CN204738992U - 一种风机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风机控制系统，包括：电源；第一变频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一变频供电支路供电；第一工频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一工频供电支路供电；第二变频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二变频供电支路供电；第二工频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二工频供电支路供电；变频器，用于调节所述第一风机和所述第二风机的转速；控制器，根据所述控制信号控制所述第一变频切换单元、第一工频切换单元、第二变频切换单元和第二工频切换单元动作，进而控制所述第一风机和所述第二风机通过相应的供电支路工作。

Description

一种风机控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种风机控制系统，尤指一种用于克劳斯制硫炉风机的控制系统。

背景技术

克劳斯硫回收工艺是广泛应用的脱硫工艺，可处理含有硫化氢的酸性气，使尾气达标排放，并副产硫磺。而克劳斯制硫炉是克劳斯硫回收装置的核心设备，其运行的稳定性是硫回收装置正常运转的决定性因素。

来自鼓风机的空气在比例控制器的控制下进入制硫炉，将部分硫化氢氧化为二氧化硫，二氧化硫与硫化氢按照摩尔比2：1发生克劳斯反应生成单质硫。

在克劳斯反应过程中，进入制硫炉燃烧器的空气量是一个关键工艺参数，合理的空气量应满足将原料气中的烃类完全氧化以及部分硫化氢氧化为二氧化硫。当空气量不足时，燃料气中所含的烃就不能完全被燃烧，会形成积碳，使产出的硫磺质量变差、转化率下降。当空气量过大时，又不利于克劳斯反应的调节控制。而且空气量应该根据原料气的组成波动及时调节，在两台互相备用的风机切换时，应尽量做到平滑切换，以免对制硫炉操作产生剧烈影响。

在传统的克劳斯制硫炉风机控制模式下，风机转速恒定。输出空气量采用出口流量调节。风机始终恒速运行并通过阀门控制流量，部分能量消耗在在阀门上，能耗较高。当原料气流量、浓度频繁波动，尤其在风机长期处于小流量工况运行时，易造成风机叶片的疲劳断裂。

常规的风机切换操作为：当备用风机工频启动正常后，适当打开其进风阀，然后缓慢打开出风阀，同步慢慢关闭待停风机的出风阀，当备用风机出风阀开度达到与待停风机出风阀运行时开度相同时，全关待停风机的出风阀，并迅速关闭待停风机进风阀，再按下待停风机停机按钮，再根据生产需要，调节备用风机进出口蝶阀，使风机出口压力、风量与切换前一致。整个过程大约需要20分钟。整个切换过程操作复杂且精度不高，切换过程用时过长，无法实现平滑切换，易造成制硫炉操作波动。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够实现风机精确控制、平滑切换的控制系统。

为实现上述目的，本实用新型的风机控制系统，包括：

电源；

第一变频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一变频供电支路供电；

第一工频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一工频供电支路供电；

第二变频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二变频供电支路供电；

第二工频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二工频供电支路供电；

变频器，用于调节所述第一风机和所述第二风机的转速；

控制器，根据所述控制信号控制所述第一变频切换单元、第一工频切换单元、第二变频切换单元和第二工频切换单元动作，进而控制所述第一风机和所述第二风机通过相应的供电支路工作。

进一步，所述风机控制系统还包括供电检测单元，用于检测所述电源输出的第一电压信号和所述变频器输出的第二电压信号。

进一步，所述控制器包括：

比较器，用于比较所述第一电压信号与所述第二电压信号的频率和相位是否一致；

信号发生器，用于当检测的所述第一电压信号和所述第二电压信号的频率和相位一致时产生所述控制信号；

其中，所述控制器根据所述控制信号将所述第一风机由所述第一变频供电支路供电切换至由所述第一工频供电支路供电，并且使所述第二变频切换单元动作，进而启动所述第二风机由所述第二变频供电支路供电。

进一步，所述第一变频切换单元包括：

第一开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第一开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第一开关的所述第二端耦接所述变频器的第一端，所述第一开关的所述控制端耦接所述控制器；

第二开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第二开关的所述第一端耦接所述变频器的第二端，所述第二开关的所述第二端耦接所述第一风机，所述第二开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第一开关和所述第二开关闭合时，所述第一风机由所述第一变频供电支路供电。

