一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置的製作方法
2023-09-17 06:23:35 1
專利名稱：一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及空氣預熱技術領域，特別是一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置。
背景技術：
近幾年，我國的發電事業進入高速發展階段，特別是在大、中城市用電量急劇上升。火力發電是現在電力發展的主力軍，雖然現在
中國已有部分核電機組，但火電仍佔領80%-90%的市場。隨著火電技術的不斷提高，全國各地的火電廠建設也越來越多，對電廠的各種主機設備也提出了更好的要求。
鍋爐設備是火力發電廠中的三大主要設備之一。空氣預熱器是鍋爐的重要部件之一，它利用鍋爐尾部煙氣溫度來加熱鍋爐燃燒用空氣，有效地降低了排煙溫度，改善了燃料著火和燃燒過程，減少了燃料不完全燃燒損失，從而大大提高鍋爐的熱效率。
空氣預熱器的傳動機構釆用齒輪減速箱，傳動裝置是驅動轉子轉動的組件。傳動裝置是由主電機、輔電機、空氣馬達、液力耦合器、減速箱、傳動齒輪、支架等零部件組成。傳動裝置的傳動過程為由
主電動機通過液力耦合器將動力傳至減速箱，然後依靠減速箱低速輸出軸端的大齒輪與裝在轉子外圓殼板上的圍帶銷相互嚙合，使轉子得以轉動。對於空氣預熱器傳動裝置的啟動，目前絕大多數採用直接啟動的方式。這種方式具有啟動電流大、對電網衝擊大、啟動和停止慣性大、損害設備壽命的缺點，同時，此種控制方式不能對空預器轉子轉速進行調節，如需改變工況時，需把主電機切換到輔電機或空氣馬達，所以電氣相對於各控制就變得複雜，易引起故障。
發明內容
本實用新型的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置。
為了解決目前空氣預熱器傳動裝置的控制上存在的缺點，本實用新型把直接啟動控制方式改為由變頻器控制啟動，此控制裝置可實現軟啟動、調速等功能，它具有啟動力矩大、對設備衝擊小、對電網的
衝擊小、安全性高、可靠性強等優點。變頻控制是針對空氣預熱器這
類大慣性負載較為理想的控制方式。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案如下控制裝置由操作平臺、PLC (可編程控制器)模塊、變頻器、煙
氣溫度監測裝置和轉子測速裝置等組成。操作平臺發出工況指令到
PLC， PLC控制變頻器對傳動機構進行速度控制，轉子測速裝置反饋轉子運行信號至PLC， PLC程序通過特定運算計算出轉子的轉速，煙氣溫度監測裝置反饋空預器煙氣進、出口的溫度至PLC熱電偶模塊，電機運行電流信號通過模擬量輸入模塊反饋至PLC。
根據工況需求，變頻器調節電機轉速到設定值，當空氣預熱器因為外界原因引起電機電流增大時，裝置自動進行調節，自動降低電機轉速，但不能低於某一設定下限值。如果在降低轉速過程中，煙氣出口溫度升高異常，則停止降低電機轉速。轉子測速裝置反饋正常運行信號，如果發生轉速過低，則立即報警，保證空氣預熱器正常工作。PLC與變頻器採用通訊電纜直接通訊，簡化控制迴路，保證裝置快速性、可靠性。
電機控制迴路部分採用一用一備方式，兩臺變頻器一用一備，兩臺電機一用一備，變頻器和電機之間採用並聯方式，主變頻器可控制主電機或輔電機，輔變頻器亦可控制主電機或輔電機，控制方式靈活，只要一臺變頻器和一臺電機正常，裝置即可正常工作，最大程度增加裝置的可靠性。
一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，包括PLC模塊、變頻器、溫度監測裝置、轉子測速裝置、CANopen電纜、電流反饋電纜、電機、電機控制迴路切換電路、輸出控制電路、人機界面，PLC模塊分別連接變頻器、溫度監測裝置、轉子測速裝置、輸出控制電路、人機界面。
