CN102705866B - 一种空气预热器变频自寻优调速控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气预热器变频自寻优调速控制装置，包括触摸屏、PLC模块、变频器、电机、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置，所述触摸屏、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置均连接在PLC模块上，所述电机通过变频器与所述PLC模块相接。本发明可以在远程监控设备上进行远程监控，大大提高了装置的安全性和可靠性，由于采用变频器进行软启动和调速，启动电流小，对电网的冲击小，延长了设备的使用寿命，并可适应现场突发情况引起的电机电流增大现象。

Description

一种空气预热器变频自寻优调速控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，尤其涉及一种空气预热器变频自寻优调速控制装置。

背景技术

锅炉设备是火力发电厂中的三大主要设备之一，空气预热器是锅炉的重要部件之一，它利用锅炉尾部烟气温度来加热锅炉燃烧用空气，有效地降低了排烟温度，改善了燃料着火和燃烧过程，减少了燃料不完全燃烧的损失，从而大大提高了锅炉的热效率。

空气预热器的传动机构采用齿轮减速箱，传动装置是驱动转子转动的组件。传动装置是由主电机、辅电机、液力耦合器、减速箱、传动齿轮、支架等零部件组成。对于空气预热器传动装置的启动，目前绝大多数采用直接启动的方式，这种方式具有启动电流大、对电网冲击大、启动和停止惯性大、损害设备寿命的缺点。市场上也有一部分采用变频器进行启动的预热器，虽然这些变频调速装置起到了软启动功能，但绝大多数采用定速分段运行，不能根据空气预热器的工况实时调整转速，因此不能使空气预热器的热效率达到最优，没有良好的节能效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种空气预热器变频自寻优调速控制装置。

本发明的技术方案是：一种空气预热器变频自寻优调速控制装置，包括触摸屏、PLC模块、变频器、电机、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置，所述触摸屏、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置均连接在PLC模块上，所述电机通过变频器与所述PLC模块相接；所述触摸屏发出工况指令到PLC模块，PLC模块再把各种工况数据发送至触摸屏上显示，并且PLC模块通过内部的通讯模块监控变频器运行各种参数；所述PLC模块内设的热电偶模块通过所述温度传感器采集预热器空气进口温度、空气出口温度、烟气进口温度、烟气出口温度数据，并通过PLC模块程序计算热效率，同时采集空预器转子的速度信号，通过特定自寻优算法对空预器运行进行自动控制；所述变频器根据PLC模块计算的热效率自动调节转子到最优值；当工况变化，PLC模块控制变频器间接控制电机转速升高或降低，重新寻找最优运行点。

所述PLC模块包括CPU、通讯模块、热电偶模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块，上述模块之间通过背板总线连接，其顺序为CPU、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、热电偶模块。

所述PLC模块的CPU与所述触摸屏相接。

所述PLC模块的通讯模块通过通讯电缆与变频器进行通讯并传递参数。

所述温度传感器由四支E型或K型铠装热电偶组成，分别安装在空气预热器烟气的进口处、烟气出口处、空气进口处、空气出口处，并且通过热点偶专用补偿导线接到PLC模块的热电偶模块上。

所述转子测速仪通过模拟量输入模块电路进入PLC模块。

所述输出控制电路与PLC模块的数字量输出模块相连接。

所述远程监控装置通过通讯电缆连接PLC模块的通讯模块上。

本发明采用为PLC模块和变频器作为核心控制器件，结合预热器温度传感器、转子测速仪和电流信号，对空气预热器的传动电机做出最优的控制，并实时反应现场设备的各种状态，及时给出报警和相应控制手段，解决空气预热器启动电流大、惯性大、无法自动调速运行等缺点，降低了空气预热器传动装置部分成本，并提高了预热器的节能效果。本发明还可以在远程监控设备上进行远程监控，大大提高了装置的安全性和可靠性，由于采用变频器进行软启动和调速，启动电流小，对电网的冲击小，延长了设备的使用寿命，并可适应现场突发情况引起的电机电流增大现象。

附图说明

图1是本发明变频调速控制装置结构示意图。

图2是本发明自寻优控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，空气预热器变频自寻优调速控制装置，包括触摸屏1、PLC模块2、变频器3、电机4、温度传感器5、转子测速仪6、输出控制电路7、远程监控装置8，所述触摸屏1、温度传感器5、转子测速仪6、输出控制电路7以及远程监控装置8均连接在PLC模块2上，所述电机4通过变频器3与所述PLC模块2相接。

