锅炉plc控制

1 概 述

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。但是，除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术，如DCS、FCS，一般的小型锅炉的控制仍较落后，仍在使用DDZ-n型电动单元组合仪表。燃烧控制手动调节，锅炉的燃烧控制就是依靠人工调节给煤，人工调节风门对锅炉的鼓、引风风量进行控制，实现锅炉燃烧状态控制的目的。传统的锅炉风机控制系统中，锅炉鼓风、引风控制采用接触器控制，故障率较高，影响了锅炉的正常稳定运行，制约了生产；风量调节控制靠改变风门挡板的开度来实现的(电机恒速运行)，能源浪费大；锅炉给水采用手动控制执行器控制，在用汽量波动大时，安全性不够高等。手动控制给煤量、鼓风量、引风量，不能实现最优风煤比和炉膛负压，司炉工在运行时凭经验对燃烧系统进行调节，不能保证最经济的运行并且劳动强度大；锅炉的燃烧控制系统和水位调节系统是通过对调风板和阀门对风量和给水量，进行控制来实现燃烧控制和水位控制，存在严重的节流损失；水位控制采用单冲量水位调节，水位控制不稳定，存在严重的安全隐患。即使现在的仪表不少已趋智能化在锅炉上也实现了自动或半自动控制。但是，由于其不菲的价格、缺乏管理功能等种种原因，其应用受到很大限制。

而现在大多数中小锅炉往往是通过人工调节的方式来完成这个燃烧状态控制调节工作，通过人的感觉器官的识别并经过大脑的分析处理做出动作的决定，借助压力、温度显示仪表来实现锅炉燃烧状态控制。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。随着我国经济建设的飞速发展，能源需求趋于紧张。企业是电能消耗大户，风机、泵类负载占比重大，作为耗能的主要负载，长期以

来，由于负载变化大而动力源电机的转速不变，浪费能源。

锅炉plc控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：

（1）直观而集中的显示锅炉各运行参数。能显示液位、压力、温度的状态。 （2）在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数。可以方便的改变液位、压力、温度等的上限、下限。

（3）提高锅炉的热效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高1％都会产生巨大的经济效益。而采用plc控制后热效率可比以前提高5-10%。

（4）锅炉系统中包含鼓风机、引风机、给水泵等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机、水泵进行微机控制可以平均节电达到30%—40%。

（5）作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。

1.1 锅炉整体控制方案选择

1.1.1 六吨锅炉改装后的工作原理

由于锅炉控制对象的复杂性，锅炉控制环境的特殊性和运行周期的连续性，锅炉自动控制系统的控制装置选用可编程控制器（PLC）。PLC是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。现已成为工业及其它各个领域应用最广、发展最快的自动控制装置。PLC控制技术已成为现代自动控制技术的重要支柱。

可编程控制器的主要特点：

a.可靠性高 b.环境适应性 c.使用方便、维护简单

d.扩展能力强

汽包水位 给水量控制 炉膛负压 plc 送风量控制 给煤量控制 蒸汽压力 引风量控制

图1-1

在整个系统控制中，PLC将被检测的各个物理量(如汽包水位，蒸汽压力，给水流量等等)，通过传感器、变送器转换成标准的模拟信号，送进EM232（模拟量输入模块），经过A/D转换后的数据结果送CPU224进行各种数据处理算法。经过处理后的数据在各个PID控制回路进行PID运算，PID运算后产生的结果即控制输出数值，将该数值转换成标准控制信号，经EM232输出到电动阀门，变频器等控制机构，实施自动控制。与此同时，在进行数据处理的时候，当被监测的物理量超过其限定的范围时，会通过CPU224自身的数字量输出口产生报警信息。控制输入主要通过控制开关来完成整个PLC系统的启动，停止等功能。 1.1.2 给水控制系统 （1）给水控制的意义

汽包水位是锅炉运行的重要参数，它直接影响锅炉运行的安全性和经济性：汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成汽包出口蒸汽水分过多，使蒸汽中的含盐量增加，该蒸汽通过过热器时，一部分盐份沉积在管子内壁上，使传热阻力增加，管壁温度升高，造成钢材强度降低，加速钢材蠕变，甚至超温爆管；不合格的蒸汽进入汽机膨胀作功后，压力逐渐降低，盐份在蒸汽中的溶解度减小，析出的盐份沉积在汽机的流通部分，使蒸汽的流通截面减小，导致汽机出力和效率的降低；另外蒸汽中的水分过多也会使过热蒸汽温度急剧下

降，造成汽轮机末级带水，严重时可造成汽轮机水冲击。汽包水位过低，会造成下降管带汽，影响锅炉水循环的正常工作，可能导致水冷壁管过热而爆管。

因此，准确可靠的测量汽包水位、配置合理可靠的水位保护装置在任何时候都是火电厂仪控专业的最重要课题之一。 （2）给水控制系统工作原理

汽包 LT 省煤器 给水 LC

图1-2

上图所示为一单冲量水位控制系统。这里的单冲量指的是汽包水位。这种控制系统结构简单，是典型的单回路定值控制系统，在汽包内水的停留时间较长，负荷又比较稳定的场合，这样的控制系统再配上一些联锁报警装置，也可以保证安全操作。

然而，在停留时间较短，负荷变化较大时，采用单冲量水位控制系统就不能使用。

为了克服上述这些矛盾，可以不仅依据水位，同时也参考蒸汽流量和给水流量的变化，来控制给水调节阀，能收到很好的效果，则就构成了双冲量或三冲量控制系统。

三冲量控制方案：从反馈控制的思想出发，很自然地会以水位信号H作为被调量，给水流量作为调节量，构成单回路系统（通常称为水位单冲量控制系统）。诚然，这是一个基本的控制方案。对于小容量锅炉来说，它的蓄水量较大，水面以下的汽包体积不占很大比重。因此给水容器延迟和假水位现象不明显，可以采