所述PLC模塊包括CPU、熱電偶模塊、模擬量輸入模塊電路、數字量輸入模塊電路、數字量輸出模塊電路，各模塊之間通過背板總線連接，順序為CPU、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、熱電偶模塊。
所述PLC模塊的CPU連接到人機界面。所述PLC模塊的CPU通過CANopen電纜與變頻器進行通訊。 所述變頻器通過電流反饋電纜反饋至PLC模塊的模擬量輸入模 塊電路。
所述溫度監測裝置由兩支E型或K型鎧裝熱電偶組成，安裝在 空氣預熱器煙氣出口處，通過補償導線接到PLC模塊的熱電偶模塊 上。
所述轉子測速裝置通過數字量輸入模塊電路進入PLC模塊。 所述輸出控制電路連接PLC模塊的數字量輸出模塊電路。 所述電機控制迴路切換電路為雙變頻器控制雙電機迴路，由主變
頻器、輔變頻器、主電機、輔電機、交流接觸器組成，主變頻器通過
交流接觸器的開關KM1、 KM2連接主電機，輔變頻器通過交流接觸
器的開關KM3、 KM4連接輔電機。
所述電機控制迴路切換電路採用並聯方式，雙變頻器控制迴路通
過開關認5連接。
本實用新型的有益效果本實用新型空氣預熱器雙變頻調速控制 裝置採用為PLC和變頻器作為核心控制器件，結合煙氣溫度監測裝置、 轉子測速裝置和電流反饋信號，對空預器的傳動電機做出最優的控 制，並實時反應現場設備的各種狀態，及時給出報警和相應控制手段， 解決空氣預熱器啟動電流大、慣性大、對電網衝擊大等缺點，降低空 氣預熱器傳動裝置部分成本，大大提高了裝置的安全性和可靠性，由 於採用變頻器進行軟啟動和調速，啟動電流小，對電網的衝擊小，延 長了設備的使用壽命。可適應現場突發情況引起的電機電流增大現 象。
圖l是本實用新型的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置結構示意圖。
圖2是本實用新型的變頻器控制電機控制迴路線路結構圖。
具體實施方式
圖l是本實用新型的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置結構示意圖。
6圖中，l.PLC模塊，2.變頻器，3.溫度監測裝置，4.轉子測速 裝置，5. C認open電纜，6.電流反饋電纜，7.電機，8.電機控制回 路切換電路，9.輸出控制電路，IO.人機界面。
空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，包括PLC模塊1、變頻器2、溫 度監測裝置3、轉子測速裝置4、 CAN叩en電纜5、電流反饋信號線6、 電機7、電機控制迴路切換電路8、輸出控制電路9、人機界面IO， PLC 模塊1分別連接變頻器2、溫度監測裝置3、轉子測速裝置4、輸出控制 電路9、人機界面IO。
PLC模塊1包括CPU、熱電偶模塊、模擬量輸入模塊電路、數 字量輸入模塊電路、數字量輸出模塊電路，各模塊之間通過背板總線 連接，順序為CPU、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸 入模塊、熱電偶模塊。
人機界面10通過通訊電纜到連接PLC模塊1的CPU。
PLC模塊1的CPU通過CANopen電纜5與變頻器2進行通訊， 根據設定頻率或調節頻率來控制變頻器2輸出頻率，從而調節電機7 的轉速。
變頻器2通過內部參數設置定義變頻器的模擬量通道為電機運行 電流信號，通過電流反饋電纜6反饋至PLC模塊1的模擬量輸入模 塊電路，形成電流反饋信號。
溫度監測裝置3主要由兩支E型或K型鎧裝熱電偶組成，安裝 在空氣預熱器煙氣出口處，通過補償導線接到PLC模塊1的熱電偶 模塊上，實時採集空氣預熱器煙氣出口溫度。
轉子測速裝置4通過數字量輸入模塊電路進入PLC模塊1 ，通過 模塊1CPU內部特殊算法計算出轉子的轉速，具體方法參見ZL專利 號200320108237.9的專利說明書。
根據各種反饋信息，PLC模塊1程序採用最佳策略，輸出控制電路 9連接PLC模塊1的數字量輸出模塊電路，通過數字量輸出模塊電路對 電器元件進行輸出控制電路9的控制，包括各種報警。人機界面10上 可顯示現場各種運行數據、報警情況、參數設定等。參數設定主要為 三種工況下變頻器速度設定、轉子速度下限報警設定、電流上限報警 設定等。圖2是本實用新型的變頻器控制電機控制迴路線路結構圖。