PLC模块2包括CPU、通讯模块、热电偶模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块，上述模块之间通过背板总线连接，其顺序为CPU、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、热电偶模块。

触摸屏1通过通讯电缆连接PLC模块2的CPU，温度传感器5由四支K型或E型铠装热电偶组成，分别安装在空气预热器空气进口、空气出口、烟气进口、烟气出口处，采集相应数据，并通过PLC模块程序计算热效率，其中热效率的计算方式为：

E=（空气出口温度Tao-空气进口温度Tai）/（烟气进口温度Tgi-空气进口温度Tai）。

PLC模块2的CPU的通讯模块通过通讯电缆与变频器3进行通讯，根据计算的热效率值来控制变频器2输出频率，从而调节电机7的转速。

变频器2内部参数通过PLC模块2进行访问并设定，包括电机4的限流设定值、电机最低频率运行值、电机最高频率运行值等，电机运行电流、电机运行频率、通过通讯电缆反馈至PLC模块使整个运行过程可控，同时采集空预器转子的速度信号（4-20mA），通过特定自寻优算法对空气预热器运行进行自动控制。

转子测速仪6测量转子的转速，并把转速转化为4-20mA标准电流信号送至PLC模块2的模拟量输入模块中，使4-20mA对应0-2rmp。

根据各种反馈信息，包括温度信号、转子电流信号、转子转速信号，PLC模块2程序采用最佳策略控制电机4最优速度运行，输出控制电路7连接PLC模块2的数字量输出模块电路，通过数字量输出模块电路对电器元件进行输出控制电路7的控制，包括各种报警。

在触摸屏1上可显示现场各种运行数据、报警情况、参数设定，其中参数设定主要为四种工况运行状态，第一种自动寻优调速运行，第二种正常工况定速运行，第三种定速冲洗运行、第四种定速盘车运行，第二种工况变频器速度设定，第三种工况变频器速度设定，第四种工况变频器速度设定，转子速度下限报警设定，电流上限报警设定，烟气温度设定等。

如图2是本发明的自寻优控制流程图，空气预热器工作有四种工况，即自动寻优调速、正常工作状态、冲洗状态、盘车状态，因为装置绝大多数时间为自动寻优调速工作状态，所以以此为例，介绍本装置的工作过程。

本发明装置开机自检正常后，人机界面自动进入主界面，选择工况为自动寻优调速工作，设定参数，包括：最大工作频率100Hz，转速范围设定0-2rmp，电流上限设定1.2倍额定电流，转速初始值1rmp，调速增量5%。

PLC模块进行数据采集，采集烟气进口温度Tgi、烟气出口温度Tgo、空气进口温度Tai、空气出口温度Tao，采集转速反馈信号、采集主马达电流信号。

数值计算：计算热效率E值=（Tao-Tai）/（Tgi-Tai）。

选择运行电机为主电机（亦可选择辅电机），按下变频器3的启动按钮，按下电机4的启动按钮，电机4即可启动。电机4根据变频器设置初始转速值进行调速，一般启动时间设为90S，启动方式采用斜坡启动，由于启动时间长，且电流是逐渐增大的，因此可达到电机启动电流小、平稳启动的效果。

本发明装置运行90S后即可稳定运行，达到设定转速，此时空气预热器开始进行自动寻优调速。转速按每分钟增加5%的速率增加，每2秒采集数据进行热效率E值计算，当热效率变大，则认为速度增加运行过程正确，当热效率变小，则减小转速，按此过程循环控制，知道E值达到最大。

转子电流即为正常工作状态电流，一般约在20A-30A之间，视预热器而定。因为电流值在运行过程中不会一成不变，所以在正常工作电流上下浮动20%以内，可认为正常现象，装置不做任何处理。

当空气预热器转子电流增大超过设定值时，程序采取以下步骤进行判断：如果10S内的电流下降回正常状态，则认为是外界干扰，装置不进行相应动作，起到滤波作用；如果10S后电流仍增大，装置自动切换至冲洗速度低速运行。

