采用电接点压力表和变频器控制采暖锅炉补水泵的方法

2014-10-10郭荣祥张利华

制造业自动化 2014年15期

郭荣祥，刘畅，张利华

GUO Rong-xiang1, LIU Chang1, ZHANG Li-hua2

（1.内蒙古科技大学信息工程学院，包头 014010；2.包头市产品质量计量检测所，包头 014030）

0 引言

任何一种设备，它的高质量、高可靠性、高稳定性、低价格、低故障率、低维护成本最受用户欢迎。实现同样的功能，越简单越好。对于用户而言，简单可靠低成本，便于维护，即使性能稍差，也倍受青睐。上世纪九十年代，热水采暖锅炉补水泵就已经开始采用变频器驱动以控制锅炉补水压力。文献[1]对补水泵采用变频器驱动时的控制方法进行了介绍，但不是很具体。文献[2]至[4]对变频调速控制原理及节能分析介绍较多，仅给出了原理框图，无具体电路。文献[5]尽管给出了原理框图和电气控制简图，但较粗略，控制电路采用模拟电路，比较落后。直到现在，补水泵采用变频器控制的方法没有太大变化，多采用电阻远传压力表或压力变送器进行测压，压力采样点在循环泵的入口处，且多采用PID调节功能进行闭环控制。采用电接点压力表进行测压并控制变频器的输出频率，使锅炉供暖系统压力在要求的范围。

1 补水压力控制点确定及控制原理

供热采暖锅炉补水泵应保证整个供热系统充满水，管网内不进空气，避免影响供暖质量。许多文献介绍的压力采样点在热水循环泵的入口处，其特点是当循环泵运行时，其入口压降低，需要的补水压低，补水泵变频器输出频率低，补水泵转速无需太高即可满足所要求的压力，其原因是利用了循环泵的吸程。当循环泵停止运行时，其入口压升高，超过了所设定的压力，补水泵停止运行。一旦循环泵停止运行，其出口压会降低，极易造成建筑物最高处缺水而进气，从而影响用户采暖。导致这一现象的原因是补水泵的压力控制点不够合理，因而找到合适的压力控制点并对该点压力进行控制成为解决问题的关键。合理的压力控制点应保证在循环泵停止运行后供热管网内不进气，不管循环泵是否运行，管网内都应充满水，既不进气，补水压又不是太高，以保证供热管网和暖气片的安全，避免供暖设施和管路渗漏。图1中箭头方向表示循环水流动方向，阀门3处为压力采样控制点。为了保证循环泵运行与停止时压力控制点的压力相同，可以通过调节阀门1和阀门2的开度来实现。具体操作时，应使压力采样点的压力在循环泵运行时比停止时略低，这样可以在循环泵停止运行后补水泵也停止运行。

与补水压控制点在循环泵入口处的方式相比较，这种方式需要在循环泵的出口与入口之间增加测压管路及阀门，如图1中的阀门1、阀门2及其管路。阀门及管路采用4分阀及4分管即可，压力测量和控制采用电接点压力表，控制原理如图2所示。压力设定通过电接点压力表的上下限指针完成，二者的间隔不必太大，在0.02MPa即可，在无二次加压的情况下，压力下限值应略高于建筑物高度。当管网压力降为下限值或低于下限值时，变频器输出频率增大，水泵加速，补水量增加，当管网压力达到上限值时，变频器输出频率下降，水泵减速，补水量减少，当管网压力介于上下限之间时，变频器输出频率保持不变，水泵恒速运行，从而确保管网压在设定的范围之内。

图1 压力控制点示意图

图2 控制原理图

2 补水泵电气主电路

锅炉补水泵多采用一用一备的两台泵工作方式，也有采用多用一备的方式，本文以两用一备的三台泵方式为例进行介绍。为了在变频器故障时补水泵仍能为锅炉补水，所设计的电路应包括变频运行和工频运行两部分，通过转换开关进行切换。图3给出了三台泵的主电路图。

图3 补水泵电气主电路

图3中，变频器选用富士电机株式会社生产的专门用于驱动风机水泵类负载的FRENIC5000P11S系列产品。接触器KM0为变频器的进线接触器，KM1、KM3和KM5是由变频器驱动三台电动机的切换接触器，三者不应同时吸合，同一时间只能有一台吸合，且控制电路中必须有互锁功能，以确保变频器只驱动一台电动机。KM2、KM4和KM6是工频运行接触器，在水泵电机工频运行时吸合。FR1、FR2和FR3为三台电动机工频运行时对其进行过载和缺相保护的热继电器。

3 补水泵电气控制电路

图4即为与图3主电路相对应的控制电路。图4中的QF为控制电路电源开关，SW为转换开关，用于选择补水泵的手动工频运行方式和自动变频运行方式，每台补水泵通过相应的按钮起动或停止。工频与变频之间通过接触器线圈回路里互串对方的常闭触点进行互锁。用于3台泵变频运行的接触器KM1、KM3和KM5也设置了互锁，以避免变频器同时驱动多台电动机。30A与30C之间的虚线框内的常开触点为变频其内部继电器触点，用于自动运行时控制第二台电机的起停。在自动状态时，当变频器驱动一台水泵补水时，若变频器输出频率已达到最大频率（一般设为50Hz），补水压力仍不能满足要求，该触点闭合，自动工频起动第二台水泵。当两台泵补水时压力超出设定压力，且变频器输出频率为最低时，该触点断开，自动停止第二台水泵。具体由哪两台水泵运行，通过按钮来控制。比如要让1号泵和2号泵运行，则按下SB1进行起动，1号泵变频运行，补水压力不足时，自动起动2号泵，2号泵工频运行，当超压时，自动停止2号泵。如果让3号泵和1号泵运行，则按下SB3按钮，3号变频运行，补水压力不足时，自动起动1号泵，1号泵工频运行，当超压时，自动停止1号泵。

4 变频器控制端接线及参数设置

图4 补水泵电气控制电路

图5所示为变频器控制端接线图。图中，数字输入端FWD的通断决定变频器的运行状态，由变频器供电接触器KM0的常开辅助触点控制，一旦接触器KM0吸合，变频器得电，辅助触点接通，变频器就开始运行。当KM0断开时，FWD端无输入信号，变频器停止运行。H和L为电接点压力表的上下限触点，可以在表上进行调节。数字输入端X1和X2的通断决定变频器频率的变化。当X1端接通X2端断开时变频器频率上升，而数字输入端X1端断开X2端接通时变频器频率下降，二者同时接通或同时断开，变频器频率保持不变。