蒸汽锅炉电气控制系统设计毕业设计说明书.doc

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1、本科生毕业设计说明书题 目：蒸汽锅炉电气控制系统设计学生姓名：王学 号：0专 业：自动化班 级：自动化指导教师：师蒸汽锅炉电气控制系统设计摘 要蒸汽锅炉是石油、电力、化工等行业中重要的动力设备。当今社会资源紧张，环境破坏日益严重，因此锅炉作为将一次能源转化为二次能源的设备，在集中供热过程中起着极其重要的作用，应不断提高对其的控制与管理水平，进而提高能源的利用率，减少对环境的破坏。锅炉系统复杂而庞大，对其各个部分进行合理控制在实际应用中具有极其重要的意义，而汽包液位控制和锅炉燃烧控制在锅炉的整体控制中显得尤为重要。本文对锅炉汽包液位进行数字监控和光柱式显示，要保证锅炉安全运行，其中很主要的一个因

2、素是要保证汽包水位在一个合适的范围内。过高的水位会使锅炉锅炉中产生的蒸汽带水增多，使汽包出口的蒸汽带水量增加；而水位过低可能导致锅炉缺水，使得循环管局部过热而爆裂。进而采用变频器变频调速控制和工频控制相互结合的电气控制方式实现了锅炉液位的自动控制。关键词：蒸汽锅炉，汽包液位，变频器，电气控制Electric Steam Boiler Control System DesignAbstract Steam boiler is oil, important power equipment in electric power, chemical industry, etc. In todays so

3、ciety resources nervous, serious environmental damage, so the boiler as an energy can be converted to secondary energy equipment, in the central heating plays a vital role in the process, should constantly improve the control and management level, and improve energy utilization rate, reduce the dama

4、ge to the environment.Complex and large boiler system, the parts were reasonable control is of great significance in the practical application, and the drum level control in boiler and boiler combustion control is particularly important in the control of the whole. Numbers in this paper, the boiler

5、steam drum level monitoring and the lamp type, to ensure the safe operation of the boiler, and one is the main factors is to ensure that the steam drum water level in a suitable range. High water level of boiler in the boiler causes increase in the number of steam with water, increase the export of

6、steam drum with water; And low water level may result in the boiler water shortage, make circulating pipe local overheat and burst. And then USES the way of the electrical control system of inverter, industrial computer in combination with each other the boiler liquid level automatic control is real

7、ized.Key words: Steam boiler, steam drum level, frequency converter, electric control目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 锅炉的应用及研究背景11.2 变频器的应用11.2.1 变频调速的优点11.2.2 变频调速在电机控制方面的优势21.2.3变频器以提高工艺水平和产品质量为目的的应用2第二章 蒸汽锅炉生产工艺及控制任务32.1 蒸汽锅炉的组成和工作过程32.1.1 蒸汽锅炉的构造32.1.2 蒸汽锅炉的工作过程分析42.2 锅炉控制的任务和特点62.2.1 锅炉控制的任务62.2.2

8、给水自动控制72.2.3 锅炉燃烧过程控制8第三章 锅炉燃烧控制系统设计113.1 锅炉燃烧控制系统的组成113.1.1 汽包水位控制系统113.1.2 炉膛压力、温度控制系统113.2 锅炉控制系统方案的确定123.2.1 汽包水位控制系统方案的确定123.2.2 炉膛压力、温度控制系统方案的确定14第四章 系统硬件设计174.1 变频器简介174.1.1 变频器的分类174.1.2 变频器的主要功能194.1.3 变频器的基本构成214.1.4 变频器的工作原理图234.1.5 变频器参数设置264.2 变频器的选择284.2.1 变频器接线方式284.2.2 三相变频器主回路端子说明32

9、4.2.3 变频器操作与显示324.2.4 操作面板的操作方法354.2.5 变频器参数设定384.3 接触器的选择434.3.1 交流接触器的作用434.3.2 交流接触器的选用434.4 电流互感器的选择444.5 传感器的选择444.5.1 温度传感器的选择454.5.2 流量传感器、压力传感器474.5.3 液位传感器474.6 变送器的选择484.6.1 温度变送器484.6.2 差压变送器494.6.3 压力变送器494.7 智能显示仪表的选择504.8 变频柜的选择514.7.1变频柜的功能514.7.2变频柜的选择524.9 操作台的设计524.9.1 操作台的技术结构和技术要

