淺析基于可編程邏輯控制器主控的換熱站變頻調速系統的應用探究論

　　摘要：我國現今投入使用的普通換熱站多采用人工開關閥門控制流量，系統的頻繁啟動不僅浪費電能，更加劇了器材損耗、引發噪聲污染。本文通過探究以可編程邏輯控制器為主控的換熱站變頻調速運作，切實提高了換熱效率，緊密貼合了當下節能減排的趨勢。

　　關鍵詞：電機變頻可編程邏輯控制器節能減排

　　0引言

　　利用火力發電廠蒸汽輪機發電后的余熱在冬季對北方城市實行集中供熱是合理利用能源、提高能源利用率、減少環境污染的、改善人民生活的有效措施與重要途徑。集中供熱已成為我國北方冬季供暖的主要形式，并逐步于其他地區實施應用。

　　對于我國現今投入使用的普通換熱站，循環泵和補水泵多采用人工開關閥門控制流量，使管路的阻尼增大造成電能浪費；供暖系統的頻繁啟動在加劇設備損耗的同時亦產生較大噪聲，影響了施工人員的工作環境與周邊居民的生活環境。為有效解決上述問題，我們對一原裝配有3臺（75kW）循環水泵、2臺（7.5kW）補水泵的換熱站增加變頻功能，以可編程邏輯控制器（PLC）為主控機，完成相關項目的檢測。秉著提高換熱效率、實現節能減排的目的，建立規范的測控和操作平臺，實現了供暖的全自動控制。

　　1PLC變頻水泵的節能技術及工作原理

　　1.1系統的整體設計與基本構成

　　整個恒壓供暖系統由ACS550變頻自動控制裝置與水泵電機組合而成。該裝置由變頻器（內含PID調節器）、可編程時控開關、可編程控制器、遠傳壓力傳感器、相關電氣控制部件構成，是一種具有變頻調速和全自動閉環控制功能的機電一體化智能設備，實現了同時對三臺380V、50Hz的水泵電機的自動控制。

　　1.2PLC主控的基本工作原理

　　可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境應用而設計制造的數字運算操作的電子裝置。它具有豐富的輸入、輸出接口，并且具有較強的驅動能力；它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制生產過程。

　　1.3補水泵的變頻恒壓控制

　　在供暖系統中，回水管的水壓高度必須高于用戶系統的充水高度，以防系統倒吸入空氣，腐蝕管道；運行過程中管道、閥門的泄漏引起循環水水壓的降低，如不及時補水會造成供熱系統的不正常運行。因此，維持系統回水壓力的穩定是系統正常運行的基本前提。

　　利用補水泵根據設定壓力調整輸出頻率可使系統的二次回水壓力保持穩定。利用壓力傳感器實時監測系統，將系統內熱水水壓作為反饋信號傳送給PLC；PLC將該反饋信號與給定壓力值進行比較，判斷所需補水量的增減。變頻控制柜根據PLC的操作指令，通過改變速度頻率控制補水泵的轉速，從而實現系統補水量的改變以維持系統恒壓點的壓力穩定。

　　根據換熱站實際運行情況，若系統內熱水水壓為XMPa，回水主管上的水壓經壓力傳感器變換為10X—50XmA的反饋信號傳送至PLC輸入端。PLC內的給定值設置為10Xkg，當供熱系統的壓力低于10Xkg時，PLC輸出操作指令使變頻器輸出頻率上升，回水主管開始補水；達到10Xkg時，反饋信號與給定信號基本相等，變頻器輸出頻率下降，停止補水。通過控制補水量確保了系統回水壓力的穩定。

　　1.4二次供水溫度的控制

　　我國冬季北方城鎮居民住宅內大多未裝設室溫調節器，且系統對眾多熱用戶的室溫難以形成閉環控制。故換熱站二次供水溫度的控制是確保供熱質量、實現系統按需供熱的關鍵，是確保系統經濟運行的重要手段。管理人員可通過修改二次供水溫度調節曲線保證在不同室外溫度條件下的相應二次管網供水溫度。

　　1.5循環泵變頻調速與泵轉換控制

　　根據壓力傳感器與PLC控制器的處理，使變頻控制柜在壓力到達上限設定值后適時適量控制循環泵轉速以調節其輸出流量。系統采用循環投切的方式，將二次側回水壓力經壓力傳感器輸出反饋信號傳送至PLC，經PLC處理后傳送操作指令至變頻器作為調速控制信號，在滿足用戶端供暖負荷要求的前提下令電機在整個系統運行過程中的能耗最低。

　　當壓力到達上限設定值時，1#循環泵變頻啟動。若變頻頻率到達上限仍不滿足要求，則在利用時間繼電器（KT）產生一定延時后，1#循環泵變頻轉工頻運行，同時啟動2#循環泵變頻運行。

　　當設定的泵轉換時間到達后，1#補水泵變頻轉2#補水泵變頻運行；啟動3#循環泵變頻運行，停止1#循環泵工頻運行，2#循環泵變頻轉工頻運行。在泵轉換時間再次到達后，循環泵與補水泵的轉換過程根據上述變換類推。

　　運行過程中任何一臺循環泵引起熱過載繼電器動作后，或變頻器產生故障后，相應循環泵轉另一臺工頻運行。補水泵在運行過程中如引發熱過載繼電器動作，則對應補水泵轉另一臺變頻運行；若變頻器發生故障，則對應補水泵轉另一臺工頻運行。

　　2系統經濟效益與社會效益分析

　　普通換熱站中循環泵與補水泵在供熱系統中承擔補充失水和維持二次回水壓力穩定等作用，故系統具有啟動頻繁的特點，會對電網造成巨大沖擊，易加劇管路止回閥的損失、造成保護裝置的誤動作。而變頻調速水泵的電機從零速變速向工頻轉速過渡，運行較平穩，削弱對電網沖擊的同時亦延長了電機的使用壽命。與此同時，變頻調速系統使噪聲密度與噪聲音量明顯降低，改善了換熱站的工作運行環境與周邊居民的生活環境，經濟效益與社會效益兼具。

　　水泵揚程與電機轉速平方成正比，水泵軸功率與電機轉速立方成正比。當系統需要流量降低時，降低轉速，相應水泵流量降低，從而水泵軸功率降低，節約電能效果顯著。采用變頻調速系統，亦避免了采用閥門調節時不必要的閥門壓頭損耗。

　　供熱實際操作時,常采用閥門調節流量,增大了系統的阻力,造成較大耗能。實現循環泵變頻調速后,所有的閥門開度最大,令系統的阻力最小。根據二次側回水壓力和熱用戶所處高度要求的最低揚程來控制循環泵變頻器的轉速,可大大減少循環泵的流量。當平均流量是設計流量的70%時,節電率可按GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式計算,得節電率高達52.3%，節能效益十分可觀。

　　參考文獻：

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