CN202769703U - 一种空气预热器变频自寻优调速控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。本实用新型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

本实用新型涉及一种控制装置，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。

实用新型内容

本实用新型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。

本实用新型的技术方案是：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相连以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，并且通过热电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。

本实用新型采用为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。本实用新型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是本实用新型变频调速控制装置结构示意图。

图2是本实用新型自寻优控制流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、技术特征、实用新型目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

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是本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型装置运行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。

本实用新型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。

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

Claims (8)

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。

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。

8.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：所述远程监控装置通过通讯电缆连接PLC模块的通讯模块上。

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