用单冲量控制系统。对于大型超高压（接近临界压力）锅炉也可采用这种控制对象，因为在超高压下汽和水的密度相差不大，假水位现象并不显著。但是，对于大量的大中型锅炉来说，这种系统不能满足要求。因为汽机耗汽量改变所产生的假水位将引起给水调节机构的误动作，致使汽包水位激烈的上下波动，严重地影响设备的寿命和安全。所以对大中型锅炉不能采用单冲量控制系统，必须寻求其它解决办法。

如果从物质平衡的观点出发，只要保证给水量永远等于蒸发量，就可以保证汽包水位大致不变。因此可以采用如下图所示的比值控制系统，其中流量调节阀是PI调节器，并用汽机的耗汽量D作为调节系统的设定值，水给水量W跟踪蒸汽量D。

蒸汽量 给水量 变送器 流量调节器 调节机构 W D 变送器 图1-3

采用比值控制系统方案的优点是系统完全根据物质平衡条件工作，给水量W的 大小只决定于耗气量D，假水位现象不会引起给水调节机构的误动作。然而应该看到，这个比值控制系统对于汽包水位来说只是开环控制。如果耗气量和给和给水量的测量不准或者由于锅炉排污及管道泄露等，蒸汽量和给水量之间并非总是确定的比值，此比值系统就不能达到汽水平衡，保持水位。这是因为汽包水位H对于（D-W）来说是一个积分关系，微小的D和W之差可以在长时间的积累中形成很大的水位偏差。所以不能单独使用比值控制系统。

如果把上述两种方案结合起来，就构成里所谓的汽包水位三冲量可控制系统。所谓三冲量，指的是引入了三个测量信号：汽包水位、给水流量和蒸汽流量。这个系统对上述两种方案取长补短，极大地提高了水位控制质量。例如，当耗气量D突然阶跃增大时，一方面由于假水位现象水位会暂时升高，它使调节器错

误的指挥调节机构减小给水量：另一方面，D的增大又通过此比值控制作用指挥机构增加给水量。实际给水量是增大还是减小，取决于系统参数的整定。当假水位现象消失后，水位和蒸汽信号都能正确地指挥调节机构动作。

D 变送器 W H 调节器 调节机构 汽包 H 变送器 变送器 图1-4三冲量给水控制系统

由于单冲量控制系统不能克服假水位带来的控制问题，双冲量控制系统还有不能做到静态补偿以及不能对给水系统干扰及时克服两个的弱点。因此在实际应用中汽包水位控制系统都采用三冲量控制系统。即蒸汽流量、给水流量、汽包水位三个冲量作为输入变量，给水调节阀作为控制变量，来控制汽包水位。

锅炉水位 差压变送器 A\\D 转换 给水流量 水泵变频器 水泵电机 负载扰动 PLC 流量变送器 图1-5

如图所示的水位三冲量控制系统中，负载扰动、锅炉水位和给水流量经过A\\D转换后送给PLC，PLC通过设定程序对这三参数进行相关处理。首先，PLC对水位进行采样，判断其大小，如果水位低于设定值，PLC将输出一个正信号给水泵变频器，驱动水泵给锅炉供水；相反如果水位偏高则停止供水，以次维持锅炉水位稳定。由于蒸汽流量的变化会引起锅炉的虚假水位，仅对水位一个参数判

定供水，锅炉的水位会有较大的波动，所以，通过对负载的采样，用蒸汽的流量信号做一个前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化时，蒸汽流量信号使给水调节阀立即向正确的方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀开大，从而抵消了由于虚假水位引起的反向作用，因此减少了水位和给水流量的波动幅度。给水流量信号作为调节阀动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，做出响应的调整。对于水压干扰等给水侧的扰动，给水流量信号也起着前馈的作用，能使扰动迅速做出反应。同时，在对水位进行调节的同时，由于对水泵等的控制不是一个线性关系，存在误差，所以将给水流量引回做一个闭环反馈，当给水流量低于PLC要求的值时，PLC将进一步加大给变频器的输出量提高水泵的转速，减小给水流量误差。

由此可以看出在前馈-串级三冲量控制下，调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。但是，考虑到六吨锅炉的实际造价等问题，水位三冲量控制要比但冲量控制添加许多传感器（流量）和调节阀等，而这些器件造价较高。虽然单冲量水位控制一个基本的控制方案。对于小容量锅炉来说，它的蓄水量较大，水面以下的汽包体积不占很大比重。因此给水容器延迟和假水位现象不明显，可以采用单冲量控制系统。 1.1.3 燃烧控制系统的工作原理 （1）燃煤控制系统概述

锅炉生产燃烧系统自动控制的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体控制任务可概括为三个方面。

a.稳定蒸汽母管的压力

维持蒸汽母管蒸汽压力不变，这是燃烧过程自动控制的第一项任务。如果蒸汽压力变了就表示锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量不相适应，因此，必须改变燃料的供应量，以改变锅炉的燃烧发热量，从而改变锅炉的蒸发量，恢复蒸汽母管压力为额定值。这项控制任务就称为汽压控制或热负荷控制。此外，保持汽压在一定范围内，也是保证锅炉和各个负荷设备正常工作的必要条件。稳定蒸汽母管的压力，对于单独运行的锅炉相对来说要简单些，对于并列运行的锅炉，在一母管上同时有几台锅炉，因而保持母管蒸汽压力不变，还必须解决好几

