采用電接點(diǎn)壓力表和變頻器控制采曖鍋爐補(bǔ)水泵的方法
針對目前熱水采暖鍋爐補(bǔ)水泵變頻調(diào)速控制時(shí)普遍采用的PID閉環(huán)控制方法，提出了采用電接 點(diǎn)壓力表進(jìn)行測量和控制的方法，給出了電路原理圖和變頻器的參數(shù)設(shè)置以及補(bǔ)水壓力設(shè)定 方法。實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效果理想，可推廣應(yīng)用。
引言
任何一種設(shè)備，它的高質(zhì)量、高可靠性、高 穩(wěn)定性、低價(jià)格、低故障率、低維護(hù)成本最受用 戶歡迎。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，越簡單越好。對于用 戶而言，簡單可靠低成本，便于維護(hù)，即使性能 稍差，也倍受青睞。上世紀(jì)九十年代，熱水采暖 鍋爐補(bǔ)水泵就已經(jīng)開始采用變頻器驅(qū)動(dòng)以控制鍋 爐補(bǔ)水壓力。文獻(xiàn)對補(bǔ)水泵采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí) 的控制方法進(jìn)行了介紹，但不是很具體。文獻(xiàn)至對變頻調(diào)速控制原理及節(jié)能分析介紹較多， 僅給出了原理框圖，無具體電路。文獻(xiàn)盡管給 出了原理框圖和電氣控制簡圖，但較粗略，控制 電路采用模擬電路，比較落后。直到現(xiàn)在，補(bǔ)水 泵采用變頻器控制的方法沒有太大變化，多采用 電阻遠(yuǎn)傳壓力表或壓力變送器進(jìn)行測壓，壓力采 樣點(diǎn)在循環(huán)泵的入口處，且多采用PID調(diào)節(jié)功能進(jìn) 行閉環(huán)控制。采用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行測壓并控制 變頻器的輸出頻率，使鍋爐供暖系統(tǒng)壓力在要求 的范圍。
1.補(bǔ)水壓力控制點(diǎn)確定及控制原理
供熱采暖鍋爐補(bǔ)水泵應(yīng)保證整個(gè)供熱系統(tǒng)充 滿水，管網(wǎng)內(nèi)不進(jìn)空氣，避免影響供暖質(zhì)量。許 多文獻(xiàn)介紹的壓力采樣點(diǎn)在熱水循環(huán)泵的入口 處，其特點(diǎn)是當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，其入口壓降低， 需要的補(bǔ)水壓低，補(bǔ)水泵變頻器輸出頻率低，補(bǔ) 水泵轉(zhuǎn)速無需太高即可滿足所要求的壓力，其原 因是利用了循環(huán)泵的吸程。當(dāng)循環(huán)泵停止運(yùn)行 時(shí)，其入口壓升高，超過了所設(shè)定的壓力，補(bǔ)水 泵停止運(yùn)行。一旦循環(huán)泵停止運(yùn)行，其出口壓會(huì) 降低，極易造成建筑物最高處缺水而進(jìn)氣，從而 影響用戶采暖。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是補(bǔ)水泵的 壓力控制點(diǎn)不夠合理，因而找到合適的壓力控制 點(diǎn)并對該點(diǎn)壓力進(jìn)行控制成為解決問題的關(guān)鍵。 合理的壓力控制點(diǎn)應(yīng)保證在循環(huán)泵停止運(yùn)行后供 熱管網(wǎng)內(nèi)不進(jìn)氣，不管循環(huán)泵是否運(yùn)行，管網(wǎng)內(nèi)都 應(yīng)充滿水，既不進(jìn)氣，補(bǔ)水壓又不是太高，以保證 供熱管網(wǎng)和暖氣片的安全，避免供暖設(shè)施和管路滲 漏。圖1中箭頭方向表示循環(huán)水流動(dòng)方向，閥門3處 為壓力采樣控制點(diǎn)。為了保證循環(huán)泵運(yùn)行與停止時(shí) 壓力控制點(diǎn)的壓力相同，可以通過調(diào)節(jié)閥門1和閥 門2的開度來實(shí)現(xiàn)。具體操作時(shí)，應(yīng)使壓力采樣點(diǎn) 的壓力在循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)比停止時(shí)略低， 這樣可以在 循環(huán)泵停止運(yùn)行后補(bǔ)水泵也停止運(yùn)行。
