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EMERSON 艾默生工业自动化(中国) (编号 10880) http://www.emerson.com/zh-cn
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艾默生工控产品在锅炉温度控制中的应用
作者:内蒙古森鼎环保节能股份公司 董海英
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变频器展厅
矢量变频器, 变频调速设备, ...
摘要:文章介绍了艾默生公司变频器EV2000及SK系列变频器在油炉温度控制中的基本应用,及EC20系列PLC在温度PID控制中的基本应用编程。

Adoption of Industrial control production of Emerson in temperature control in oil boiler,and EC20(PLC) adoption in PID control.

前言:内蒙古美好食品有限公司是一家食品生产企业(馍片烤制),其油炉加热系统是用炉膛热风来加热油温的,通过油温烤制馍片。油炉实际和一台普通热水锅炉工作原理相似,通过引风、鼓风、炉排的连锁控制以实现风道出口温度恒定,用热风加热油温。由于原系统采用继电接触器控制,各电机之间均是工频运转,通过一个温度显示报警仪表,来控制鼓风的运转;引风则一直运转,炉排通过滑差电机来调速,基本是人工设定一转速后不再改变。由于该系统在恒温度控制方面的精度非常差,且电能浪费现象非常严重,煤的燃烧也很不充分,因此,我们做出如下改造设计。

1、变频恒温控制系统

1.1系统参数:

引风电机为11KW,鼓风2.2KW,炉排为1.5KW

设计采用EV2000-4T0110P(通用型)系列变频器,鼓风采用SK-4T0022G(矢量型,因为考虑到变频器体积较小,价格相差不多的情况下选择),炉排SK-4T0015G。具体系统主电路结构图及原理图如下:

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控制原理:将现场热电偶信号(E型)送至温度变送仪表,除显示温度外,还将温度信号转换成4-20MA,送入EC20 PLC(EC20-4AD)模拟量输入端,经过PLC进行处理。EC20PLC模拟量输出端将PID计算出的给定信号分三路模拟量输出到三台变频器的给定。为保证鼓风、引风保证炉膛基本 负压的前提,因此具体变频器参数设置:

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1.2变频器的设置基本遵循如下原则:

鼓引风变频器控制风机,其机械特性属于平方转矩负载,因此其V/F曲线采用2次方曲线。同时,引风机的惯性比较大,因此其降速时间要求比较大,这是由于降速过程中变频器处于回馈制动状态 ,回馈能量将会造成直流侧母线电压过高而停机,因此,必须增长降速时间。同时,停机也要求软停车,能够延长风机的机械寿命。鼓风设置同引风差别不大,除了功率外几乎一致。但考虑为保持炉膛基本负压,必须将鼓风的升速时间要低于引风,而降速时间要快于引风。

炉排传动属于机械负载,因此炉排的控制方式为V/F基本控制或采用开环矢量控制,其低速时提供的转矩比较大,能够满足重载启动的要求,另外,系统要求的加减速时间都比较短,在5秒以内。

当检测点温度到达设定温度后,为保证温度稳定时间比较长,且要节约能源、降低损耗,因此引风、鼓风、炉排的最低运转速度分别设置为:30HZ、20HZ、5HZ。

2、PLC硬件应用及软件编制

2.1:硬件配置

由主机EC20-1410BRA、模拟量输入EC20-4AD、模拟量输出EC20-4DA组成。其中给定采用一块百特公司的数字给定表,可以人为设置给定值(4-20MA信号,在表上以百分数表示),给定信号送入EC20-4AD模拟量输入模块中,作为PID给定信号。另外安装一块温度数显表,该表除显示温度外,还将E型热电偶检测温度信号变送输出4-20MA信号,送入EC20-4AD输入模块作为PID反馈信号。PID控制程序是通过EC20编程软件CONTROLSTAR中调用固有PID控制子程序来实现出口温度PID恒定控制的。

2.2:连锁控制

连锁控制主要实现如下功能:

一、 启动先启动引风、后启动鼓风,一般引风启动后3秒左右鼓风才能启动。
二、 停车先停鼓风,鼓风不停,引风认为不能停车;引风发生变频故障,则鼓风立即停止。
三、 故障报警、运行、停止指示通过PLC实现。
四、 炉排不参与引风及鼓风连锁。

2.3:变频控制及温度PID程序

一、变频器接触器得、失电由PLC控制
二、变频器的启动、停止信号由PLC连锁控制。
三、变频器的给定信号,由PID计算出的输出信号通过模拟量输出EC20-4DA,以电流信号(4-20MA)的方式输出到变频器的电流给定端(CCI、GND)
四、PID控制由PLC应用软件通过编程的方式实现。具体过程比较简单,在CONTROLSTAR软件中的PID命令向导一步步完成,主要设置个别参数即可。具体PID编程语言如下:

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主程序给定部分如下:

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其中特别需要说明的是FROM和TO指令。这两条指令主要用于模拟量处理,它的使用不同于西门子公司的直接寻址方式(PIW或PQW),而是用TO(写入)和FROM(读出)指令。对于模拟量模块,通过这两条指令来进行设置和参数的读出。比如TO 1 14 16#1111 1 。 其中第一个1是指和CPU连接的第二个模块(第一个是0); 14是指其信息存储器中的第14个存储单元;16#1111是指16进制1111;最后的1是指写入的单元数为1(只占用14单元一个,后面的单元不再写)

2.4:实际参数设置

最后经多次修改和调试,确定比例系数为20,积分时间为1-3秒,微分时间为零。经过运行发现能够满足现场的生产工艺,达到炉膛温度(实际为出口管道采集温度)恒定控制的要求。

3、实际运行情况:

经过2个月左右的运行发现,系统能够运行非常稳定,能够维持出口风道温度在286-288摄氏度左右,满足了现场生产的要求。经过基本测算,节电率能够达到25%-35%左右;而节煤量几乎达到了35%以上,得到了客户非常高的评价。经过节约资金量估算,经过半年左右即可收回全部设备投入资金。这对这次改造,我们认为在锅炉燃烧系统中的变频及PLC改造前景非常大,特别是艾默生公司变频器及PLC产品优异的性能、坚实耐用和高可靠性、高精度的新技术核心,会为我们的节能技术改造提供最坚实的后盾!

参考文献
①艾默生公司EV2000系列通用变频器 艾默生网络能源有限公司
②新型PID控制及其应用 机械工业出版社陶永华
③EC20系统手册 西门子公司自动化与驱动服务有限公司
④通用变频器及其应用机械工业出版社韩安荣
⑤电机拖动与控制 西安电子科技大学出版社 刘保录
⑥百特工控现场仪表选型手册 福州福光百特自动化设备有限公司
⑦EC20-4DA使用说明 艾默生网络能源有限公司
⑧EC20-4AD使用说明 艾默生网络能源有限公司
⑨艾默生公司SK系列高性能变频器 艾默生网络能源有限公司(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (1/14/2008)
EMERSON 艾默生工业自动化(中国)联系方式:
网址: http://www.emerson.com/zh-cn 电话:86-21-3338 7000
地址: 中国·上海·上海市古美路 1582 号艾默生大厦 5 层 邮编200233
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