圖2表示圖1中的電機控制迴路切換電路8和電機7的部分。
圖中，2.主變頻器，22.輔變頻器，23.主電機，24.輔電機，25. 交流接觸器，PE接地。
電機控制迴路切換電路8為雙變頻器控制雙電機迴路，由主變頻 器2、輔變頻器22、主電機23、輔電機24、交流接觸器25組成，主變 頻器2通過交流接觸器25的開關KM1、 KM2連接主電機23。輔變頻器22 通過交流接觸器25的開關KM3、 KM4連接輔電機24。電機控制迴路切換 電路8採用並聯方式，雙變頻器控制迴路通過開關KM5連接。
通過不同交流接觸器的選擇，可靈活切換每個變頻器控制每個電 機。例如交流接觸器25的開關KM1、 KM4、 KM5接通，KM2、 KM3斷開， 則主變頻器2控制輔電機24運行。
空氣預熱器工作有三種工況，即正常工作狀態、衝洗狀態、盤車 狀態。因為裝置絕大多數時間為正常工作狀態，所以以此為例，介紹 裝置工作過程。
裝置開機自檢正常後，人機界面10自動進入主界面，選擇工況為 正常工作，在人機界面上10設定正常工作頻率為50Hz，即電機取最大 轉速，選擇運行的變頻器為主變頻器(亦可選擇輔變頻器)，選擇運 行電機為主電機(亦可選擇輔電機)，按下變頻器啟動按鈕，按下電 機啟動按鈕，電機即可啟動。電機根據變頻器設置參數值進行啟動， 一般啟動時間設為90S，啟動方式採用斜坡啟動。由於啟動時間長， 且電流是逐漸增大的，因此可達到電機啟動電流小、平穩啟動的效果。
裝置運行90S後即可穩定運行，達到設定轉速，此時空氣預熱器 轉子電流即為正常工作狀態電流， 一般約在20A-30A之間，視預熱器 而定。因為電流值在運行過程中不會一成不變，所以在正常工作電流 上下浮動20%以內，可認為正常現象，裝置不做任何處理。
當空氣預熱器轉子電流，即電機運行電流反饋電纜6反饋電流因 為突發事件突然增大(增大值大於20%正常工作電流)時，程序採取 以下步驟進行判斷如果10S內的電流下降回正常狀態，則認為是外 界幹擾，裝置不迸行相應動作，起到濾波作用；如果10S後電流仍增 大，裝置自動降低頻率運行，即降低電機運行電流。降低頻率根據增大電流和正常工作電流的差值按比例進行降頻，此比例係數可在人機 界面(10)上進行調節設定。此降頻運行有一下限值，不能超過此下 限值。當電機運行電流反饋電纜6反饋電流變為與正常工作電流接近
(小於正常工作電流120%)時，則停止降頻。
溫度監測裝置3實時採集煙氣出口溫度，採用周期為1S。在降頻 運行過程中，如果溫度監測裝置3採集溫度信號發生異常變化，異常 情況指當連續三個採樣周期，每次採集溫度大於上一次採集溫度IO °C，或者當前溫度值超過正常運行時溫度的5(TC，或者超過上限值設 定值時，立即停止降頻運行。由於空氣預熱器轉子轉速的降低，容易 引起空氣預熱器蓄熱片內部溫度的升高，從而易引起空氣預熱器發生 火災。此功能是保護在降頻運行中，防止空氣預熱器火災的發生。
如果降頻運行後，電機運行電流仍不能降下來，達到一定時間， (此時間可在變頻器內部參數進行設定， 一般可取3分鐘)，則變頻器 發出電流過流故障，送信號至DCS，引起聯動，空氣預熱器裝置跳閘。
在空氣預熱器運行時，實時監控空氣預熱器轉子轉速，當小於設 定值(一般取0.3轉/分)時，進行報警，但不進行聯動動作。
當降頻運行後，電機運行電流反饋電纜6反饋電流變為和降頻後 的應有電流值接近時(上下10%範圍)，說明外界異常情況消息，裝置 再次回到原設定值運行。
為簡化裝置設計，在衝洗狀態和盤車狀態，裝置不能降頻運行， 只能按固定設定值平穩運行。
由於採用變頻器啟動，所以主電機的選取功率上可適當降低。例 如IOOO麗的或火電機組，按直接啟動方式選取電機為45KW;用變頻 器啟動方式選取的電機為37KW，總的元件成本可大大降低，而且每小 時就可節省8KW的電能。
本實用新型雙變頻控制裝置對外界幹擾具有很強的魯棒性(抗幹 擾)，具有自適應性，而且運行可靠安全、啟動電流小、降低成本、 節能的優點。