10、求524.9.2 操作台的平面显示与控制534.10 导线的选择544.11 电压表和电流表选择55参考文献58致 谢59附录60第一章 引 言1.1 锅炉的应用及研究背景蒸汽锅炉作为重要的动力设备是工业生产中不可或缺的。我国蒸汽锅炉应用广泛，每年消耗掉的煤超过亿吨，节省资源消耗的有效途径是提高蒸汽锅炉的生产效率，并有助于改善环境。但是，我国大部分正在运行的锅炉还处在很落后的控制系统阶段，具有偏低的工作效率，许多锅炉厂或者工业生产中用的都是水平相差很多的司炉工，他们都是根据自己的经验和常识在控制锅炉，这就使得锅炉生产效率低，耗煤严重，环境污染严重。锅炉控制系统具有变量多、大惯性、大滞后性、非线

11、性等特点，因此是一个庞大而复杂的系统。锅炉在生产过程中大多是长时间运行的，没有影响安全的因素发生时，一般不使锅炉停机，也就是说锅炉的生产效率高低很大原因取决于锅炉控制系统的好坏，将变频器应用于锅炉生产的各个环节，使其对锅炉各个生产过程实施自动控制，能够确实有效的提高锅炉的控制效率，使锅炉能够安全、经济运行。1.2 变频器的应用变频器是电机控制技术经过10年发展推向市场的一种成熟产品,其结构大多为交一直一交型的。变频器具有良好的驱动性能、先进的自动控制功能及节能节电等显著优点,在风机、水泵等控制系统中广泛应用。1.2.1 变频调速的优点 由于采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率

12、可达到20%60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。而传统的挡板和法门进行流量调节时，耗用功率变化不大。由于这类负载很多，约占交流电动机总容量的20%30%，它们的节能就具有非常重要的意义。对于一些在低速运行的恒转矩负载，如传送带等，变频调速也可节能。除此之外，原有调速方式耗能较大者（如绕线转子电动机等），原有调速方式比较庞杂，效率较低者（如龙门刨床等），采用了变频调速后，节能效果也很明显。1.2.2 变频调速在电机控制方面的优势变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，

13、即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。变频调速系统起动大都是从低速开始，频率较低。加、减速时间可以任意设定，故加、减速时间比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可回馈给供电电网，但回馈给电网需增加专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，则无需另加制动控制电路。1.2.3变频器以提高工艺水平和产品质量为目的的应用变频调速除了在风机、泵类负载上的应用以外，还可以广泛应用于传送、卷绕、起重、挤压、机床等各种机械设备控制

14、领域。它可以提高奇特的产成品率，延长设备的正常工作周期和使用寿命，使操作和控制系统得以简化，有的甚至可以改变原有的工艺规范，从而提高了整个设备控制水平。第二章 蒸汽锅炉生产工艺及控制任务。2.1 蒸汽锅炉的组成和工作过程2.1.1 蒸汽锅炉的构造锅炉有许多种类型，可以分为热水锅炉和蒸汽锅炉两种。对于蒸汽锅炉，根据燃料的不同，又可分为燃煤锅炉和燃气锅炉。虽然它们燃烧时用的燃料不同，但是它们的工作原理是一样的，蒸汽产生的过程是相同的。本文主要是针对燃煤蒸汽锅炉进行研究设计的。图2.1蒸汽锅炉工艺流程简图蒸汽锅炉工艺流程如上图所示，其中主要包括以下几个重要组成部分： （1）汽包：汽包的组成包括三部分

15、，它们是上锅筒，下锅筒和连接两者的对流管束。补水泵将水打入汽包内，水被炉膛的火焰加热，迅速达到沸点，变为水蒸气，将水蒸汽从蒸汽管道中输出，供负载用户使用。此间，汽包的水位不能过高也不能太低，应保持在一定高度范围内，以保证锅炉的正常运行。（2）炉膛：燃料被送入炉膛后进行燃烧释放出的热能传给需要加热的水，煤通过上煤机的煤斗进入炉膛，并落在链条炉排上，在炉膛内燃烧。这时候鼓风机将燃烧时需要的空气送入炉膛内，提供燃烧时需要的氧气。燃烧过程结束后，炉排将残渣通过除灰口送入除灰机的灰斗中。燃烧时产生的烟气通过引风机由烟囱排出。（3）省煤器：炉膛中产生的烟气还带有一定的热量，如果直接将其排放掉有些可惜，因此