进一步，所述第一工频切换单元包括：

第三开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第三开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第三开关的所述第二端耦接所述第一风机，所述第三开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第三开关闭合时，所述第一风机由所述第一工频供电支路供电。

进一步，所述第二变频切换单元包括：

第四开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第四开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第四开关的所述第二端耦接所述变频器的第一端，所述第四开关的所述控制端耦接所述控制器；

第五开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第五开关的所述第一端耦接所述变频器的第二端，所述第五开关的所述第二端耦接所述第二风机，所述第五开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第四开关和所述第五开关闭合时，所述第二风机由所述第二变频供电支路供电。

进一步，所述第二工频切换单元包括：

第六开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第六开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第六开关的所述第二端耦接所述第二风机，所述第六开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第六开关闭合时，所述第二风机由所述第二工频供电支路供电。

进一步，还包括：

第一流量传感器用于检测所述第一风机的出风口的出风量；

第二流量传感器用于检测所述第二风机的出风口的出风量；

第一调节阀耦接于所述第一风机的送风口和所述出风口之间；

第二调节阀耦接于所述第二风机的送风口和所述出风口之间；

其中，所述控制器根据检测到的所述第一风机和所述第二风机的出风口的所述出风量控制所述第一调节阀和所述第二调节阀的开度，以调整所述第一风机和所述第二风机的所述出风量在预定的风量范围内。

进一步，所述控制器为可编程逻辑控制器。

本实用新型通过控制器配合变频器控制第一风机和第二风机启动、调速以及在变频和工频状态下的切换，切换便捷且精度高，且能够实现风机的平滑切换，有效避免了制硫炉操作波动。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的风机控制系统的电气连接结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的风机控制系统的供电检测单元与控制器间连接结构示意图；

图3为本实用新型的一实施例的风机控制系统的信号流转示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的风机控制系统1，包括：

电源11，其中电源11以工频三相电网电源为例进行说明。然而，本实用新型的电源并不局限于此，例如也可以为直流电源。

第一变频切换单元12，用于根据控制信号将第一风机2切换至由第一变频供电支路供电。第一变频切换单元12根据控制信号做相应动作，将第一风机2切换至由第一变频供电支路供电，第一风机2的风机电机21变频运行，并且此时第一风机2的风量可调。

第一工频切换单元13，用于根据控制信号将第一风机2切换至由第一工频供电支路供电。第一工频切换单元13根据控制信号做相应动作，将第一风机2切换至由第一工频供电支路供电，第一风机2的风机电机21工频运行。

第二变频切换单元14，用于根据控制信号将第二风机3切换至由第二变频供电支路供电。第二变频切换单元14根据控制信号做相应动作，将第二风机3切换至由第二变频供电支路供电，第二风机3的风机电机31变频运行，并且此时第二风机3的风量可调。

第二工频切换单元15，用于根据控制信号将第二风机3切换至由第二工频供电支路供电。第二工频切换单元15根据控制信号做相应动作，将第二风机3切换至由第二工频供电支路供电，第二风机3的风机电机31工频运行。

变频器16，用于调节所述第一风机2和所述第二风机3的转速。其中，在上述第一变频供电支路和第二变频供电支路导通时，第一风机2和第二风机3可以于变频器16的控制下调节风量。

控制器17，根据所述控制信号控制所述第一变频切换单元12、第一工频切换单元13、第二变频切换单元14和第二工频切换单元15动作，进而在需要切换风机时，例如在风机发生故障时，将故障风机(第一风机2或第二风机3)的电机切到工频运转，即将第一风机2同时切换至由第一工频供电支路供电或将第二风机3同时切换至由第二工频供电支路供电。

本实施例中的第一风机2和第二风机3中一个为主风机，另一个为备用风机，风机正常时仅由主风机供风，备用风机并不工作。以第一风机2为主风机为例进行说明，如上所述当第一风机2发生故障时，并且变频器16输出的变频电源与电源输出的工频电源之间满足一定条件时，由控制器17发出控制信号控制第一工频切换单元13动作，将第一风机2切换至由第一工频供电支路供电，以使发生故障的第一风机2切换至工频运行。如此可以使总供风量在切换前后相差不大，从而实现电机由变频电路到工频电网平稳、无扰切换。在完成上述变频至工频切换，经短暂延时后再次启动变频器16带第二风机3的电机31运转，当达到工艺要求风量时，切断工频运转的第一风机2的电机21。