台并列运行锅炉之间的负荷分配问题。

b.维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性

维护锅炉燃烧过程的最佳状态和经济性是锅炉燃烧过程自动控制的第二项任务。燃烧的经济性指标难于直接测量，常用锅炉烟气中的含氧量，或者燃料量与送风量的比值来表示。如果能够恰当地保持燃料量与空气量的正确比值，就能达到最小的热量损失和最大的燃烧效率。反之，如果比值不当，空气不足，结果导致燃料的不完全燃烧，当大部分燃料不能完全燃烧时，热量损失直线上升;如果空气过多，就会使大量的热量损失在烟气之中，使燃烧效率降低。一般说来，对燃煤锅炉，在烟气保持的10%氧或40%的过剩空气是最合适的，这样热损失最小。

c.维持炉膛负压在一定范围

炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。通常要求炉膛负压保持在50-100Pa的范围内。这时燃烧工况，锅炉房工作条件，炉子的维护及安全运行都最有利。如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既影响环境卫生，又可能危及设备与操作人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损。因此，需要维持炉膛压力在一定的范围之内。这三项控制任务是相互关联的，它们可以通过控制燃料量、送风量和引风量来完成，对于燃烧过程自动控制系统的要求是：在负荷稳定时，应使燃料量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统的内部扰动，这些内部扰动包括燃料的质量变化，以及电网频率变化引起的燃料量、送风量和引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷的要求，又要使三个被控量：蒸汽母管压力、炉膛负压和燃烧经济性指标保持在允许范围内。

综上分析，使燃料量与空气量之间保持一定的比值关系，是确保经济燃烧的根本问题。这就需要正确地测量燃料量和空气量。

由于本设计针对六吨中小型锅炉，考虑到实际应用中造价等问题，此设计将不对燃烧状况进行检测，风煤比通过经验进行设置。

A\\D转换 PLC 风量 鼓风变频器 鼓风电机 蒸汽压力 炉排变频器 炉排电机

图1-6

通过对蒸汽压力的检测，判断对炉排变频器和鼓风变频器的输出（对炉排变频器和鼓风变频器输出大小关系便是风煤比，此值通过经验和对现场运行是进行调整），当蒸汽压力变小时，PLC将提高对炉排和给煤变频器的输出值，加大给煤和鼓风量，增加锅炉的输出功率；相反当蒸汽压力增大时，PLC将减小对变频器的输出值。当只对蒸汽压力进行检测控制时，由于对对象的检测时蒸汽压力已经有了变化，所以蒸汽压力会有比较大的扰动。而通过将蒸汽流量信号引入，作为前馈信号，当蒸汽流量加大时，提前对炉排和鼓风变频器提高输出值，锅炉动作时间将比只对蒸汽压力进行控制时大大缩短，蒸汽压力的波动将有很大的改观。由于在实际的调节过程中阻力等其他原因，给煤量和鼓风量可能与PLC的输出值有较大的差别，本设计还对炉排进给速度和鼓风量信号引回作为反馈信号，形成一个闭环控制回路，直接测量其输出值并做出相应的调整，减小控制过程的误差。

（2）燃料量控制系统

从汽压对象动态特性可知，它们都近似单容对象，是一个易控对象，但是考虑到大型单元机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响很大，尤其是燃料品种的多变，投入燃料供给装置的台数不同等因素对系统的影响，因此一般需要单独设计一个燃料量控制系统。如下图1-7用锅炉跟踪方式时燃料量串极控制系统的方框图。为了改善“炉跟机”的控制效果，图中采用了带有动态补偿器的蒸汽流量前馈信号。

D TFS+1 PT 主汽压调节器 燃料量调节器 给煤机速度 B PT 锅炉 测量B 测量P 图1-7

图1-8是汽机跟踪方式和机炉协调方式下的燃料量串级系统方框图。可以看到，无论哪种跟踪方式，其内回路都是燃料量控制回路，当存在燃料侧内部扰动时，则在基本上不影响主汽压和出力的情况下，由内回路迅速加以消除。

校正器 PR 功率调节器 燃料调节器 给煤机调速 B 机组 PE TDS+1 测量B 测量P

图1-8

（4）送风控制系统

为了使锅炉适应负荷的变化，必须同时改变送风量和燃料量。恰能满足完全燃烧所需的空气量只取决于燃料的元素分析，称为理论空气量。一般实际送风量都比理论空气量大一些，用过量空气系数α来衡量，有时又称作空燃比。送风控制系统的最终任务是达到最高的锅炉热效率。但热效率不能直接测量，因此通常采用间接的方法达到目的。根据不同的测量方法可以构成不同的系统。

通常采用的有五种方案。

实测燃料量B 送风调节器 送风门 AF 测量

图1-9

蒸汽量D 汽包压力 ∑ 微分 送风调节器 送风门 AF 测量

图1-10

图1-9所示为燃料量-空气系统。此系统实现简单，而且无论发生负荷变化还是燃料侧的扰动，都能满足空气量和燃料量之比要求。但由于给煤量难以测量，往往需要采取其它措施才能实现。

图1-10所示为热量-空气系统，它的优点是当燃料侧发生扰动时，燃料量和送风量两个控制系统能很好地协调。但热量信号不能反映负荷扰动的情况，因此当负荷发生变化时，风量的调节动作缓慢，使风量与燃料量配合过程中出现较大的动态偏差。

另一种方案是在热量-空气系统中取消汽包压力微分信号而构成的蒸汽-空气系统。从汽压调节对象的动态特性可知，当负荷性变化时，蒸汽量会迅速跳变，使送风量能及时地跟踪负荷的变化，控制效果较好。但是在内扰下，不能保证风量与燃料量之间的配比。然而，系统结构简单是它的优点。

如果用给定指令，这就构成了给定负荷-空气系统。采用这种方案时，燃料量指令必须同时送到燃料量控制系统。因而在负荷发生变化时，这两个控制系统同时动作，使风量和燃料量配合过程中的动态偏差较小。它的缺点与蒸汽-空气系统相似，即当燃料侧发生扰动时，不能保证要求的空燃比。

氧量设定值 烟气含氧量 调节器2 调风门 锅炉 调节器1 比值器 给煤量 测量 测量

图1-11

图1-11是氧量-空燃比串级系统。它首先在内环快速保证最佳空燃比，至于给煤量测量不准，则可由烟气中氧量作串级校正。目前由于氧量测量中存在的问题，还只停留在开环监视的水平，很少用于闭环控制。