温度监测装置实时采集烟气出口温度，采用周期为1S。在降频运行过程中，如果温度监测装置采集温度信号发生异常变化，异常情况指当连续三个采样周期，每次采集温度大于上一次采集温度10℃，或者当前温度值超过正常运行时温度的50℃，或者超过上限值设定值时，立即进行温度超高报警。由于空气预热器转子转速的降低，容易引起空气预热器蓄热片内部温度的升高，从而易引起空气预热器发生火灾，此功能是保护在降频运行中，防止空气预热器火灾的发生。

在空气预热器运行时，实时监控空气预热器转子转速，当小于设定值（一般取0.3转/分）时，进行报警。

为简化装置设计，在冲洗状态和盘车状态，只能按固定设定值平稳运行，由于采用变频器启动，所以主电机的选取功率上可适当降低。例如：1000MW的或火电机组，按直接启动方式选取电机为45KW；用变频器启动方式选取的电机为37KW，总的元件成本可大大降低，而且每小时就可节省8KW的电能。

本发明双变频控制装置对外界干扰具有很强的鲁棒性（抗干扰），具有自适应性，而且运行可靠安全、启动电流小、降低成本、节能的优点。

PLC模块2的热电偶模块通过温度传感器（4支K型或E型铠装热电偶）采集预热器空气进口温度、空气出口温度、烟气进口温度、烟气出口温度数据，并通过PLC模块2程序计算热效率【热效率=（空气出口温度-空气进口温度）/（烟气进口温度-空气进口温度）】，同时采集空预器转子的速度信号（4-20mA），通过特定自寻优算法对空预器运行进行自动控制。

触摸屏1可发出工况指令到PLC模块2，PLC模块2可以把各种工况数据发送至触摸屏1上显示，PLC模块2通过通讯模块监控变频器运行各种参数，包括电机电流等。

根据工况状态，变频器3根据PLC模块2计算的热效率自动调节转子到最优值；当工况变化，PLC模块2控制变频器3间接控制电机转速升高（或降低），重新寻找最优运行点。

当空气预热器因为外界原因引起电机电流增大时，装置自动降速运行，切断自寻优状态，自动降低电机转速，但不能低于某一设定下限值。

如果在降低转速过程中，烟气出口温度升高大于设定值，则停止降低电机4的转速，并进行烟气出口温度过高报警。

转子测速仪6反馈正常运行信号，如果发生转速过低，则立即报警，保证空气预热器正常工作。

电机4控制回路部分采用一台变频器拖两台电机，一用一备，当主电机故障时可自动切换至辅电机运行，增加系统运行的可靠性。

远程监控装置8可以通过通讯在远程监控设备所有的运行状态和报警，大大增加了系统运行的安全可靠性。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：包括触摸屏、PLC模块、变频器、电机、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置，所述触摸屏、温度传感器、转子测速仪、输出控制电路以及远程监控装置均连接至PLC模块，所述电机通过变频器与所述PLC模块相接；

所述触摸屏发出工况指令到PLC模块，PLC模块把各种工况数据发送至触摸屏上显示，并且PLC模块通过内部的通讯模块监控变频器运行各种参数；PLC模块内设的热电偶模块通过温度传感器采集预热器空气进口温度、空气出口温度、烟气进口温度、烟气出口温度数据，并通过PLC模块程序计算热效率，同时采集空预器转子的速度信号，通过特定自寻优算法对空预器运行进行自动控制；变频器根据PLC模块计算的热效率自动调节转子到最优值；所述远程监控装置通过通讯电缆连接PLC模块的通讯模块上。

2.根据权利要求1所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述PLC模块包括CPU、通讯模块、热电偶模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块，上述模块之间通过背板总线连接，其顺序为CPU、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、热电偶模块。

3.根据权利要求2所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述PLC模块的CPU与所述触摸屏相接。

4.根据权利要求2所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述PLC模块的通讯模块通过通讯电缆与变频器相连以进行通讯并传递参数。

5.根据权利要求1所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述温度传感器由四支E型或K型铠装热电偶组成，分别安装在空气预热器烟气的进口处、烟气出口处、空气进口处、空气出口处，并且通过热电偶专用补偿导线接到PLC模块的热电偶模块上。

6.根据权利要求1所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述转子测速仪通过模拟量输入模块电路进入PLC模块。

7.根据权利要求1所述的空气预热器变频自寻优调速控制装置，其特征在于：所述输出控制电路与PLC模块的数字量输出模块相连接。