本实施例在变频器16和控制器17的配合控制下，可以在需要切换风机时控制第一风机2和第二风机3通过相应的供电支路工作，以实现风机的平滑切换，有效避免制硫炉操作波动的目的。本实施例以第一风机2为主风机，第二风机3为备用风机为例进行说明，然而本实用新型并不局限于此，第二风机3可以为主风机，第一风机2为备用风机，相应的第二风机3和第一风机2之间的切换过程也要做相应变化。由于在本实施例中已经对风机的切换进行了详细描述，在此不再赘述。

本实施例中第一变频切换单元12可以包括第一开关KM1，包括第一端、第二端和控制端，所述第一开关KM1的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第一开关KM1的所述第二端耦接所述变频器16的第一端，所述第一开关KM1的所述控制端耦接所述控制器17。第二开关KM2，包括第一端、第二端和控制端，所述第二开关KM2的所述第一端耦接所述变频器16的第二端，所述第二开关KM2的所述第二端耦接所述第一风机2，所述第二开关KM2的所述控制端耦接所述控制器17。第一开关KM1和第二开关KM2在控制器17的控制信号的作用下闭合或关断动作。其中，所述控制器17根据所述控制信号控制所述第一开关KM1和所述第二开关KM2闭合时，所述第一风机2由所述第一变频供电支路供电，亦即第一风机2在工作正常时，第一风机2的电机21在变频下运行。本实施例中第一工频切换单元13包括第三开关KM3，包括第一端、第二端和控制端，所述第三开关KM3的所述第一端耦接所述电源11的输出端，所述第三开关KM3的所述第二端耦接所述第一风机2，所述第三开关KM3的所述控制端耦接所述控制器17，根据控制器17的控制信号控制第三开关KM3的闭合或关断动作。其中，所述控制器17根据所述控制信号控制所述第三开关KM3闭合时，所述第一风机2由所述第一工频供电支路供电。

本实施例中第二变频切换单元14可以包括第四开关KM4，包括第一端、第二端和控制端，所述第四开关KM4的所述第一端耦接所述电源11的输出端，所述第四开关KM4的所述第二端耦接所述变频器16的第一端，所述第四开关KM4的所述控制端耦接所述控制器17。第五开关KM6，包括第一端、第二端和控制端，所述第五开关KM6的所述第一端耦接所述变频器16的第二端，所述第五开关KM6的所述第二端耦接所述第二风机3，所述第五开关KM6的所述控制端耦接所述控制器17。第四开关KM4和第五开关KM6在控制器17的控制信号的作用下闭合或关断动作。其中，所述控制器17根据所述控制信号控制所述第四开关KM4和所述第五开关KM6闭合时，所述第二风机3由所述第一变频供电支路供电，亦即第二风机3在工作正常时，第二风机3的电机21在变频下运行。本实施例中第二工频切换单元15包括第六开关KM5，包括第一端、第二端和控制端，所述第六开关KM5的所述第一端耦接所述电源11的输出端，所述第六开关KM5的所述第二端耦接所述第二风机3，所述第六开关KM5的所述控制端耦接所述控制器17，根据控制器17的控制信号控制第六开关KM5的闭合或关断动作。其中，所述控制器17根据所述控制信号控制所述第六开关KM5闭合时，第一工频供电支路导通，所述第一风机2由所述第一工频供电支路供电。

本实施例中第一变频供电支路和第二变频供电支路均经过同一变频器16，由同一变频器16分别带动第一风机2的电机21和第二风机的电机22，这样减少了一台同规格变频器的使用，降低了成本。变频器16的输出频率在0～50Hz范围内连续可调，当酸性气量较小时，所需空气量降低，风机维持低速运行；当酸性气量增大，所需空气量升高时，变频器输出频率会一直上升到50Hz时,因此在工艺所需空气量发生变化时，系统会自动调整风机转速，使风量快速实时响应变化，从而实现了自动调节的目的。