由于本设计为六吨燃煤蒸汽锅炉，属于中小型锅炉考虑其造价和推广用应，本设计采用燃料量-空气系统。 （5） 负压控制系统

负压控制系统的任务在于调节烟道吸风机的引风量，维持炉膛负压一定。锅炉烟道对象惯性很小，调节通道和扰动通道的特性都可以近似地任务是一个比例环节。这是一类特殊的被控对象，简单的单回路控制系统并不能保证被控质量，因为被调量的反应太灵敏以至激烈跳动。考虑到该系统的被调量（炉膛负压）反映了吸风量之间的平衡关系，明显的改进措施是辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变吸风量。这里只需作几点说明：

（1）由于负压测量值波动激烈，在引入调节器前必须经过处理，例如采取低通滤波器等措施加以平滑化。

（2）该炉共有四台引风机，因此炉膛负压调节器的信号将同时送到四个控制子回路，分别控制四台吸风机。

（3）系统中有一个增益补偿回路。由于吸风机投入运行的台数要视锅炉负压而定，因而控制系统开环总增益随投入运行风机的台数不同而改变。为此设置

了这个补偿回路。其原理与燃料量控制系统中的增益补偿原理相同。

综上所述，燃烧控制系统是由燃料量、送风量和负压三个相互匹配、密切联系的控制子系统组成。其中燃料量控制回路使锅炉跟踪外界负荷，送风量控制回路维持锅炉最高的热效率，负压控制回路保持负压稳定，这三个控制子回路组成了不可分割的一个整体，统称为锅炉燃烧控制系统，共同保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。 1.1.4系统整体

触摸屏 负载扰动 蒸汽压力 A\\D转换 PLC 炉膛负压 炉排变频器 引风变频器 给水变频器 鼓风变频器 炉排电机 引风电机 水泵电机 鼓风电机

图1-12

2 锅炉的整体变频器改造设计

2.1变频器的应用及发展

交流传动与控制技术是目前发展最为迅速的技术之一。这是与电力电子器件

制造技术、变流技术、控制技术、微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。也就是说，每当新一代的电力电子器件的出现时，体积更小、功率更大的新型通用变频器就会产生；每当出现新的微机控制技术时，功能更全、适应面更广和操作更加方便的一代新型通用变频器就会出现在市场上。从世界通用变频器应用市场的角度来说，大致可分为日本、美国、欧洲三大部分。目前国内引进的通用变频器中，也是以上三地区的品牌居多，功率小到百瓦大至数千瓦。 一、通用变频器的发展过程

自20世纪80年代通用变频器问世以来，通用变频器更新换代了五次：第一

代是80年代初的模拟式通用变频器，第二代是80年代中期的数字式通用变频器，第三代是90年代的只能型通用变频器，第四代是90年代中期的多功能通用变频器，本世纪研制上市第五代集中式通用变频器。通用变频器的发展情况可以从一下几个方面来说明。通用变频器的应用范围不断扩大

通用变频器不仅在工业的各行业广泛应用，就连家庭也逐渐成为通用变频器

的应用场所。正是通用变频器应用范围的不断扩大，其产品正向三个方面发展变化：其一，向无需调整便能得到最佳运行的多功能与高性能变频器方向发展；其二，向通过简单控制就能运行的小型及操作方便的变频器方向发展；其三，向大容量、高起动转矩及具有环境保护功能的变频器方向发展。

在工业生产装置中，不少泵出口的流量均随工况的改变而频繁波动。在控制系统中执行器一般采用调节阀，但在工艺流程中，由于调节阀的压降（约0.02~2.5MPa左右）占工艺系统压降的比例较大，从而导致泵的能量在调节阀上的损失亦大，为此变频调速器替代控制系统中调节阀逐渐增加。

变频调速器是采用正弦波PWM脉宽调制电路，并能接受控制器的输出信号。变频调速器具有大范围平滑五级变速特性，频率变化范围宽达2.45~400Hz，调

速精度可达±0.5%，变频调速器作为执行器，与工艺介质不接触，具有无腐蚀、无冲蚀的优点。因为电机的消耗功率与转速的立方成正比，所以当电机转速降低、泵的出口流量减少时，相应消耗的功率便大幅度下降，从而达到显著节电效果。

目前，在生产装置中有的采用变频调速器与调节阀并用的控制方式，其原因有：在变频调速控制效果不佳或出现意外时，可及时切换至调节阀控制，保证安全生产：能够利用调节阀进行流量微调；当管线要求压力一定时，可以通过调节阀来实现。

采用变频调速器和调节阀并存的方式时，一般情况下采用变频调速，异常情况下采用调节阀控制。

应用变频器的好处：

在工业生产和产品加工制造业中，电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节

流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%-5%，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。八十年代末，该技术引入我国并得到推广。现己在电力、冶金、石油、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前，变频调速技术己经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。尤其在风机设备中应用得较为广泛，如锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。泵类设备

在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水(油)循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏:还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器(简称变频器)易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点:因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

该调速节能原理可以从以下两个方面来说明:

①风机水泵的节电原理就是用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量，这是一个节电的有效途径。风机的特性曲线如图2-1所示。在用档风板控制额定风量Q1=10%0输出时，则轴功率N1与面积HAI阅1成正比，若风量减半Q2=5既输出时，则轴功率N2与面积BHZ 2成正比，它比Nl减少不多，这是因为需要克服档风板阻力增大风压所致。如果采用调速控制同样风量减半输出时，转数由n1降至n2，按风机参数比例定律画n2时的特性曲线，C点为新的工况点，这时轴功率NZ与面积HC3阅2成正比，在满足同样风量Q2情况下，轴功能降低很多，节省的功率耗损△N与面积HBHZC3成正比，可见节电效果十分显著。