16、利用省煤器使烟气中的余热将汽包补水进行预热，这样就提高了补水的温度，而且减少了烟气带出的热量，提高了能量利用率，因此被称作省煤器。它是由U形管组成，以增加补水管受热面积，更好地实现能量交换。（4）引风机：炉膛中的烟气需要排出，这就需要引风机来帮助实现。（电机功率75KW）（5）鼓风机：鼓风机将空气送入炉膛内，保证燃烧时需要的氧气。(电机功率37KW)（6）补水泵：给水管道和补水泵构成锅炉补水环节，补水泵需要克服省煤器和给水管道中炉膛压力和流动阻力将水打入锅炉汽包中，为了防止因一台补水泵不工作而无法使锅炉正常运行的状况出现，需在锅炉房内利用变频控制和工频控制两种方式并配备两台补水泵（电机功率22

17、KW），进行一用一备。这样才能保证安全、有效的运行。（7）上煤机：将煤按生产需要送入炉膛内的设备（电机功率4KW）。（8）炉排：使煤在炉膛内有效燃烧的设备（电机功率3KW）。（9）出渣机：将燃烧后的残渣排出炉膛的设备（电机功率3KW）.2.1.2 蒸汽锅炉的工作过程分析蒸汽锅炉主要是由汽包和炉膛组成，燃料在炉膛内燃烧放出大量的热，使炉膛内的空气变为高温烟气，高温烟气通过受热面作用于汽包内的水。这种温度较低的水被高温烟气加热后温度升高到沸点后沸腾，产生汽化水蒸气。在锅炉的运行过程中，炉膛中进行燃料燃烧的过程、汽包中的水通过高温烟气传热而导致汽化的过程是同时进行的。现在就简单介绍一下这几个过程：（

18、1）蒸汽锅炉的燃烧过程煤从上煤机的煤斗中落入炉排，通过转动的炉排送入炉膛燃烧。在送入的过程中，利用炉排调整煤的厚度，煤在炉膛中燃烧主要分三个阶段：A预热阶段：温度较低的煤通过上煤机进入炉膛后，被高温烟气加热，温度上升到临界温度，达到可以燃烧的状态。B燃烧阶段：煤被加热到足够的温度燃烧起来以后，转动的炉排将煤继续向炉膛深处传送，这时要有足够的氧气供给煤燃烧使用，这就需要鼓风机不断地向炉膛内送入空气。C燃尽阶段：煤在炉膛内充分燃烧至煤渣状态，经炉排和出渣机送出炉膛。如果煤没有完全燃烧，还有明火存在，说明应该提高鼓风机的送风量。（2）蒸汽锅炉的传热过程煤在炉膛内燃烧放出热量，炉膛中的温度逐步升高。炉

19、膛中的沸水管吸收高温烟气的热量，完成热交换。引风机把传出热量的烟气排出炉膛，烟气不断地将热量传给汽包，残留的部分热量经过省煤器吸收后，被烟囱排入大气。（3）蒸汽锅炉的汽化过程锅炉汽包中的水被加热沸腾汽化生成蒸汽的过程就是锅炉的汽化过程，此过程又分为汽水分离过程和水的循环过程。在炉膛温度较低的区域，连接上下锅筒的对流管束中水温较低，汽水化合物中水的比重较大，向下锅筒移动；而在温度较高的区域，对流管束中的水吸收热量多，汽水化合物中汽的比重较大，向上锅筒移动，这就完成了汽包内水的循环过程。汽包内还装有汽水分离装置，如若不加此装置，产生的蒸汽会带有一定的水，会影响生产需求。蒸汽和水被汽水分离装置分开以

20、后，蒸汽由管道输出，水会留在汽包内继续被加热。2.2 锅炉控制的任务和特点2.2.1 锅炉控制的任务蒸汽锅炉的功能是生产具有一定压力、温度参数的蒸汽，满足外部对负荷的需求。为满足此要求，并保证锅炉本体的安全经济运行，要求锅炉的控制系统具有完善的自动检测、自动程序控制、自动保护等功能。而锅炉是一多变量、多回路、多祸合的复杂系统，扰动源比较多，要保证提供合格的蒸汽以满足负荷的要求，其工作过程中的各主要工艺参数必须严格控制，为此，锅炉的主要控制任务为:（1）保持锅筒水位在规定的范围内（2）保持炉膛负压在规定的范围（3）稳定蒸汽温度、压力和蒸发量（4）保持燃烧的经济性和锅炉的安全运行完成上述的任务需要