與補(bǔ)水壓控制點(diǎn)在循環(huán)泵入口處的方式相比 較，這種方式需要在循環(huán)泵的出口與入口之間增 加測壓管路及閥門，如圖1中的閥門1、閥門2及其 管路。閥門及管路采用4分閥及4分管即可，壓力 測量和控制采用電接點(diǎn)壓力表，控制原理如圖2所 示。壓力設(shè)定通過電接點(diǎn)壓力表的上下限指針完 成，二者的間隔不必太大，在0.02MPa即可，在無 二次加壓的情況下，壓力下限值應(yīng)略高于建筑物高度。當(dāng)管網(wǎng)壓力降為下限值或低于下限值時(shí)， 變頻器輸出頻率增大，水泵加速，補(bǔ)水量增加， 當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到上限值時(shí)，變頻器輸出頻率下 降，水泵減速，補(bǔ)水量減少，當(dāng)管網(wǎng)壓力介于上 下限之間時(shí)，變頻器輸出頻率保持不變，水泵恒 速運(yùn)行，從而確保管網(wǎng)壓在設(shè)定的范圍之內(nèi)。
2.補(bǔ)水泵電氣主電路
鍋爐補(bǔ)水泵多采用一用一備的兩臺(tái)泵工作方 式，也有采用多用一備的方式，本文以兩用一備 的三臺(tái)泵方式為例進(jìn)行介紹。為了在變頻器故障 時(shí)補(bǔ)水泵仍能為鍋爐補(bǔ)水，所設(shè)計(jì)的電路應(yīng)包括 變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行兩部分，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行 切換。圖3給出了三臺(tái)泵的主電路圖。
圖3中，變頻器選用富士電機(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)的 專門用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載的FRENIC5000P11S 系列產(chǎn)品。接觸器KM0為變頻器的進(jìn)線接觸器， KM1、KM3和KM5是由變頻器驅(qū)動(dòng)三臺(tái)電動(dòng)機(jī) 的切換接觸器，三者不應(yīng)同時(shí)吸合，同一時(shí)間只 能有一臺(tái)吸合，且控制電路中必須有互鎖功能， 以確保變頻器只驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。KM2、KM4和 KM6是工頻運(yùn)行接觸器，在水泵電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí) 吸合。FR1、FR2和FR3為三臺(tái)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí) 對其進(jìn)行過載和缺相保護(hù)的熱繼電器。
3.補(bǔ)水泵電氣控制電路
圖4即為與圖3主電路相對應(yīng)的控制電路。圖 4中的QF為控制電路電源開關(guān)，SW為轉(zhuǎn)換開關(guān)， 用于選擇補(bǔ)水泵的手動(dòng)工頻運(yùn)行方式和自動(dòng)變頻 運(yùn)行方式，每臺(tái)補(bǔ)水泵通過相應(yīng)的按鈕起動(dòng)或停 止。工頻與變頻之間通過接觸器線圈回路里互串 對方的常閉觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖。用于3臺(tái)泵變頻運(yùn)行 的接觸器KM1、KM3和KM5也設(shè)置了互鎖，以避 免變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。30A與30C之間的 虛線框內(nèi)的常開觸點(diǎn)為變頻其內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)， 用于自動(dòng)運(yùn)行時(shí)控制第二臺(tái)電機(jī)的起停。在自動(dòng) 狀態(tài)時(shí)，當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)水泵補(bǔ)水時(shí)，若變頻 器輸出頻率已達(dá)到最大頻率（一般設(shè)為50Hz)， 補(bǔ)水壓力仍不能滿足要求，該觸點(diǎn)閉合，自動(dòng)工 頻起動(dòng)第二臺(tái)水泵。