图2-1

②流体力学的观点 流量“转速 压力co转速一2 轴功率二转速一3

若转速下降2既，则功率下降到51.既 若转速下降5既，则轴功率下降到12.5%

即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。

2.2变频器在各锅炉控制部分应用

2.2.1给水的变频控制

泵的转速有了变化，就改变了特性曲线形状，图2-2 就表明了工作点的变动情况，泵的排出量随着转速的增加而增加。

H H1 H

C1 C2 C3 n 3 n 2 n 1

图2-2

改变泵的转速以控制流量的方法有：用电动机作原动机时，采用电动调速装置;用汽轮机作原动机时，可调节导向叶片角度或蒸汽流量；采用变频调速器；也可利用在原动机与泵之间的连轴变速器，设法改变转速比。

采用这种方案时，在液体输送管线上不需装设调节阀，因此不存在hv项的阻

力损耗，相对说机械效率较高，所以在大功率的重要泵装置中，有逐渐扩大采用

的趋势。

2.2.2 风机的控制方式

风机按其出口压力的不同可分为送风机和鼓风机，前者出口压力小于10KPa，

后者出口压力在10~30KPa之间。风机又离心式、旋转式、轴流式等。离心式风机的作用原理、结构及工作特性与离心泵有相似之处，因此风机的控制方案类似于离心泵，其控制方案有三类。 ① 直流节流

对于风机来说，用出口节流和进口节流均能达到流量控制的要求，由于管径较大往往采用蝶阀作为执行器。对于出口节流，使工作点由M1移至M3，风量亦从Q1降至到Q2，达到流量控制目的。对于进口管节流，由于进口管阻力的增加，管路特性曲线发生变化，而且由于吸入阻力的增加，使吸入压力减小（并且减小气体重度），显然输入压力随之减小，工作特性曲线亦发生变化，由（P~Q）

1 →(

P~Q)2。这样由于进口节流的结果，工作点由M1移至M2，从图中可以看

出，进口节流较出口节流消耗损失风压小一些。因此，在一般情况下，出口风压压头较小的送风机用进口节流比较多。但出口风压压头较大的一些鼓风机，有用出口节流控制法的。

对于进口节流控制方法，也要注意通过吸入管线的流量不能低于某一临界流

量，否则风机不能正常工作，产生喘震。如果流量实现需要低于临界点流量值，控制方案可采用分程的方法。

当流量较大情况下，流量是通过进口蝶阀A调节的，而当需要量进一步减小时，A阀维持一定开度不变，开启旁路阀（B阀），使一部分气体流回进口管，以满足需要。 ②旁路控制

用旁路打回流的办法控制流量的方案与离心泵一样。 ③改变转速

转速的变化改变风机特性曲线，从而达到了风量或压力的控制。这种方法从能量效率上说最经济，尤其是大功率的风机。

由于直接节流和旁路控制都将风机的一大部分能量浪费掉，所以从节能的角度看，我们选用通过变频器改变电机的转速以达到调节风量的要求。

2．3各种变频器比较

锅炉所涉及的变频器我们采用西门子430系列变频器 西门子430系列变频器： a.应用范围:

MICROMASTER 430 变频器适合用于各种变速驱动装置，由于其灵活性而可以在广泛的领域得到应用。这种变频器尤其适合用于工业部门的水泵和风机。变频器的特点是设备性能面向用户的需求，而且使用简便。与 MICROMASTER 420 变频器相比，这种变频器具有更多的输入和输出端，还具有经过优化的带有手动/ 自动切换功能的软件。 b.主要特点:

调试简单，便捷；采用模块化结构，因此组态特别灵活； 具有6 个可编程的带电位隔离的数字输入； 2 个模拟输入 (0V 至10V，0mA 至 20mA ，可标定)它们也可以作为第 7/8 个数字输入使用； 2 个可编程的模拟输出 (0mA至 20mA)；3 个可编程的继电器输出(30V 直流/5A，电阻性负载；250V 交流/2A，电感性负载)； 由于采用较高的脉冲开关频率，电动机运行的噪声很小 (在开关频率较高的情况下，额定输出功率要降格使用)； 完善的电动机和变频器保护功能； 基于 PID—控制器对三个附加传动装置的控制 (电动机分级控制—多机循环)；传动装置可以直接接在电网上运行 (带有外接的旁路开关电路)； 节能运行方式； 应用于水泵的驱动时，可以识别水泵是否无水空转 (传动皮带故障检测功能)；

2.4线路的连接

197199201变频器转速输出203接PLC转速输出236789101116AI1AGNDAGNDAO1AGND+24VDCOM1DI1DCOM2RO1CAO1ASA43209211205SA412071报警输出171849

图2-3 变频器接线

2．5 参数整定与调试

2.5.1锅炉给水泵电机变频器参数 参数号 P0100 P0304 P0307 P1120 P1121 P0701[3] P0756[2] P0771[1] P0776[2] P2180 参数名称 欧洲/北美 功能 设定范围 设定值 50HZ 380V 18.5KW 10S 0S 0~10V 0 380V 18.5KW 10S 0S 27 0 21 1 2000ms 电动机的额定电压 电动机的额定功率 斜坡上升时间 斜坡下降时间 数字输入 模拟输入 模拟输出 模拟输出类型 无负载延迟时间 使能PID 转速调节 转速显示 电压输出 空载报警

2.5.2锅炉鼓风电机变频器参数

功率设定为5.5KW，其它同给水变频器参数

2.5.3锅炉引风电机变频器参数

功率设定为37KW，其它同给水变频器参数

2.5.4锅炉炉排电机变频器参数

功率设定为1.5KW，其它同给水变频器参数

2.5.5相关参数说明：

P0100:

本参数用于确定功率设定值（例如铭牌的额定功率－P0307）的单位是 [kW] 还是 [hp]。除了基准频率（P2000）以外，还有铭牌的额定频率缺省值 (P0310) 和最大电动机频率 (P1082) 的单位也都在这里自动设定。可能的设定值: 0 欧洲－ [kW]， 频率缺省值 50 Hz 1 北美－ [hp]， 频率缺省值 60 Hz 2 北美－ [kW]， 频率缺省值 60 Hz P0304:

