專利名稱：智能節(jié)電器用自動控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)節(jié)電控制領(lǐng)域，尤其涉及智能節(jié)電器利用變頻技術(shù)使鍋爐給水泵系統(tǒng) 電動機(jī)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)的自動控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)鍋爐中，給水泵廣泛采用三相交流異步電動機(jī)作為動力源，對于鍋爐給水狀態(tài) 的控制，一般是按照鍋爐的負(fù)荷情況，根據(jù)鍋爐鍋筒內(nèi)水位的高低來對閥門操作實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)， 從而改變給水流量以滿足鍋爐用水需求；但在實(shí)際使用中，電動機(jī)不論鍋筒內(nèi)液位的高低 均在較大壓力狀態(tài)下重負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，且始終運(yùn)轉(zhuǎn)在額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，造成了能量的較大浪費(fèi)；
目前通常利用變頻技術(shù)采取恒壓供水的方式對電動機(jī)的輸入電壓和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之處 于效率較高狀態(tài)以達(dá)到節(jié)能目的。然而當(dāng)鍋爐負(fù)荷波動較大，即蒸汽量變化大時(shí)用水量也 頻繁變化，僅在給定壓力不變的情況下，實(shí)施給水壓力閉環(huán)控制較難保持鍋爐給水量與實(shí) 際需要量相平衡，仍然有較多的能量浪費(fèi)，因此節(jié)能的空間有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服智能節(jié)電設(shè)備現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種根據(jù)鍋爐液位信號來 實(shí)現(xiàn)鍋爐給水控制的智能節(jié)電器用自動控制裝置，以提高節(jié)電設(shè)備效率，并保持鍋爐液位 安全。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于包括 鍋爐液位傳感器，用于采集鍋爐液位信號；
液位變送器，其信號輸入端與鍋爐液位傳感器的信號輸出端連接，接收所述鍋爐液位 信號，并轉(zhuǎn)換為一標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出；
PID (Proportion Integration Differentiation,比例積分微分)調(diào)節(jié)儀，其信號輸入端與 液位變送器的信號輸出端連接，接收所述標(biāo)準(zhǔn)電信號，并實(shí)現(xiàn)鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號控制 輸出；變頻器，其模擬信號輸入端與PID調(diào)節(jié)儀的信號輸出端連接，接收所述鍋爐液位反饋 標(biāo)準(zhǔn)信號，并根據(jù)設(shè)定的程序和鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還提供所述智能節(jié)電器用自動控制裝置的控制方法，其特征在于包括如下步驟:
(1) 從鍋爐液位傳感器獲取鍋爐液位信號；
(2) 通過液位變送器將鍋爐液位傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號；
(3) 通過PID調(diào)節(jié)儀將液位變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為可控制的鍋爐液位反饋 標(biāo)準(zhǔn)信號；
(4) 將鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號輸入到變頻器的模擬信號輸入端；
(5) 根據(jù)模擬輸入信號的特性，將變頻器主控操作系統(tǒng)面板上的輸入信號種類選擇開 關(guān)置于電流檔位；
(6) 設(shè)定參數(shù)，包括 設(shè)定由外部通道控制； 設(shè)定開關(guān)量輸入，由鍵盤控制； 設(shè)定由PID調(diào)節(jié)儀控制； 設(shè)定由開關(guān)量和模擬量共同控制； 設(shè)定上限頻率，對應(yīng)模擬量的100%; 設(shè)定下限頻率，對應(yīng)模擬量的最小值； 設(shè)定啟動開關(guān)控制信號，開始運(yùn)行； 設(shè)定PID功能參數(shù)。