當(dāng)兩臺(tái)泵補(bǔ)水時(shí)壓力超出設(shè) 定壓力，且變頻器輸出頻率為最低時(shí)，該觸點(diǎn)斷 開，自動(dòng)停止第二臺(tái)水泵。具體由哪兩臺(tái)水泵運(yùn) 行，通過按鈕來控制。比如要讓1號(hào)泵和2號(hào)泵運(yùn) 行，則按下SB1進(jìn)行起動(dòng)，1號(hào)泵變頻運(yùn)行，補(bǔ)水 壓力不足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)2號(hào)泵，2號(hào)泵工頻運(yùn)行， 當(dāng)超壓時(shí)，自動(dòng)停止2號(hào)泵。如果讓3號(hào)泵和1號(hào)泵 運(yùn)行，則按下SB3按鈕，3號(hào)變頻運(yùn)行，補(bǔ)水壓力 不足時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)1號(hào)泵，1號(hào)泵工頻運(yùn)行，當(dāng)超 壓時(shí)，自動(dòng)停止1號(hào)泵。
4.變頻器控制端接線及參數(shù)設(shè)置
圖5所示為變頻器控制端接線圖。圖中，數(shù)字 輸入端FWD的通斷決定變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，由變 頻器供電接觸器KM0的常開輔助觸點(diǎn)控制，一旦 接觸器KM0吸合，變頻器得電，輔助觸點(diǎn)接通， 變頻器就開始運(yùn)行。當(dāng)KM0斷開時(shí)，F(xiàn)WD端無輸入信號(hào)，變頻器停止運(yùn)行。H和L為電接點(diǎn)壓力表 的上下限觸點(diǎn)，可以在表上進(jìn)行調(diào)節(jié)。數(shù)字輸入 端X1和X2的通斷決定變頻器頻率的變化。當(dāng)X1端 接通X2端斷開時(shí)變頻器頻率上升，而數(shù)字輸入端 X1端斷開X2端接通時(shí)變頻器頻率下降，二者同時(shí) 接通或同時(shí)斷開，變頻器頻率保持不變。
變頻器的參數(shù)設(shè)置如下：
F00： 1，不可改變數(shù)據(jù)；
F01 ： 9，由端子UP和DOWN設(shè)定頻率的增
減；
F02： 1，由外部端子FWD輸入運(yùn)行命令，接 通運(yùn)行；
F03: 50Hz，變頻器的最高輸出頻率；
F04: 50Hz，變頻器的基本頻率；
F05: 380V，電動(dòng)機(jī)的額定電壓；
F06: 380V，變頻器的最高輸出電壓；
F07:加速時(shí)間；
F08:減速時(shí)間；
F10: 1，電子熱繼電器動(dòng)作；
F11:熱繼電器動(dòng)作設(shè)定值；
F12:熱繼電器動(dòng)作時(shí)間；
F14: 0，瞬時(shí)停電再起動(dòng)不動(dòng)作；
F15:頻率上限；
F16:頻率下限；
E01: 17，X1端子功能為增命令UP；
E02: 18，X2端子功能為減命令DOWN；
E24: 1，頻率到達(dá)時(shí)端子Y5A、Y5C接通； E30: 2，頻率動(dòng)作回環(huán)，當(dāng)頻率到達(dá)檢測值范圍內(nèi)時(shí)，Y5接通；
E31: 49Hz，變頻器輸出頻率動(dòng)作值；
E32: 2Hz，變頻器輸出頻率動(dòng)作滯后值；
E33: 1，輸出電流超過設(shè)定電流和設(shè)定的動(dòng)
作時(shí)間時(shí)進(jìn)行過載預(yù)報(bào)；
E34:過載預(yù)報(bào)值；
E35:過載預(yù)報(bào)動(dòng)作時(shí)間；
P01:電動(dòng)機(jī)級(jí)數(shù)；
P02:電動(dòng)機(jī)容量；
P03:電動(dòng)機(jī)額定電流；
其他參數(shù)設(shè)置采用變頻器出廠默認(rèn)值。
5.結(jié)論
經(jīng)多年的運(yùn)行證明，采用上述方法進(jìn)行控制的熱水鍋爐補(bǔ)水泵補(bǔ)水效果很好，采暖系統(tǒng)不缺水、不進(jìn)氣、滲漏少，壓力調(diào)節(jié)方便，故障率低，節(jié)電的同時(shí)，維護(hù)工作量少，深得用戶好評(píng)。