输入变频器的电动机铭牌数据必须与电动机的接线（星形或三角形）相一致。这就是说，如果电动机采取三角形接线，就必须输入三角形接线的铭牌数据。 P0307: 铭牌数据：电动机的额定功率 [kW / hp]。 P0701:数字输入1的功能。

图2-4

可能的设定值:

0 禁止数字输入

1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令1）

2 ON reverse /OFF1（接通反转 / 停车命令1） 3 OFF2 （停车命令2） - 按惯性自由停车

4 OFF3 （停车命令3） - 按斜坡函数曲线快速降速 9 故障确认 10 预留备用 11 预留备用 12 反转

13 MOP（电动电位计）升速(增加频率) 14 MOP 降速 (减少频率)

15 固定频率设定值 (直接选择)

16 固定频率设定值 (直接选择 + ON 命令)

17 固定频率设定值 (二进制编码选择 + ON 命令) 25 使能直流注入制动 26 预留备用 27 使能PID

28 旁路方式的命令输入 29 由外部信号触发跳闸 33 禁止附加频率设定值 99 使能 BICO 参数化 下标:

P0701[0] : 第1 命令数据组 (CDS) P0701[1] : 第2 命令数据组 (CDS) P0701[2] : 第3 命令数据组 (CDS) P0756[2]：ADC的类型

定义模拟输入的类型，并允许模拟输入的监控功能投入。为了从电压模拟输入切换到电流模拟输入，仅仅修改参数 P0756 是不够的。更确切地说，要求端子板上的 DIP 开关也必须设定为正确的位置。DIP 开关的设定值如下:

- OFF = 电压输入 (10 V) - ON = 电流输入 (20 mA)

DIP 开关的安装位置与模拟输入的对应关系如下:

- 左面的 DIP 开关 (DIP 1) = 模拟输入 1 - 右面的 DIP 开关 (DIP 2) = 模拟输入 2 可能的设定值:

0 单极性电压输入 (0 至 +10 V)

1 带监控的单极性电压输入 (0 至 +10 V) 2 单极性电流输入 (0 至 20 mA)

3 带监控的单极性电流输入 (0 至 20 mA) 4 双极性电压输入 (-10 V 至 +10 V) 下标:

P0756[0] : 模拟输入 1 (ADC 1) P0756[1] : 模拟输入 2 (ADC 2) P0771[2]:DAC的功能

定义 0 - 20 mA 模拟输出的功能。 下标:

P0771[0] : 模拟输出1 (DAC 1) P0771[1] : 模拟输出2 (DAC 2) 设定值:

21 CO: 实际频率 (按 P2000 标定) 24 CO: 实际输出频率 (按 P2000 标定) 25 CO: 实际输出电压 (按 P2001 标定) 26 CO: 实际直流回路电压 (按 P2001 标定) 27 CO: 实际输出电流 (按 P2002 标定) P2180 :判定无负载的延迟时间 说明:

无负载的原因可能是没有接电动机 (没有负载) 或一相丢失。 提示:

如果接入了电动机设定值，而且实际电流没有超过电流门限值 (P2179)，在经过延迟时间 (P2180) 以后发出报警信号 A0922 (没有负载)。

P1120: 斜坡函数曲线不带平滑园弧时电动机从静止状态加速到最高频率 (P1082) 所用的时间。

图2-5

如果设定的斜坡上升时间太短，就有可能导致变频器跳闸 (过电流)。说明: 如果您使用的是外部的频率设定值，并且已经在外部设置了斜坡函数曲线的上升斜率 (例如已由 PLC 设定)，那么，P1120和P1121 设定的斜坡时间应稍短于PLC 设定的斜坡时间，这样才能使传动装置的特性得到最好的优化。 提示:

下列情况下分别采用点动斜坡时间或常规斜坡时间:

— P1060 / P1061: 点动方式投入

— P1120 / P1121: 常规方式 (ON / OFF) 投入

— P1060 / P1061: 常规方式 (ON / OFF) 投入，且P1124 (使能点动斜坡时间) 激活。

P1121: 斜坡函数曲线不带平滑园弧时电动机从最高频率 (P1082) 减速到静止停车所用的时间所用的时间。

图2-6

提示:

如果设定的斜坡下降时间太短，就有可能导致变频器跳闸 (过电流 (F0001) / 过电压 (F0002))。 提示:

下列情况下将采用不同的斜坡时间: — P1060 / P1061: 点动方式投入。

— — P1120 / P1121: 常规方式 (ON / OFF) 投入。

— P1060 / P1061: 常规方式 (ON / OFF) 投入，且P1124 (使能点动斜坡时间) 激活。

3 传感及变送环节的设计

3.1 温度传感器

温度传感器主要有热电阻传感器和热电偶等几种类型： Ⅰ.热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，

而且被制成标准的基准仪。

Ⅱ.热电偶

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(setback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：

① 测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。 ② 测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。 ㈠热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。 ㈡．热电偶的种类及结构形成 （1）热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。

标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

(2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；

④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

由于炉膛温度过高超过千度，所以我们选用热电偶作为我们的炉膛温度传感器。

3．2压力传感器及变送器

3.2.1锅炉蒸汽压力传感器

PT112参数：

量 程：0～1-300MP

综合精度：0.1%FS 0.2%FS 0.5%FS 1.0%FS

输 出 ： 2.0mV/V;3.33mV/V;4～20mA;0～5V;1～5V;0～10V 工作温度：-10～200～450℃； 传感器:10VDC(6-12VDC) 变送器:24VDC(9～36 V) 长期稳定性：0.1%FS/年