21、监控五个主要的被调节量和四个调节量，具体如下图所示:图2.2锅炉主要参量2.2.2 给水自动控制2.2.2.1给水控制的必要性蒸汽锅炉给水的基本任务是在各种负荷条件下，控制给水量，使进入锅炉的水量与送出的蒸汽在数量上保持平衡。对于锅筒锅炉，这种平衡的标志是锅筒水位维持在工艺要求的范围内。对于蒸汽锅炉，水位的高低对锅炉的安全运行和生产工艺要求影响很大。水位过高，蒸汽带水量过多，降低蒸汽品质，会在蒸汽管道内发生水冲击，甚至会发生满水事故；水位过低，则会破坏水循环，以至烧坏某些受热面，严重时会造成爆炸事故，所以维持锅炉汽包水位的稳定是十分必要的。2.2.2.2给水控制的难点锅炉运行时，要保持锅筒水位

22、在规定的范围内，须不断地往锅筒内补水。汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。在该汽包水位的控制系统中，被控变量是汽包水位，操纵变量是给水量。它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。水位过高、过低，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。首先，水位过高，会影响汽包内的汽水分离，饱和蒸汽 将会带水过多，导致过热器管结垢并损坏，使过热蒸汽的温度下降。以此过热蒸汽带动汽轮机，则将因蒸汽带液损坏气轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量减少，而负荷很大，加快水的汽化速度，若不及时

23、加以控制，将有可能使汽包内水全部汽化；尤其是大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。所以，保持汽包水位在工艺允许的范围内是锅炉正常运行的重要指标！2.2.2.3变频器给水自动调节锅炉水位控制方案一般有单冲量给水自动调节系统、双冲量给水自动调节系统和三冲量给水自动调节系统三种，本文主要利用变频器进行单冲量给水调节，在单冲量给水调节系统中，变频器接受锅筒水位高低信号，根据汽包内水位的高低改变变频器的输出频率，进而改变补水泵电机的功率，达到保持水位在一定范围内。保证锅炉正常运行。2.2.3 锅炉燃烧过程控制2.2.3.1控制任务锅炉的基本组成是“锅”和“炉”两大部分。燃

24、料在“炉”中燃烧放热，高温烟气携带的热量为“锅”的受热面吸收，以产生一定压力和温度的蒸汽。作为锅炉的燃烧设备一“炉”，其任务是针对不同燃料的燃烧特性，为其完全燃烧创造良好的条件，以求燃料将其热量最大限度地释放出来。锅炉的燃烧控制直接关系着是否对环境造成污染、是否节能及能否给企业带来效益。所以，锅炉的燃烧控制自动化多年来倍受重视。锅炉燃烧过程电气控制的主要任务是:（1）保持蒸汽压力稳定锅炉运行中蒸汽负荷随时发生变化，并反映到蒸汽压力波动，这样就必须随时改变燃料量以适应负荷的需要，并保持汽压稳定。（2）保证经济燃烧为了得到最经济的燃烧工况，就要保持燃料量和送风量之间有合适的比例，当燃料量改变时，必

25、须相应地调节送风量，使它与燃煤量相配合。（3）保持炉膛压力一定中小型工业锅炉目前一般采用炉膛负压运行方式，且负压维持在10OPa以内。炉膛负压过小，炉灰和火苗从火孔和炉门等处外溢，会引起炉膛喷火等事故;负压过大，会引起漏风量增大，影响锅炉热效率，不利于经济燃烧，同时使引风机电耗量增大。因此，必须严格保证炉膛负压稳定在某一水平，这对燃烧工况、锅炉房工作条件、炉子的维护和安全运行都是有利的，这也是保证锅炉经济燃烧和安全性的重要指标。虽然燃烧控制系统是一个多参数变量的调节系统，但通常都把它简化成互相联系、密切配合但又相对独立的3个单变量系统来实现，即:以燃料量维持锅炉压力恒定的蒸汽压力控制系统，以送