權利要求1、一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，包括PLC模塊(1)、變頻器(2)、溫度監測裝置(3)、轉子測速裝置(4)、CANopen電纜(5)、電流反饋電纜(6)、電機(7)、電機控制迴路切換電路(8)、輸出控制電路(9)、人機界面(10)，其特徵在於，PLC模塊(1)分別連接變頻器(2)、溫度監測裝置(3)、轉子測速裝置(4)、輸出控制電路(9)、人機界面(10)，PLC模塊(1)通過CANopen電纜(5)連接變頻器(2)，變頻器(2)通過電流反饋電纜(6)連接PLC模塊(1)，電機(7)、電機控制迴路切換電路(8)連接變頻器(2)。
2、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述PLC模塊(1)包括CPU、熱電偶模塊、模擬量輸入模塊電路、數字量輸入模塊電路、數字量輸出模塊電路，各模塊之間通過背板總線連接，順序為CPU、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、熱電偶模塊。
3、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述PLC模塊(1)的CPU連接到人機界面(IO)。
4、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述PLC模塊(1)的CPU通過CANopen電纜(5)與變頻器(2)進行通訊。
5、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述變頻器(2)通過電流反饋電纜(6)反饋至PLC模塊(1)的模擬量輸入模塊電路。
6、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述溫度監測裝置(3)由兩支E型或K型鎧裝熱電偶組成，安裝在空氣預熱器煙氣出口處，通過補償導線接到PLC模塊(1)的熱電偶模塊上。
7、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述轉子測速裝置(4)通過數字量輸入模塊電路進入PLC模塊(1)。
8、 根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述輸出控制電路(9)連接PLC模塊(1)的數字量輸出模塊電路。
9、根據權利要求1所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述電機控制迴路切換電路(8)為雙變頻器控制雙電機迴路，由主變頻器(2)、輔變頻器(22)、主電機(23)、輔電機(24)、交流接觸器(25)組成，主變頻器(2)通過交流接觸器(25)的開關KM1、 KM2連接主電機(23)，輔變頻器(22)通過交流接觸器(25)的開關KM3、 KM4連接輔電機(24)。
10、根據權利要求1或9所述的空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，其特徵在於，所述電機控制迴路切換電路(8)採用並聯方式，雙變頻器控制迴路通過開關KM5連接。
專利摘要本實用新型提供一種空氣預熱器雙變頻調速控制裝置，包括PLC模塊、變頻器、溫度監測裝置、轉子測速裝置、CANopen電纜、電流反饋電纜、電機、電機控制迴路切換電路、輸出控制電路、人機界面，PLC模塊分別連接變頻器、溫度監測裝置、轉子測速裝置、輸出控制電路、人機界面。
文檔編號F23L15/00GK201434400SQ200920070169
公開日2010年3月31日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者俊 匡, 吳毅賢, 杜豔青, 王立剛, 陳鎣瑛, 馬玉順 申請人:上海市東方海事工程技術有限公司