按钮使循环水泵接入工频交流电，操作相应按钮启动对应的电动机。为了避免电动机同时接入工频交流电和变频交流电，控制电路中设置了互锁，图中KF1和KF2、KF3和KF4就是这个作用。由于变频器只能给一台循环水泵的电动机供电，两台电动机之间也设置了互锁，如图中所示的KF1和KF3常闭触点。

图2 循环水泵电机电气主电路

图3 循环水泵电气控制电路

4 变频器控制端接线及参数设置

由于变频器品牌不同，控制端接线和参数设置有所不同，本文以ABB风机水泵类变频器ACS510系列产品为例进行介绍。变频器控制端接线图如图4所示。给变频器供电的KF5接触器的常开辅助触点控制着数字输入端DI1的通断，决定着变频器的运行状态，若KF5接触器吸合，变频器便得电，变频器开始正常运行。当KF5断开时，DI1端没有了输入信号，变频器便停止运行。变频器两路模拟量输入端分别是AI1和AI2，分别对应着电锅炉的出水温度和回水温度。锅炉的出回水温度采用热电阻进行测量，通过智能数字显示仪表进行显示并转化为两路0～20 mA模拟量信号输入到变频器。利用变频器内部的差运算功能完成出回水温差运算，差值作为PID调节器的反馈，通过内部PID调节器功能实现闭环控制，出回水温差给定值经由变频器内部参数设定。

图4 变频器控制端接线图

变频器主要参数设置如下：

9902：6，PID应用宏；9905：380 V，电机额定电压；9906：电机额定电流1；9907：50 Hz，电机额定频率；9909：电机额定功率；1001：1，DI1端——两线控制启停，DI1得电启动，DI1断电停止；1003：1，电机转向为正转；1201：0，恒速功能无效；1301：0，AI1低限；1302：100%，AI1高限；1304：0，AI2低限；1305：100%，AI2高限；2007：30 Hz，频率下限；2008：50 Hz，频率上限；2202：15 s，加速时间；2203：15 s，加速时间；4001：PID调节器比例增益；4002：PID调节器积分时间常数；4003：PID调节器微分时间常数；4010：19，PID调节器的给定值为内部给定；4011：为PID调节器设置一个内部给定；4014：2，选择AI1-AI2为反馈信号。其他参数设置采用变频器出厂默认值。