• 艾默生CT工控產(chǎn)品在鍋爐溫度控制中的應(yīng)用
    艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

    前言:內(nèi)蒙古美好食品有限公司是一家食品生產(chǎn)企業(yè)(饃片烤制),其油爐加熱系統(tǒng)是用爐膛熱風(fēng)來加熱油溫的,通過油溫烤制饃片。油爐實際和一臺普通熱水鍋爐工作原理相似,通過引風(fēng)、鼓風(fēng)、爐排的連鎖控制以實現(xiàn)風(fēng)道出口溫度恒定,用熱風(fēng)加熱油溫。由于原系統(tǒng)采用繼電接觸器控制,各電機之間均是工頻運轉(zhuǎn),通過一個溫度顯示報警儀表,來控制鼓風(fēng)的運轉(zhuǎn);引風(fēng)則一直運轉(zhuǎn),爐排通過滑差電機來調(diào)速,基本是人工設(shè)定一轉(zhuǎn)速后不再改變。由于該系統(tǒng)在恒溫度控制方面的精度非常差,且電能浪費現(xiàn)象非常嚴(yán)重,煤的燃燒也很不充分,因此,我們做出如下改造設(shè)計。
    1、變頻恒溫控制系統(tǒng)
    1.1系統(tǒng)參數(shù):
    引風(fēng)電機為11KW,鼓風(fēng)2.2KW,爐排為1.5KW
    設(shè)計采用EV2000-4T0110P(通用型)系列變頻器,鼓風(fēng)采用SK-4T0022G(矢量型,因為考慮到變頻器體積較小,價格相差不多的情況下選擇),爐排SK-4T0015G。具體系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖及原理圖如下:





    控制原理:將現(xiàn)場熱電偶信號(E型)送至溫度變送儀表,除顯示溫度外,還將溫度信號轉(zhuǎn)換成4-20MA,送入EC20 PLC(EC20-4AD)模擬量輸入端,經(jīng)過PLC進(jìn)行處理。EC20PLC模擬量輸出端將PID計算出的給定信號分三路模擬量輸出到三臺變頻器的給定。為保證鼓風(fēng)、引風(fēng)保證爐膛基本 負(fù)壓的前提,因此具體變頻器參數(shù)設(shè)置:
    引風(fēng):
    F0.00=4 CCI模擬給定 F0.03=1 端子運行命令通道
    F0.04=4 運轉(zhuǎn)方向設(shè)定 F0.05=4 最大輸出頻率50HZ
    F0.07=4 最大輸出電壓380V F0.08=1 機型選擇P(風(fēng)機專用)
    F0.14=1 V/F曲線設(shè)定 F2.01=30 啟動頻率30HZ
    F2.08=0 停機方式(減速停機) FH.00=4 電機極數(shù)4
    鼓風(fēng):
    01=20最低轉(zhuǎn)速 02=50HZ最高轉(zhuǎn)速 03=5 04=10(加減速) 05=AIAU給定設(shè)置 06=5A 電機電流 16=4-20 電流輸入(Ma)
    41=FD 線性U/F控制
    爐排:
    01=5.0最低轉(zhuǎn)速 02=40HZ最高轉(zhuǎn)速 03=5 04=5(加減速) 05=AIAU給定設(shè)置 06=3A 電機電流 16=4-20 電流輸入(Ma)
    41=FD 線性U/F控制

    1.2變頻器的設(shè)置基本遵循如下原則:
    鼓引風(fēng)變頻器控制風(fēng)機,其機械特性屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,因此其V/F曲線采用2次方曲線。同時,引風(fēng)機的慣性比較大,因此其降速時間要求比較大,這是由于降速過程中變頻器處于回饋制動狀態(tài) ,回饋能量將會造成直流側(cè)母線電壓過高而停機,因此,必須增長降速時間。同時,停機也要求軟停車,能夠延長風(fēng)機的機械壽命。鼓風(fēng)設(shè)置同引風(fēng)差別不大,除了功率外幾乎一致。但考慮為保持爐膛基本負(fù)壓,必須將鼓風(fēng)的升速時間要低于引風(fēng),而降速時間要快于引風(fēng)。
    爐排傳動屬于機械負(fù)載,因此爐排的控制方式為V/F基本控制或采用開環(huán)矢量控制,其低速時提供的轉(zhuǎn)矩比較大,能夠滿足重載啟動的要求,另外,系統(tǒng)要求的加減速時間都比較短,在5秒以內(nèi)。
    當(dāng)檢測點溫度到達(dá)設(shè)定溫度后,為保證溫度穩(wěn)定時間比較長,且要節(jié)約能源、降低損耗,因此引風(fēng)、鼓風(fēng)、爐排的最低運轉(zhuǎn)速度分別設(shè)置為:30HZ、20HZ、5HZ。

    2、PLC硬件應(yīng)用及軟件編制
    2.1:硬件配置
    由主機EC20-1410BRA、模擬量輸入EC20-4AD、模擬量輸出EC20-4DA組成。其中給定采用一塊百特公司的數(shù)字給定表,可以人為設(shè)置給定值(4-20MA信號,在表上以百分?jǐn)?shù)表示),給定信號送入EC20-4AD模擬量輸入模塊中,作為PID給定信號。另外安裝一塊溫度數(shù)顯表,該表除顯示溫度外,還將E型熱電偶檢測溫度信號變送輸出4-20MA信號,送入EC20-4AD輸入模塊作為PID反饋信號。PID控制程序是通過EC20編程軟件CONTROLSTAR中調(diào)用固有PID控制子程序來實現(xiàn)出口溫度PID恒定控制的。