如图2所示，本实用新型的一实施例风机控制系统1还包括供电检测单元18，用于检测所述电源11输出的第一电压信号和所述变频器16输出的第二电压信号。供电检测单元18包括工频相位检测电路181和变频器输出相位检测电路182。工频相位检测电路181将工频电源正弦波转换为方波信号。变频器输出相位检测电路182可将变频器输出线电压波形转换为方波信号。本实用新型可以采用现有常规的工频相位检测电路181和变频器输出相位检测电路182。控制器17可以采用可编辑逻辑控制器(PLC)包括比较器171，用于比较所述第一电压信号与所述第二电压信号的频率和相位是否一致；信号发生器172，用于当检测的所述第一电压信号和所述第二电压信号的频率和相位一致时产生变频切换至工频的控制信号。其中，所述控制器17根据所述控制信号将所述第一风机2由所述第一变频供电支路供电切换至由所述第一工频供电支路供电，并且使所述第二变频切换单元动作，进而启动所述第二风机由所述第二变频供电支路供电。然而，控制器17并不局限于PLC，也可以采用本领域其他的常用控制器。

如图3所示，本实用新型的另一实施例的风机控制系统还包括：第一流量传感器202，用于检测所述第一风机2的出风口的出风量。并转化为模拟量信号送至风机控制系统1的控制器17内设定的喘振界区安全流量值相比较。第一调节阀201，耦接于所述第一风机2的送风口和所述出风口之间。第二流量传感器302，用于检测所述第二风机3的出风口的出风量。并转化为模拟量信号送至风机控制系统1的控制器17内设定的喘振界区安全流量值相比较。第二调节阀301，耦接于所述第二风机3的送风口和所述出风口之间。其中，所述控制器17根据检测到的所述第一风机2和所述第二风机3的出风口的所述出风量与喘振界区安全流量值的比较结果，控制所述第一、第二调节阀201、301的开度，以调整所述第一风机2和所述第二风机3的所述出风量在预定的风量范围内，来确保风机始终运行在远离喘振区的状态下。

以上对本实用新型的风机控制系统的结构做了详细介绍，为了使本领域技术人员更清楚的理解本实用新型的方案，现将本实用新型的风机控制系统的切换操作模式介绍如下：

当该风机控制系统检测到风机故障信号或连锁停机信号，则自动启动切换程序，通过相位捕捉，当变频电源与工频电源达到一致时，将故障电机切到工频运转，经短暂延时后再次启动变频器带另外一台电机运转，当达到工艺要求风量时，切断此时工频运转的电机。

由于变频器的输出端是禁止与电源端短接的，因此要对KM2与KM3之间、KM5与KM6之间设计电气互锁。而在工频运行时，变频器将不可能对电动机的过载进行保护，所以有必要接入热继电器KR，用于作为工频运行时的过载保护。具体动作过程参见图2。例如第一风机2的电机21运转过程中发生故障或发出风机连锁故障报警，PLC检测到故障信号后，通过供电检测单元对变频器输出电源和工频电源信号进行同步采样，当两者达到一致后发出指令断开KM1,变频器停机，随后断开KM2,之后延时0.2秒使KM3吸合，此时第一风机2的电机21已经切换至工频运行。PLC自动控制在KM3吸合延时0.2秒后，使KM4吸合，变频器再次启动，KM6吸合，至此第二风机3的电机31实现变频启动。当第二风机3的电机31运转正常后，断开KM3，第一风机2的电机21停止运转，切换过程结束。由第二风机3的电机31切换至第一风机2的电机21过程类似，在此不再赘述。

以下详细说明本实用新型的优点：

本实用新型的优势之一在于通过控制器配合变频器控制第一风机和第二风机启动、调速以及在变频和工频状态下的切换，切换便捷且精度高，且能够实现风机的平滑切换，有效避免了制硫炉操作波动。

本实用新型的优势之二是可以实现对变频器输出电源和工频电源信号进行同步采样，当变频器输出电源与工频电网电源达到同频同相时，给PLC发出切换指令，将电机切至工频运行。该功能可以实现切换电流小，而且电机转速在切换前后相差不大，减少了对电机设备的损坏和对电网的冲击。

本实用新型的优势之三是具有闭环自控系统，可根据工艺参数实现自动调节配风量，实现对克劳斯制硫炉风机的精确控制。另外，本实用新型可以接入多种远程控制信号及联锁报警信号，极大提高了设备利用率和自控率，使运行更加稳定可靠。