本發(fā)明的自動控制裝置除了可以采用上述控制方法的步驟進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，還可以采取 人工干預(yù)手動調(diào)節(jié)。通過分別與變頻器上設(shè)置的手動增量、減量控制信號輸入端連接的手 動增量按鈕和手動減量按鈕，操作人員可直接控制水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)給水流量來 控制鍋爐水位。
由于本發(fā)明采用變頻節(jié)電技術(shù)，在輸入電流中存在部分諧波，為防止可能對周圍設(shè)備 正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，該裝置采用由電抗和電容構(gòu)成的濾波單元來抑制和濾除輸入端的諧 波，從而將系統(tǒng)的綜合諧波值控制在允許范圍。
本發(fā)明的有益效果在于 1、本發(fā)明采用變頻技術(shù)對鍋爐液位傳感器采集的鍋爐液位信號進(jìn)行自動跟蹤，實(shí)時(shí) 調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)給水流量，使鍋爐液位始終保持良好狀況，確保鍋爐安全運(yùn)行 的同時(shí)，還有利于降低電機(jī)及水泵的運(yùn)行噪音、發(fā)熱量，減小管道系統(tǒng)因高壓產(chǎn)生的泄漏， 降低閥門、管件等的維修成本，有利于延長設(shè)備的使用壽命。2、 本發(fā)明設(shè)有人工干預(yù)手動調(diào)節(jié)電路，在自動控制電路發(fā)生故障時(shí)，操作人員可以 直接控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
3、 本發(fā)明采用由電抗元件和電容元件構(gòu)成的濾波單元來抑制和濾除輸入端的諧波， 從而將系統(tǒng)的綜合諧波值控制在允許范圍，簡單有效。
4、 利用本發(fā)明的自動控制裝置，在鍋爐正常運(yùn)行負(fù)荷下節(jié)電率可達(dá)15% 45%，具 有高效節(jié)能、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是鍋爐水泵電動機(jī)液位控制電氣圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的智能節(jié)電器用自動控制裝置包括
鍋爐液位傳感器，用于采集鍋爐液位信號；
液位變送器LT，其信號輸入端與鍋爐液位傳感器的信號輸出端連接，接收鍋爐液位信 號，并轉(zhuǎn)換為4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出；
PID調(diào)節(jié)儀，其信號輸入端與液位變送器的信號輸出端連接，接收4 20mA的標(biāo)準(zhǔn)電 信號，并轉(zhuǎn)換為4 20mA的鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號輸出；
變頻器U1，其模擬信號輸入端AI2、 GND與PID調(diào)節(jié)儀的信號輸出端連接，GND表示模 擬地。
變頻器U1的三相交流電源的輸入端R1、 Sl、 Tl和三相交流電源之間連接有空氣開關(guān) QF、接觸器KM1和電抗元件L1，變頻器U1的三相交流電源輸出端U1、 VI、 Wl和水泵電 動機(jī)M之間連接有電抗元件L3。
如圖1所示，變頻器Ul的三相交流電源的輸入端Rl、 Sl、 Tl還連接了電抗元件L2 和電容元件C，電抗元件L3、 L2和電容元件C組成了濾波單元，用于抑制和濾除輸入端 的諧波，削弱采用變頻技術(shù)產(chǎn)生的諧波干擾，使系統(tǒng)的綜合諧波控制在允許范圍內(nèi)。圖中 QF表示氣動開關(guān)，KM1表示接觸器。
變頻器Ul設(shè)有啟動運(yùn)行控制輸入端DI1 ，變頻器Ul的數(shù)字公共端COM和啟動運(yùn)行 控制輸入端DI1之間連接有可控開關(guān)。本具體實(shí)施方式
中，可控開關(guān)采用繼電器KA1， 繼電器KA1的一對常開觸頭用于啟動運(yùn)行信號。
本具體實(shí)施方式
中，PID調(diào)節(jié)儀型號采用北京昆侖海岸XSC5-BFITOC，變送器LT采用鍋爐自帶的配套液位變送器。