负载阻抗：电流型最大800Ω 电压型50KΩ以上 绝缘电阻：大于2000MΩ 100VDC

振动影响：对于20HZ-1KHZ的机械振动，输出变化小于0.1%FS 密封等级：IP65

信号引出：六芯镀金进口接插件

螺纹连接：1/2-20UNF 其它螺纹可按用户要求设计

高温蒸气压力传感器,高温蒸气压力变送器广东压力传感器,压力变送器,压力感应器PT112/123/133/142高温熔体压力传感器采用进口元件。 3.2.2炉膛负压传感器

炉膛负压传感器采用PTP708F锅炉负压传感器。PTP708F压力传感器引进美国最新传感器技术和全套先进电路及元器件生产的高精度压力传感器，一体化的不锈钢外壳封装和输出标准信号，芯片采用特殊进口材质，高稳定性压力传感器组件，经过高可靠的放大电路及温度补偿，性能更好。外盒采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性，此产品有多种接口形式和多种引线方式。

技术性能： 量程：-100~0KPa

准确度：±0.2%FS、±0.5%FS（包括非线性重复性迟滞性在内的综合误差） 输出信号：4~20mADC(两线制) 供电电压：10~40VDC(两线制) 介质温度：-30OC~175OC 环境温度：-20OC~85OC 补偿温度：0~70 OC

3.3 水位差压变送器

锅炉汽包水位测量常用的方式：

对于火电厂大型锅炉汽包水位测量，我们常用的方式主要有两种:电接点式水位计、差压式水位计。 电接点水位计

图3-1是电接点水位计的原理示意图。电接点水位计也是通过连通管直接测量汽包水位，利用水与蒸汽的电导率差别大的特性把测得的水位离散化后远传指示水位。

电接点

汽包

图3-1：电接点水位计原理图

从理论上来看，测量筒适当大一点，接点分布密一点，对监视是有利的。考虑安全、经济性和满足最低监视要求的平衡关系，通常测量筒的外径为中76mm或中89mm，沿测量筒的轴向间距巧一50mm交错布置，电接点水位计具

有就地水位计相同的测量特性，在后面的讨论中将把它们归为一类。但是如果水位计汽水临界阻值设置不当可造成附加误差;电接点水位计指示水位是不连续的，有指示盲区，一般不用于连续调节。由于电极的存在，电接点水位计测量的可靠性降低了，体现如下:

(1)当电接点筒体内水比较“脏”时，在轻微状况下接点反应滞后;严重时接点经常挂水珠或检测部分接触不到水，造成某些点长期指示“有水”或有些点长期指示“无水”。

(2)电极在测量筒内与水、汽的长期电化学反应，造成接点极化，接点极化后将长期指示该点“有水”。

(3)电极在测量筒内与水、汽的长期电化学反应造成电极绝缘体两侧金属损失，密封面遭到破坏导致电极泄漏。缩短电极更换周期降低了电极座子安装螺纹的寿命，安装螺纹的破坏造成电极密封不良导致电极泄露。

(4)电极的存在强化了测量筒体的散热，因此对测量部分的保温要求更高。在保温不良倩况下，测量误差比就地水位计更大，受环境温度影响更大。 差压式水位计

差压式水位计是采用平衡容器，将水位的变化转换为压差的变化来进行测量的。最常用的有单室平衡容器和双室平衡容器，由于参比水柱的温度要比汽包内的饱和水温度要低得多，为了保证测量尽量准确，在平衡容器的结构上，仪控工程师想出了很多补偿办法，最常用的如图3-2，也有一些特殊的结构如三室平衡容器等在生产实践中应用过。

差压变送器 汽包

图3-2：差压水位检测原理简图

要通过差压转换方式准确测量锅炉汽包水位，必须进行温度或压力补偿。随

着热控技术的发展进步，现在的变送器、运算单元(运算器、DCS、PLC等)的测量精确度、可靠性、稳定性都达到了非常高的程度，补偿计算不再是技术难题，因此近来大型锅炉汽包水位测量最常采用的测量筒的结构简单，加工容易，可靠性更高的单室平衡容器。加上汽包压力补偿后，获得了较高的测量精确度。 由于本设计为一全自动控制系统，需要精确测量锅炉的水位来控制供水量的大小。连通式水位测量不能应用于自动控制系统，电接点式水位测量方法不能精确测量水位值，采用此控制方案，水泵的启停次数频繁，不适用于变频控制系统，因此应选用差压式水位检测。

4 plc的选型设计

4.1 选型与控制系统硬件构成

在以可编程序控制器为核心的燃煤锅炉的电器控制装置中，输入、输出通过可编程序控制器连接起来，构成完整的控制系统。输入为可编程序控制器提供完成控制功能所必须的数字量、模拟量；可编程序控制器采样输入，执行编制的程序，根据程序设计对所采集信息进行综合分析、判断并作出决策，产生数字量、模拟量输出，驱动执行器件，完成控制功能。 4.1.1 可编程控制器的输入输出

根据燃煤锅炉电器控制装置的功能设计和结构设计，同时结合控制装置的设

备选型，可以确定可编程控制器输入/输出的来源或者去向及输入输出的性质和数量，如下表。 输入 输入/输出名称 自动工作状态 手动工作状态 炉膛负压 汽包水位 蒸汽压力 来源/去向 转换开关 转换开关 传感器 传感器 传感器 性质及数量 1路数字量输入 1路数字量输入 1路模拟量输入 1路模拟量输入 1路模拟量输入

炉膛温度 报警 输出 水位控制 鼓风控制 引风控制 炉排控制 1L0.00.1CPU2240.22L0.40.5NL1RAA+A-RBEM231B+B-RCC+C-RDD+ML+D-M0V0EM232-1I0MVI传感器 报警灯 水泵变频器 鼓风变频器 引风变频器 炉排变频器 1地37汽包水位超高39汽包水位过低35蒸汽压力超高141炉膛温度超高43炉膛温度偏低N~22011路模拟量输入 8路开关输出 1路 1路 1路 1路 ML+189接水位差压变送器19189接炉膛温度传感器91133接蒸汽压力传感器135185炉膛负压传感器187193接给水变频器19593接引凤变频器95137接炉排变频器139107接鼓风变频器109M0V0EM232-2I0MVML+PLC接线I