本实用新型的优势之四是可以控制两台互相备用的风机的不停机平滑切换，保证供风量稳定，减少停车几率。当需要切换风机时，将待停风机切至工频运行，经0.2秒延时即可让变频带备用风机启动，变频器工作后即刻实时根据给定信号变频驱动风机运转。此时两台风机处于同时供风状态。由于变频器实时接收来自仪表的调节信号，当炉内风量过大时，由流量传感器检测信号进行调节，可以暂时降低变频器的输出频率，使备用风机在与待停风机同时运转的过程中降低转速，当切断待停风机后，变频器又可以马上响应调节信号的变化，迅速增大输出频率，提高备用风机转速，从而使总的风量始终维持在生产工艺的需要风量值。不需要调节阀门控制风速，与常规的操控方式相比，操作简单而且响应快、精度高。

本实用新型的优势之五是启动风机时启动电流较小。一般克劳斯制硫炉风机功率较大，直接启动的启动电流能达到电机额定电流的6-7倍。本实用新型避免了直接启动时产生的启动电流对电网及机械设备的冲击。

以上具体地示出和描述了本实用新型的示例性实施方式。应该理解，本实用新型不限于所公开的实施方式，相反，本实用新型意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (9)

1.一种风机控制系统，其特征在于，包括：

电源；

第一变频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一变频供电支路供电；

第一工频切换单元，用于根据控制信号将第一风机切换至由第一工频供电支路供电；

第二变频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二变频供电支路供电；

第二工频切换单元，用于根据控制信号将第二风机切换至由第二工频供电支路供电；

变频器，用于调节所述第一风机和所述第二风机的转速；

控制器，根据所述控制信号控制所述第一变频切换单元、第一工频切换单元、第二变频切换单元和第二工频切换单元动作，进而控制所述第一风机和所述第二风机通过相应的供电支路工作。

2.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述风机控制系统还包括供电检测单元，用于检测所述电源输出的第一电压信号和所述变频器输出的第二电压信号。

3.如权利要求2所述的风机控制系统，其特征在于，所述控制器包括：

比较器，用于比较所述第一电压信号与所述第二电压信号的频率和相位是否一致；

信号发生器，用于当检测的所述第一电压信号和所述第二电压信号的频率和相位一致时产生所述控制信号；

其中，所述控制器根据所述控制信号将所述第一风机由所述第一变频供电支路供电切换至由所述第一工频供电支路供电，并且使所述第二变频切换单元动作，进而启动所述第二风机由所述第二变频供电支路供电。

4.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述第一变频切换单元包括：

第一开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第一开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第一开关的所述第二端耦接所述变频器的第一端，所述第一开关的所述控制端耦接所述控制器；

第二开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第二开关的所述第一端耦接所述变频器的第二端，所述第二开关的所述第二端耦接所述第一风机，所述第二开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第一开关和所述第二开关闭合时，所述第一风机由所述第一变频供电支路供电。

5.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述第一工频切换单元包括：

第三开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第三开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第三开关的所述第二端耦接所述第一风机，所述第三开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第三开关闭合时，所述第一风机由所述第一工频供电支路供电。

6.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述第二变频切换单元包括：

第四开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第四开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第四开关的所述第二端耦接所述变频器的第一端，所述第四开关的所述控制端耦接所述控制器；

第五开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第五开关的所述第一端耦接所述变频器的第二端，所述第五开关的所述第二端耦接所述第二风机，所述第五开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第四开关和所述第五开关闭合时，所述第二风机由所述第二变频供电支路供电。

7.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述第二工频切换单元包括：

第六开关，包括第一端、第二端和控制端，所述第六开关的所述第一端耦接所述电源的输出端，所述第六开关的所述第二端耦接所述第二风机，所述第六开关的所述控制端耦接所述控制器；

其中，所述控制器根据所述控制信号控制所述第六开关闭合时，所述第二风机由所述第二工频供电支路供电。

8.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，还包括：

第一流量传感器，用于检测所述第一风机的出风口的出风量；

第二流量传感器，用于检测所述第二风机的出风口的出风量；

第一调节阀，耦接于所述第一风机的送风口和所述出风口之间；

第二调节阀，耦接于所述第二风机的送风口和所述出风口之间；

其中，所述控制器根据检测到的所述第一风机和所述第二风机的出风口的所述出风量控制所述第一调节阀和所述第二调节阀的开度，以调整所述第一风机和所述第二风机的所述出风量在预定的风量范围内。

9.如权利要求1所述的风机控制系统，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。