如圖1所示，利用變頻器U1、水泵電動機(jī)M、鍋爐液位傳感器、液位變送器LT和 PID調(diào)節(jié)儀等組成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)鍋爐鍋筒內(nèi)的給水壓力、工作水位的范圍變化要求，并 對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行程序設(shè)定。鍋爐液位傳感器采集到鍋爐的實(shí)際液位信號，由液位變送器 LT轉(zhuǎn)換成4 20mA標(biāo)準(zhǔn)電信號，再經(jīng)PID調(diào)節(jié)儀進(jìn)行處理，輸出4 20mA的鍋爐液位 控制信號至變頻器Ul模擬信號輸入端AI2，變頻器Ul根據(jù)設(shè)定的程序和鍋爐液位反饋 標(biāo)準(zhǔn)信號來控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)跟蹤液位的變化調(diào)節(jié)給水流量。若滿足系統(tǒng)參數(shù)給定 值條件，則變頻器U1自動調(diào)節(jié)輸出頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入功率，使電動機(jī)始 終運(yùn)行在最佳能耗點(diǎn)，減小了由于壓力的不變造成的額外損耗，達(dá)到對鍋爐水位跟蹤和給 水流量控制的目的。
按照鍋爐運(yùn)行水位的安全要求，在滿足注水壓力的前提下，控制鍋爐水位波動變化在 中上的范圍，采用鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號來實(shí)時(shí)控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即能達(dá)到節(jié)能的目 的。
本發(fā)明智能節(jié)電器用自動控制裝置的控制方法包括如下步驟
(1) 從鍋爐液位傳感器獲取鍋爐液位信號；
(2) 通過液位變送器將鍋爐液位傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號；
(3) 通過PID調(diào)節(jié)儀將液位變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為可控制的鍋爐液位反饋 標(biāo)準(zhǔn)信號；
(4) 將鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號輸入到變頻器的模擬信號輸入端；
(5) 根據(jù)模擬輸入信號的特性，將變頻器主控操作系統(tǒng)面板上的輸入信號種類選擇開 關(guān)置于電流檔位；
(6) 設(shè)定參數(shù)，包括 F0-02設(shè)為l，即設(shè)定由外部通道控制； F0-03設(shè)為l，即設(shè)定開關(guān)量輸入，由鍵盤控制； F0-04設(shè)為8，設(shè)定由PID控制； F0-07設(shè)為l，設(shè)定由開關(guān)量和模擬量共同控制； F0-12設(shè)為49，上限頻率設(shè)置，對應(yīng)模擬量的100%; F0-14設(shè)為30，下限頻率設(shè)置，對應(yīng)模擬量的最小值； F4-00設(shè)為1，設(shè)定啟動開關(guān)控制信號，開始運(yùn)行； FA組PID功能參數(shù)設(shè)定。
其中F0-02 F0-04， F0-07, FO-12, F0-14, F4-00及FA表示功能代碼。經(jīng)過以上的功能參數(shù)編程設(shè)置，變頻器根據(jù)鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)， 實(shí)時(shí)跟蹤液位的變化調(diào)節(jié)給水流量，實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)電目的。
通常，鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號也可以從鍋爐DCS (Distributed Contorl System,集散控 制系統(tǒng))獲取。
本系統(tǒng)除了能實(shí)現(xiàn)上述根據(jù)鍋爐水位的自動調(diào)節(jié)外，還可以采取人工干預(yù)手動調(diào)節(jié)。 如圖l，變頻器U1設(shè)有手動增量信號輸入端DI4和手動減量信號輸入端DI5，數(shù)字公共 端COM和手動增量信號輸入端DI4之間連接有手動增量按鈕SB1 ，數(shù)字公共端COM和 手動減量信號輸入端DI5之間連接有手動減量按鈕SB2，操作人員可直接控制水泵電機(jī) 的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)給水流量來控制鍋爐水位。
權(quán)利要求
