電熱鍋爐循環泵自動控制系統的設計方法

畢海員

（國家新聞出版廣電總局呼和浩特地球站，內蒙古 呼和浩特 010070）

隨著人們對城市環境改善要求的提高，影響空氣質量的燃煤鍋爐逐漸遭到淘汰，電熱鍋爐和燃氣鍋爐的用量逐年增加，特別是小型電熱鍋爐或燃氣鍋爐，非常適合北方小型熱用戶的冬季采暖。鍋爐內的水經采暖鍋爐加熱并通過相配套的熱水循環泵輸送到建筑物內的暖氣片中散熱，降溫后的水又返回到鍋爐進行加熱，水是熱量的載體。當氣溫變化時，建筑物內所需要的熱量隨之而變。為了將建筑物內溫度保持在合適的范圍，當氣溫升高時，建筑物內需要的熱量減少，氣溫降低時，則需要的熱量增加，這種變化隨著白晝的變化和天氣的變化而變化，控制循環泵的速度即可控制輸送到建筑物內的熱量，從而適應這種變化。因此，通過變頻裝置控制管道循環泵電動機的通斷，并隨著室外氣溫的變化自動調節循環水泵的轉動速度，即可保持室內溫度在要求的溫度范圍內，從而節約了電能。

1 循環泵控制策略

循環泵起著輸送熱量的作用，盡管目前許多循環泵已采用變頻調速控制，但變頻裝置的輸出頻率卻要靠人來手動調節，能進行自動調節的極少。循環泵工作原理如圖1所示。圖中，高位水箱用于給熱網補水，電鍋爐產生熱量，把降溫后的水加熱，箭頭方向為熱水流動方向。

循環泵在輸送熱量的過程中，若保持轉速恒定，則降溫后的低溫水在鍋爐內受熱時間不變，升溫后的高溫水在熱用戶端放熱時間不變。隨著氣溫的變化，電鍋爐出水和回水的溫度差發生變化，出現室溫偏高或偏低的情況，供暖質量和系統運行效率低下。為了提高鍋爐運行效率、節約電能，對循環泵的轉速進行控制，使電鍋爐的出水和回水溫差保持恒定，通過控制電鍋爐的加熱狀態改變其出水溫度，使熱用戶建筑物內的溫度控制在要求的范圍之內。隨著氣溫的升高，室內用熱量減少，循環泵輸送的熱量相應減少，其轉速下降；反之，循環泵轉速上升。

2 循環泵電氣主電路

電鍋爐的循環水泵一般都用一備一，分為主用泵和備用泵，為了保證變頻器在發生故障時循環泵仍可以正常工作，把設計的電路分為變頻下運行和工頻下運行兩部分，通過有效地控制電路進行控制。

圖2是兩臺循環水泵電機的主線路圖。

圖1 循環泵工作原理圖

QF為三相電源進線開關，變頻器TA的工頻電源接觸器KF5吸合時變頻器得電。變頻器輸出端接觸器KF1、KF3與兩臺電動機相連接，兩個接觸器不能同時吸合，同一時間只能有一個吸合送電，所以控制電路中要設置互鎖電路。KF2、KF4是兩臺循環泵的電動機在工頻下運行的接觸器，在工頻狀態下吸合。BB1、BB2為兩臺循環水泵在工頻下運行時進行過載或缺相保護的熱繼電器。

3 循環水泵電氣控制電路

圖3所示的控制電路與圖2主電路相對應。圖中的QF1是控制電路的電源開關，SF5是切換開關，當SF5打到1位時，循環水泵由變頻器送電，通過操作按鈕SF1和SF2控制循環水泵電動機MA1進行起停，操作按鈕SF3和SF4控制電動機MA2的起停。當SF5打到2位時，通過操作按鈕使循環水泵接入工頻交流電，操作相應按鈕啟動對應的電動機。為了避免電動機同時接入工頻交流電和變頻交流電，控制電路中設置了互鎖，圖中KF1和KF2、KF3和KF4就是這個作用。由于變頻器只能給一臺循環水泵的電動機供電，兩臺電動機之間也設置了互鎖，如圖中所示的KF1和KF3常閉觸點。

圖2 循環水泵電機電氣主電路

圖3 循環水泵電氣控制電路

4 變頻器控制端接線及參數設置

由于變頻器品牌不同，控制端接線和參數設置有所不同，本文以ABB風機水泵類變頻器ACS510系列產品為例進行介紹。變頻器控制端接線圖如圖4所示。給變頻器供電的KF5接觸器的常開輔助觸點控制著數字輸入端DI1的通斷，決定著變頻器的運行狀態，若KF5接觸器吸合，變頻器便得電，變頻器開始正常運行。當KF5斷開時，DI1端沒有了輸入信號，變頻器便停止運行。變頻器兩路模擬量輸入端分別是AI1和AI2，分別對應著電鍋爐的出水溫度和回水溫度。鍋爐的出回水溫度采用熱電阻進行測量，通過智能數字顯示儀表進行顯示并轉化為兩路0～20 mA模擬量信號輸入到變頻器。利用變頻器內部的差運算功能完成出回水溫差運算，差值作為PID調節器的反饋，通過內部PID調節器功能實現閉環控制，出回水溫差給定值經由變頻器內部參數設定。

圖4 變頻器控制端接線圖

變頻器主要參數設置如下：

9902：6，PID應用宏；9905：380 V，電機額定電壓；9906：電機額定電流1；9907：50 Hz，電機額定頻率；9909：電機額定功率；1001：1，DI1端——兩線控制啟停，DI1得電啟動，DI1斷電停止；1003：1，電機轉向為正轉；1201：0，恒速功能無效；1301：0，AI1低限；1302：100%，AI1高限；1304：0，AI2低限；1305：100%，AI2高限；2007：30 Hz，頻率下限；2008：50 Hz，頻率上限；2202：15 s，加速時間；2203：15 s，加速時間；4001：PID調節器比例增益；4002：PID調節器積分時間常數；4003：PID調節器微分時間常數；4010：19，PID調節器的給定值為內部給定；4011：為PID調節器設置一個內部給定；4014：2，選擇AI1-AI2為反饋信號。其他參數設置采用變頻器出廠默認值。

5 結論

實際運行表明，電熱鍋爐循環泵采用變頻調速控制，不僅節約用電，且室溫更易穩定，加之變頻器的各種保護功能，使得設備更可靠，日常維護工作量減少，運行成本降低，深受用戶好評。