26、风量维持锅炉经济燃烧的送风调节系统，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统。2.2.3.2蒸汽压力控制蒸汽压力是反映蒸汽供需关系平衡与否的重要指标，也是表征蒸汽的重要参数。汽压偏高，会加速金属材料的蠕变;汽压偏低，说明供需关系不平衡，设备消耗的蒸汽量大于现有的产汽量，难以维持长期稳定的运行。因此，维持压力稳定是安全生产和维持运行的需要。调节炉排的转速。给煤量大，供给的热量多，锅水吸热多，产生的蒸汽压力增大，相反则蒸汽压力减小。当然，给煤量必须与鼓风量配合，一定给煤量对应最佳鼓风量，鼓风量小，燃烧不完全，鼓风量大带走过多热量。而且，根据工艺要求，当负荷增加时，应先增加鼓风量，再增加给煤量:负

27、荷减小时，先减少给煤量，后减少鼓风量。2.2.3.3经济燃烧锅炉的燃烧涉及到很多变量，如空气过剩系数、烟气含氧量、风煤比，要使锅炉实现经济燃烧，必须综合考虑各种相关因素，并进行合理控制。国内外己有不少机构对锅炉控制进行了研究，并有相关的先进控制与优化软件问世，但由于种种原因，在中小型控制系统中的应用还极少。国内的相关控制大多仍基于传统的控制策略，如PD控制、比值控制、串级控制、前馈控制等，在此基础上加进一些优化技术，如PD控制器参数自整定、自适应控制、模糊控制等，最终的目的都是为了实现锅炉燃烧的在线优化，以实现经济燃烧。还有一点需要说明，在现在的锅炉中为使燃料完全燃烧，大都增设了二次风，以加强

28、烟气和空气的扰动、混合和延长烟气流程，减少化学未完全燃烧损失，同时使烟气中的煤粒在炉膛内停留较长时间，使其得到充分燃烧。根据运行经验，合理使用二次风能使锅炉的热效率提高3一%5左右。2.2.3.4炉膛负压控制影响炉膛负压的因素主是鼓风量和引风量，一般炉膛负压主要通过控制引风量的大小来控制。在这里，炉膛负压作为被控对象，引风量作为控制对象，当然这是在鼓风量一定的前提下说的。当鼓风量发生变化的时候，引风量也要跟着变化，通常是把鼓风量作为引风控制的前馈量，在鼓风量增加时立即增加引风量，当鼓风量减少时，经过一段时间再减少引风量。2.2.3.5连锁控制在锅炉控制中，为保证锅炉安全运行，在某一机构发生故障

29、时，要有即时报警和相关保护，并触发与之关联的设备实现自动连锁。锅炉运行要求的连锁动作大体有以下几项:（1）鼓风机 要求当引风电机停止、炉排电机停止、锅筒压力或蒸汽总管压力超出上限时，鼓风电机自动停止。启动时，只有引风机运行起来后才开鼓风机。（2）引风机 要求当锅筒压力或蒸汽总管压力超出上限时，引风电机自动停止。（3）炉排电机 要求当鼓风电机或引风电机发生故障时，炉排电机立即停止运行。在正常启停时，当鼓风和引风开起来后再开炉排电机，停机时先停炉排电机。（4）补水泵要求锅筒水位超出上限时，补水泵自动停止；锅炉水位低于下限时，补水泵变频器增大频率使水泵电机转速增加，补水量加大，使汽包内的水位尽快达到

30、工艺要求的水位。当水位稳定在工艺要求范围内时，变频器以恒定频率运行。第三章 锅炉燃烧控制系统设计3.1 锅炉燃烧控制系统的组成锅炉燃烧控制系统由汽包水位控制系统和炉膛负压、温度控制系统。汽包水位控制系统主要根据汽包内液位的高低来进行控制；在炉膛负压控制系统中，送风量对炉膛压力的影响很小，炉膛压力主要是靠引风机来调节的，所以有时它也被称为引风控制系统。在整个锅炉燃烧控制系统中，蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的产生量与负荷的耗汽量不相适应，因此必须相应的而改变燃料的供应量，以改变锅炉蒸汽的产量。当燃料改变时，必须相应的改变送风量，使燃料量与空气量相适应，保证燃烧过程有较高的经济性。同时，当送风量改变时