1. 一種智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于包括鍋爐液位傳感器，用于采集鍋爐液位信號；液位變送器，其信號輸入端與鍋爐液位傳感器的信號輸出端連接，接收所述鍋爐液位信號，并轉(zhuǎn)換為一標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出；PID調(diào)節(jié)儀，其信號輸入端與液位變送器的信號輸出端連接，接收所述標(biāo)準(zhǔn)電信號，并實(shí)現(xiàn)鍋爐液位標(biāo)準(zhǔn)信號的控制輸出；變頻器，其模擬信號輸入端與PID調(diào)節(jié)儀的信號輸出端連接，接收所述鍋爐液位標(biāo)準(zhǔn)信號，并根據(jù)設(shè)定的程序和鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號控制水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述變頻器設(shè)有啟動 運(yùn)行控制輸入端(DIl)，變頻器的數(shù)字公共端(COM)和啟動運(yùn)行控制輸入端(DI1)之 間連接有可控開關(guān)。
3、 如權(quán)利要求2所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述可控開關(guān)為繼電器。
4、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述變頻器設(shè)有手動 增量信號輸入端(DI4)，變頻器的數(shù)字公共端(COM)和手動增量信號輸入端(DI4)之 間連接有按鈕。
5、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述變頻器設(shè)有手動 減量信號輸入端(DI5)，變頻器的數(shù)字公共端(COM)和手動減量信號輸入端(DI5)之 間連接有按鈕。
6、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述變頻器的三相交 流電源輸入端上連接有電抗元件和電容元件組成的濾波單元。
7、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述標(biāo)準(zhǔn)電信號為 4-20mA電流信號。
8、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置，其特征在于所述鍋爐液位反饋標(biāo) 準(zhǔn)信號為4~20mA電流信號。
9、 如權(quán)利要求1所述的智能節(jié)電器用自動控制裝置的控制方法，其特征在于包括如下 步驟(1)從鍋爐液位傳感器獲取鍋爐液位信號；(2) 通過液位變送器將鍋爐液位傳感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號；(3) 通過PID調(diào)節(jié)儀將液位變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為可控制的鍋爐液位反饋 標(biāo)準(zhǔn)信號；(4) 將鍋爐液位反饋標(biāo)準(zhǔn)信號輸入到變頻器的模擬信號輸入端；(5) 根據(jù)模擬輸入信號的特性，將變頻器主控操作系統(tǒng)控制板上的輸入信號種類選擇 開關(guān)置于電流檔位；(6) 設(shè)定參數(shù)，包括 設(shè)定由外部通道控制； 設(shè)定開關(guān)量輸入，由鍵盤控制;' 設(shè)定由PID調(diào)節(jié)儀控制； 設(shè)定由開關(guān)量和模擬量共同控制； 設(shè)定上限頻率，對應(yīng)模擬量的100%; 設(shè)定下限頻率，對應(yīng)模擬量的最小值； 設(shè)定啟動開關(guān)控制信號，開始運(yùn)行； 設(shè)定PID功能參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種智能節(jié)電器用自動控制裝置及方法，包括鍋爐液位傳感器，液位變送器，PID調(diào)節(jié)儀和變頻器，變頻器根據(jù)設(shè)定的程序和鍋爐液位反饋信號來控制水泵電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)跟蹤液位的變化調(diào)節(jié)給水流量。本發(fā)明還公開了該自動控制裝置的控制方法。本發(fā)明采用變頻技術(shù)對鍋爐液位傳感器采集的鍋爐液位信號進(jìn)行自動跟蹤，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)給水流量，使鍋爐液位始終保持良好狀況，確保鍋爐安全運(yùn)行的同時(shí)，還有利于降低電機(jī)及水泵的運(yùn)行噪音、發(fā)熱量，減小管道系統(tǒng)因高壓產(chǎn)生的泄漏，降低閥門、管件等的維修成本，有利于延長設(shè)備的使用壽命，高效節(jié)能、安全可靠。
文檔編號F22D5/00GK101413657SQ20081018025
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者超 葉, 王建坤, 陳衛(wèi)祖 申請人:蘇州漢風(fēng)科技發(fā)展有限公司