    2.2:連鎖控制
    連鎖控制主要實現(xiàn)如下功能:
    啟動先啟動引風(fēng)、后啟動鼓風(fēng),一般引風(fēng)啟動后3秒左右鼓風(fēng)才能啟動。
    停車先停鼓風(fēng),鼓風(fēng)不停,引風(fēng)認(rèn)為不能停車;引風(fēng)發(fā)生變頻故障,則鼓風(fēng)立即停止。
    故障報警、運行、停止指示通過PLC實現(xiàn)。
    爐排不參與引風(fēng)及鼓風(fēng)連鎖。

    2.3:變頻控制及溫度PID程序
    一、變頻器接觸器得、失電由PLC控制
    二、變頻器的啟動、停止信號由PLC連鎖控制。
    三、變頻器的給定信號,由PID計算出的輸出信號通過模擬量輸出EC20-4DA,以電流信號(4-20MA)的方式輸出到變頻器的電流給定端(CCI、GND)
    四、PID控制由PLC應(yīng)用軟件通過編程的方式實現(xiàn)。具體過程比較簡單,在CONTROLSTAR軟件中的PID命令向?qū)б徊讲酵瓿桑饕O(shè)置個別參數(shù)即可。具體PID編程語言如下:
    LD SM0
    PID D20 D21 D0 D22(PID調(diào)用)
    LD SM0
    MOV D50 D20 //設(shè)定目標(biāo)值
    MOV 10 D0 //采樣時間(Ts) 范圍為1~32767(ms)但比運算周 期短的時間數(shù)值無法執(zhí)行
    MOV 33 D1 //動作方向
    MOV 0 D2 //輸入濾波常數(shù)(α)范圍0~99[﹪],為0沒有輸入濾波
    MOV 2000 D3 //比例增益(Kp)范圍1~32767[﹪]
    MOV 10 D4 //積分時間(TI)范圍0~32767(×100ms),為0時作為∞處理(無積分)
    MOV 0 D5 //微分增益(KD)范圍0~100[﹪],為0時無微分增益
    MOV 0 D6 //微分時間(TD)范圍0~32767(×10ms),為0時無微分處理
    MOV 0 D15 //輸入變化量(增側(cè))報警設(shè)定值0~32767
    MOV 0 D16 //輸入變化量(減側(cè))報警設(shè)定值0~32767
    MOV 2000 D17 //輸出上限設(shè)定值-32768~32767
    MOV 0 D18 //輸出下限設(shè)定值-32768~32767
    主程序給定部分如下:
    LD SM0
    CALL PID_EXE(調(diào)用PID)
    LD SM0
    CALL PID_SET(PID參數(shù)設(shè)定)
    LD X14 (系統(tǒng)自動運行)
    TO 0 1 D22 1 (將D22 中內(nèi)容寫入模塊0中的第一個單元中,即模擬量輸出值,引風(fēng)給定)
    TO 0 2 D22 1
    TO 0 3 D22 1
    TO 0 0 16#0 1
    LD SM1
    TO 1 0 16#1313 1(設(shè)置模擬量輸入信號方式,即1、3通道關(guān)閉,2、4為電流信號)
    LD SM0
    FROM 1 10 D21 1
    LD SM1
    TO 1 36 16#1111 1
    LD SM1
    TO 1 14 16#1111 1
    LD SM0
    FROM 1 12 D50 1
    其中特別需要說明的是FROM和TO指令。這兩條指令主要用于模擬量處理,它的使用不同于西門子公司的直接尋址方式(PIW或PQW),而是用TO(寫入)和FROM(讀出)指令。對于模擬量模塊,通過這兩條指令來進(jìn)行設(shè)置和參數(shù)的讀出。比如TO 1 14 16#1111 1 。 其中第一個1是指和CPU連接的第二個模塊(第一個是0); 14是指其信息存儲器中的第14個存儲單元;16#1111是指16進(jìn)制1111;最后的1是指寫入的單元數(shù)為1(只占用14單元一個,后面的單元不再寫)

    2.4:實際參數(shù)設(shè)置
    最后經(jīng)多次修改和調(diào)試,確定比例系數(shù)為20,積分時間為1-3秒,微分時間為零。經(jīng)過運行發(fā)現(xiàn)能夠滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝,達(dá)到爐膛溫度(實際為出口管道采集溫度)恒定控制的要求。

    3、實際運行情況:
    經(jīng)過2個月左右的運行發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)能夠運行非常穩(wěn)定,能夠維持出口風(fēng)道溫度在286-288攝氏度左右,滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)的要求。經(jīng)過基本測算,節(jié)電率能夠達(dá)到25%-35%左右;而節(jié)煤量幾乎達(dá)到了35%以上,得到了客戶非常高的評價。經(jīng)過節(jié)約資金量估算,經(jīng)過半年左右即可收回全部設(shè)備投入資金。這對這次改造,我們認(rèn)為在鍋爐燃燒系統(tǒng)中的變頻及PLC改造前景非常大,特別是艾默生公司變頻器及PLC產(chǎn)品優(yōu)異的性能、堅實耐用和高可靠性、高精度的新技術(shù)核心,會為我們的節(jié)能技術(shù)改造提供最堅實的后盾!

    參考文獻(xiàn)
    ①艾默生公司EV2000系列通用變頻器 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司
    ②新型PID控制及其應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 陶永華
    ③EC20系統(tǒng)手冊 西門子公司自動化與驅(qū)動服務(wù)有限公司
    ④通用變頻器及其應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 韓安榮
    ⑤電機拖動與控制 西安電子科技大學(xué)出版社 劉保錄
    ⑥百特工控現(xiàn)場儀表選型手冊 福州福光百特自動化設(shè)備有限公司
    ⑦EC20-4DA使用說明 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司
    ⑧EC20-4AD使用說明 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司
    ⑨艾默生公司SK系列高性能變頻器 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

     
     
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