31、，也应该相应的改变引风量，从而使得炉膛压力保持在-0.1MPa左右。炉膛温度控制系统主要根据给煤量、送风量和炉排转速来进行控制。3.1.1 汽包水位控制系统汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，这是因为：（1）水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机的动力，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性与经济性。（2）水位过低，说明汽包内的水量较少，而当负荷很大时，水的汽化速度加快，则汽包内的水位变化速度亦随之加快，如不及时调节，就会使汽包内的水全部汽化，导致炉管烧坏，甚至引起爆炸

32、。因此，锅炉汽包水位必须严加控制。随着锅炉容量增大和参数提高，汽包容积相对缩小，而锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高，加快了负荷变化时的速度，因而对给水控制提出了更高的要求。3.1.2 炉膛压力、温度控制系统炉膛压力是反应燃烧工况稳定与否的重要参数。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛压力将迅速发生相应的变化。当锅炉的燃烧系统发生故障时，最先将在炉膛压力的变化上反应出来，而后才是蒸汽参数的一系列变化。因此，监视和控制炉膛压力，对于保证炉内燃烧工况的稳定具有及其重要的意义。炉膛负压过大，将会增加炉膛和烟道的漏风，锅炉在低负荷或燃烧工况不稳的情况下运行时，便有可能由于漏入冷风而造成燃烧恶化，甚至发生锅炉熄灭

33、。反之，若炉膛压力偏正，则炉膛内的高温火焰就有可能外喷，不但影响环境卫生还将造成设备损坏或引起人身事故。运行中引起炉膛负压波动的主要原因是燃烧工况的变化。为了使炉内燃烧连续进行，必须不间断的向炉膛供给燃料燃烧所需的空气，并将燃烧后产生的烟气及时排走。在燃烧产生烟气及其排放的过程中，如果排出炉膛的烟气量等于燃烧产生的烟气量，则进、出炉膛的物质保持平衡，此时炉膛负压就相对保持不变。若上述平衡遭到破坏，则炉膛负压就要发生变化。例如在引风量未变时，增加送风量，就会使炉膛出现正压。运行中即使送、引风量保持不变，由于燃烧工况总有小量的变化，故炉膛压力总是波动的。当燃烧不稳时，炉膛压力将产生剧烈的波动，炉膛

34、风压表相应作大幅度的剧烈晃动。运行经验表明：当炉膛压力发生剧烈波动时，往往是熄火的预兆，这时必须加强监视炉内燃烧工况，分析原因，并及时进行调整和处理。炉膛压力通常是通过改变引风机的出力来调节的。3.2 锅炉控制系统方案的确定3.2.1 汽包水位控制系统方案的确定汽包水位控制系统是由一台变频器控制两台补水泵（一用一备）组成的，在锅炉汽包内放入投入式液位变送器，液位变送器输出的4-20mA电信号被智能光柱式显示仪表接收后，实时显示锅炉汽包内的液位高低，同时该仪表又将液位高度转换成4-20mA电信号输出给变频器，变频器接到输入信号后，与给定值进行比较，如果高于给定值，则表明此时的液位高于锅炉给定液位

35、，变频器将减小输出频率，降低补水泵电机的转速，减小给水量，使汽包内的水位保持规定的范围内；当变频器接收到的电信号值低于给定值时，表明汽包内的液位低于给定液位，变频器将增加输出频率，提高补水泵电机的转速，增加给水量，使汽包内的水位迅速上升至规定的高度并保持在此范围内基本不变。图3.1补水泵控制回路图补水泵电气控制回路如上图所示，补水泵变频柜得电后，此时转换开关SA1应该拨到自动位置，补水泵采用变频控制。变频器输出频率缓慢增加，补水泵电机缓慢起动，当汽包内的液位基本保持在安全高度范围内时，补水泵变频器输出频率就会以事先设定好的频率运行。当汽包内的水位低于给定值时，变频器的输出频率增加，来提高水泵转

36、速，增加给水量，使液位迅速达到安全高度；当汽包内的液位高于安全范围值时，变频器输出频率下降，降低水泵转速，减少给水量，使液位迅速下落至安全高度方位内。当自动控制回路出现故障时，变频器故障继电器常开触点闭合，操作台故障显示灯闪烁，此时需将转换开关拨至手动控制档，按下起动按钮SB1，补水泵进行工频运行。补水泵变频器的基本参数设置见第四章系统硬件设计，补水泵变频器的参数F0.00频率给定通道选择4：多段速运行设定；F7.00多功能输入端子S1功能选择01：正转运行；F7.01多功能输入端子S2功能选择10：频率设定递减；F7.02多功能输入端子S3功能选择09：频率设定递增。补水泵电气控制图见附表。

