西门子变频器和3UF50在工业锅炉控制系统中的应用

一、概述

锅炉控制系统通常包括燃烧控制系统、三冲量给水和除氧水处理系统，甚至还包括输煤程控系统。本次系统中不包括输煤程控系统。系统控制的主要对象有炉排电机、鼓风机、引风机、给水泵、除氧水泵和一些调节阀。燃烧系统主要实现气包压力平稳、气包水位恒定、经济安全燃烧，除氧系统最终也是实现除氧水箱的压力恒定和水位恒定，从而达到最佳除氧目的。同时为了保证供汽供热的安全和连续性，一般需要配备后备手操控制方式。

二、控制系统描述

1．工艺描述

锅炉控制系统中最复杂的是燃烧控制系统。因为燃烧控制系统是一个多变量、多耦合、大滞后的系统，负荷变化（蒸汽流量）影响气包压力、气包水位，为了维持水位的恒定，给水流量必须跟随变化，同时给水流量的变化，会影响气包内的温度，进而影响气包压力，反过来影响蒸汽流量。要维持压力平稳，炉膛温度必须跟随变化，炉膛温度的变化又与给煤量（炉排速度）、鼓风量（鼓风机速度）、引风量（引风机速度）有关，而该传递过程时间很长。燃烧系统的过程控制流图如图1所示。

除氧控制系统相对简单一些，主要通过调节软水进水阀调节除氧水位，通过调节蒸汽进气阀调节除氧器压力维持在恒定值，使除氧水箱温度维持在104℃左右，从而实现最佳除氧。除氧器控制系统流图如图2所示。

图1  锅炉燃烧过程控制系统流图

图2除氧器控制系统流图

2．设备选型

系统中炉排电机、鼓风机和引风机需要调节速度，所以本系统中控制设备选用MM440矢量变频器，对于3台给水泵和3台除氧水泵采用3UF50电动机保护器。MM440和3UF50都通i Profibus接入到PLC系统，由PLC系统控制MM440和3UF50。另外由于控制系统要求具备后备手操功能，所以MM440和3UF50除了通过PROFIBUS进行控制之外，还可以通过MM440和3UF50的端子控制设备的启动和速度调节。MM440为了实现控制和给定方式的切换，可以使用CDS数据组切换功能。可在输入端子4接一个转换开关，当为低电平时，采用第1组CDS控制参数，当为高电平时，采用第2组CDS参数。具体参数设置见后文描述。同样对于3UF50控制方式的切换，也采用这种方式，把转换开关接在输入端子3，控制参数中的SO位来实现控制方式的转换。具体参数设置见后文描述。

3．系统的拓扑结构

系统的拓扑结构如图3所示

图3系统拓扑结构

图4为3UF50直接启动的典型接线原理图，3UF50可以通过PLC、就地启停按扭和操作面板控制设备启动。

 

图4 3UF50直接启动接线原理图

三、变频器和3UF50的参数设置

变频器为了实现通信和端子控制两种方式的切换，需要设置的关键参数如下： 

P700 (0) =2       P700 (1) =6 

P1000 (0) =2     P1000 (1) =6 

P704=99            P810=722.4 

P756(0)=2         P761 (0) =4 

P757(0)=4         P759 (0) =0 

P758(0)=20       P760 (0) =100

有关其他参数的设置不再赘述。

3UF50的关键控制参数设置如下：

控制模式设置为直接启动控制方式。 

LC_OFF=1          LC_ON=O

PLC_OFF=57    PLC_ON_58 

OP_OFF=7         OP_ON=6 

CST=3                 S1=2

OUT1=229          OUT2=227 

LED5=226           LED6=225

在S1=0，S2=1和S1=1，S2=1时需要设置： 

OP-ON=FREE    OP-OFF=FREE

有关电流参数和过载根据电机及负载特性设置相关参数即可。

四、结束语

上述系统配置是变频器和电动机保护器在工业锅炉控制系统中的典型应用，利用变频器调速特性可以很好地满足锅炉控制工艺的要求，同传统调节风门的方式相比，其调节速度快，动态跟踪负载能力强，还可以节能。对于功率不大的给水泵采用3UF50控制，集保护、控制和通信于一身，设备的状态、电流都可以通过通信方式传输到PLC系统，从而减少了工程安装和维护的成本。