37、3.2.2 炉膛压力、温度控制系统方案的确定炉膛压力控制系统也叫引风控制系统，它的控制一般可通过控制引风量来实现。当锅炉负荷变化较小时，仅控制引风量就能满足；但是，当炉膛负荷变化较大时，单单控制引风量就很难控制，因负荷变化后，燃料量及送风量均将变化，此时应该综合考虑，协调好各个量的控制。通常把炉膛负压控制在-0.1MPa左右。炉膛内装的力变送器将测得的压力信号反馈给控制引风机电机的变频器，当反馈值高与给定值时，说明炉膛压力变大，变频器将提高输出频率，增加引风机电机的转速，提高引风量，减小炉膛压力；如果反馈值低于给定值时，说明炉膛压力变小，变频器将降低输出频率，降低引风机电机的转速，降低引风量，

38、增加炉膛压力。 炉膛温度控制系统一般可通过控制燃料量和送风量来实现，炉膛内装有热电偶温度传感器，传感器将测量的温度值反馈给上煤机变频器、炉排变频器和鼓风机变频器与给定值比较，高于给定值，变频器减小输出频率，上煤机电机转速下降，炉排电机转速下降，鼓风机电机转速也下降，从而减少燃料量和送风量来降低炉膛温度；当反馈值低于给定值时，变频器增加输出频率，上煤机电机转速上升，炉排电机转速上升，鼓风机电机转速也上升，从而增加燃料量和送风量来提高炉膛温度。炉膛温度通常在1300左右。炉排、鼓风机、引风机、出渣机、上煤机的变频器基本参数设置见第四章系统硬件设计，其中F0.00频率给定通道选择5：PID控制设定，

39、给定数值由键盘设定，反馈数值由模拟通道V2反馈。各部件电气控制图见附录。图3.2引风机、鼓风机控制回来图图3.2炉排、出渣机电气控制回路图引风机、鼓风机、炉排、出渣机电气控制回路如上图所示，当系统设置为联锁控制时，只有先起动引风机才能起动鼓风机、炉排、出渣机，利用三个转换开关来实现四台电机的顺序起动。操作台上接有每台电机的启动和停止按钮，接线端子如图中虚线所示。在操作台上便可以控制每台电机的起停。第四章 系统硬件设计4.1 变频器简介4.1.1 变频器的分类变频器是一种将固定频率的交流电转变成频率连续可调的交流电的装置。变频器的问世，对电机调速领域具有十分重要的意义。变频器的分类方法很多，下面

40、简单介绍几种主要的分类方法。1. 按变换环节分（1） 交-交变频器 把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要的优点是没有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，故它主要用于容量较大的低速电力拖动系统中。（2） 交直交变频器 先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三项交流电。由于把直接电流逆变成交流电的环节较易控制，因此在频率的调节范围及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的又是。目前迅速普及应用的主要是这一种。2. 按照输出电压的调制方式分类（1） PAM（脉幅调制）变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大

41、小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。（2） PWM(每款调制) 变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正些波脉宽调制方式（SPWM）3. 按直流环节的储能方式分（1） 电压型变频器：特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称为电压型变频器，常用于负载电压变化较大的场合。（2） 电流型变频器 ：特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称为电流源型变频器（电流型）。其优点是能扼制负载电流频

42、繁而急剧的变化，常用于负载电流变化较大的场合，其主电路下图所示图4.1 电压型变频器主电路结构 图4.2电流型变频器主电路结构4. 按供电电压不同分类可分为低压变频器（110V,220V,380V）,中压变频器（500V,660V,1140V）,高压变频器（3KV,3.3KV,6KV6.6KV 10KV）,三种。5. 按控制方式分类可分为U/F控制方式 转差率控制方式 矢量控制方式 矢量转矩控制方式和直接转矩控制方式等。6. 按功能用途分类 （1）通用变频器：通常指没有特殊功能 要求不高的变频器，由于分类的界限不是很分明，所以绝大多数变频器都可以归入这一类中。（2） 风机 水泵用变频器：其主要

43、特点是过载能力弱，具有闭环控制PID调节功能，并具有“一控多”的切换功能。（3） 高性能变频器：通常指具有矢量控制，并能进行四象限运行的变频器，主要用于对机械特性和动态响应要求较高的场合。（4） 具有电源再生功能的变频器：当变频器中直流母线上的再生电压过高时，能将直流电源逆变成三相交流电反馈给电网，这种变频器主要用于电动机长时间处于再生状态的场合，如起重机械的吊钩电动机等。（5） 其他专业变频器：如电梯专业变频器 纺织专业变频器 张力控制专业变频器 中频变器等。4.1.2 变频器的主要功能（1） 全范围转矩自动增强功能由于电动机绕组中阻抗的作用，采用U/F控制的变频器在电动机低速运行区域会出现

44、转矩不足的情况。全范围转矩自动增强功能的变频器在电机加减速和正常运行的所有区域中可以根据负载情况自动调节U/F值，对电动机的输出转矩进行补偿。（2） 防失速功能变频器的防失速功能包括加速过程的防失速功能 恒速过程的防失速功能和减速过程的防失速功能三种。加速和恒速过程防失速功能的基本作用是：当电动机由于加速过快或负载过大等原因出现过电流现象时，变频器将自动降低输出频率，以避免出现过电流使保护电路动作而停止工作。（3） 过载转矩限定运行功能该功能的作用是对机械设备进行保护并保证运行的连续性。利用该功能可以对电动机的输出转矩极限进行设定，当电动机输出转矩达到该设定值时，变频器停止工作并发出报警信号。

45、（4） 运行状态检测显示功能 该功能主要用于检测变频器的工作状态并及时显示。（5） 自动节能运行功能 该功能的作用是使变频器能自动选择工作参数，使电动机在满足负载转矩要求的情况下以最小电流运行。（6） 自动电压调节功能当电源电压下降时，使用自动电压调整功能可以维护电动机的高启动转矩。（7） 外部信号控制功能 变频器通常都具有通过外部信号控制变频器的启/停的功能。（8） 直流制动功能 当需要电动机减速 或停止时，可以采用直流制动。其基本原理是：通过逆变器的开关器件由变频器的直流侧电源在电动机的绕组上施加脉冲直流电流，由于绕组的电感作用，在电动机的定子绕组内流过直流电，从而产生制动转矩。(9) 频

46、率给定功能 变频器常见的频率给定方式主要有：操作面板给定 外接信号给定 模拟信号给定和通信方式给定等。(10) 基本频率和最高频率 电动机的额定频率称为变频器的基本频率。当频率给定信号为最大时，变频器的给定频率成为最高频率。(11) 上限频率和下限频率 上限频率与下限频率是调速系统所要的变频器工作范围，根据调速系统的工作需要进行设定。(12) 点动频率 生产机械在调试的过程中，以及每次新的加工过程开始前，常需要进行点动控制。变频器可根据生产机械的特点和要求，预先一次性的设定一个点动频率，每次点动时都在该频率下运行，而不必变动已经设定好的给定频率。(13) 加速时间的设定 异步电动机在额定频率和

47、电压下直接启动时，启动电流很大。使用变频器后，由于其输出频率可以从很低时开始，频率上升的快慢可以任意设定，从而可以有效地将启动电流限制在一定范围内。 从减小电动机启动电流的角度来说，加速时间设定得长一些，但若加速时间过长会影响系统的效率。(14) 减速时间的设定 变频器减速时间有俩种：一种是工作频率从基本频率降到0Hz所需的时间；另一种是工作频率从最高频率降低到0Hz所需的时间。所有变频器中，减速时间的设定范围和升速时间相同。4.1.3 变频器的基本构成 如下图所示为通用变频器控制原理框图，它通常由主电路和控制回路俩部分组成。图4.3通用变频器控制原理框图1 主电路部分： 变频器主电路给异步电动机提供调压调频电源，它是变频器电力变换部分，图 所示为典型的电压逆变器电路。其主电路由三部分组成：将工频电源变换成直流功率的”整流器“，吸收在整流和逆变时产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。另外，若异步电动机需要制动时，附加“制动回路”。（1） 整流器。在中小容量的变频器中，整流器一般由不可控的整流而二极管构成全波整流桥，把工频电源变换成直流电源，也可用两组晶闸管变流器构成可逆变流器。