图3-4：PLC接线图

4.1.2可编程序控制器的选择

根据锅炉控制装置对可编程控制器控制功能、输入/输出性质及点数，存储容

量的要求，综合考虑性能、可靠性、价格等方面的因素，我们选用西门子S7-200型PLC作为锅炉电器控制装置的控制器。

可编程序控制器的选型，主要从以下几个方面考虑：

（1）控制功能。所选择PLC能最大限度的满足控制系统的控制功能是选择PLC时首先考虑的问题。S7-200型PLC代替了很多定时器、计数器、继电器所实现的功能，该PLC具有位逻辑、计数、定时、移位循环、比较、数字运算等指令，同时支持子程序和中断，能通过串口完成通讯，在控制功能方面，S7-200型PLC能满足锅炉控制装置的功能需求。

（2）输入/输出性质及点数要求。我们选用CPU224（14数字输入/10继电器输出），CPU有内部电源可以为CPU自身，扩展模块和其他用电设备提供5V和24V直流电源。如果将来要进行一些控制电路修改需增加点数，可进行模块扩展，EM223（16路数字输入/16继电器输出），EM223（8数字输入/8继电器输出），EM231(4路模拟量输入)，EM232（4路模拟量输入/2路模拟量输出），EM235(4路模拟量输入/1路模拟量输出)，扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。不同规格的CPU提供的电源容量不同，需要根据实际应用就电源容量进行规划。 由于本设计PLC通过模拟输出调节四个变频器，所以需增加四路模拟输出，我们选择两块EM232。

（3）存储容量。CPU224具有4096字节的程序存储器和2560字节的数据存储区，能满足程序编写对存储容量的要求。

（4）从电源和带负载能力方面考虑。S7－200型PLC适合运行于额定电压为85～264V交流电源的场合，在变电站能提供220V交流电源；输出为继电器输出，继电器触点的电位对电源和输入是隔离的，可以将各种不同的负载连接到继电器输出。S7－200型PLC满足了电源和带负载能力的要求。

（5）安全可靠性方面。西门子S7-200型PLC具有较强的抗振性，及很强的电磁兼容性（EMC），并完全符合各项工业标准，能够应用于各种气候条件。使用简单方便，并且模块不需要太多的附件和放置空间，使得控制柜的体积变得更小；不易于磨损，节省维护费用；编程十分简单，此外S7－200型PLC价格相对较低，降低了控制装置的成本。

我们综合考虑控制功能、存储容量和输入/输出点数、电源和带负载能力、安全可靠性方面及安装使用等各个方面，选用S7－200型PLC作为控制装置的控制器，能从各个方面满足我们的控制要求。

4.2 软件设计

4.2.1 可编程控制器主程序

可编程控制器的程序结构：PLC是西门子公司的产品S7-200系列,CPU的型号是cpu224cn.西门子PLC编程工具的使用可以参照西门公司的程序使用手册或者在程序中按F1调出帮助文件参考。

下面介绍一下PLC程序的主要结构。首先看图表2

PLC主程序 初始化设置 数据转换 锅炉状态采集 数据转换公式 锅炉控制 自动控制 接收中断 发送中断

图3-5：可编程控制器程序结构

（1）可编程控制器的数据转换

首先我们介绍一下为什么要进行数据的转换。原因就是我们从变送器传送到采集模块的信号为电压信号或电流信号，这些信号经过模数转换程序把原来连续的物理量转换为可被PLC内存存储的离散的数字量。内存中的数字量的形式也不是我们平常使用的格式，内存中一般为16位的二进制数据，而我们在显示设

备上需要的是十进制的数值。所以就必须通过转换程序把二进制数值转换为我们需要的十进制数值。

一、PLC模拟量模块转换程序 1、程序代码

TITLE=PLC模块数据转换程序 Network 1

// 采样 ：这段代码主要作用是把16位（一个字）的数据转换为实数类型的数据，并且启动计数器和累加器

LD SM0.0

ITD LW0, LD26 //16整数转换为32位整数 DTR LD26, LD30 //32位整数转换为实数 +R LD30, LD12 //启动累加器 INCW LW16 //启动计数器

Network 2

// 滤波与转换：这段代码通过一系列运算进行数据滤波，并且将数值转换为可读//性很好的十进制数据。同时累加器与计数器归零便于下一次采集使用。 LDW>= LW16, LW6 //比较当前采样次数是否等于预制采样次数 ITD LW6, LD42

DTR LD42, LD46 //将采样次数有16位整数转换位32位实数 MOVR LD12, LD18

/R LD46, LD18 //求出采样平均值 MOVR 0.0, LD12 //清空累加器 MOVW +0, LW16 //清空计数器 -R 6400.0, LD18

*R LD8, LD18 //转换为十进制数值 +R LD2, LD18 //修正

Network 3 LD SM0.0

MOVR LD18, LD22 //输出

Network 4

LD SM0.0 //返回主程序 CRET

我们可以注意到，这里所使用的内存全部是L内存的。我们这样做的目的是想把这段程序作为一个可以被其他程序使用的子程序，所以使用的是局部变量。子程序容易移动；我们可以单独挑出一个功能，并将其复制至其他程序中，而无需或很少需要重复操作。

2、求比例值的子程序 TITLE=求比例值的子程序 Network 1

// 根据实际值的上下限和 PLC采集值的上下限，计算出实际值与采集值的比例

LD SM0.0 MOVR LD0, LD20

-R LD4, LD20 //实际值上限减去实际值下限，求出差值1 MOVR LD8, LD24

-R LD12, LD24 //采集值上限减去采集值下限，求出差值2 MOVR LD20, LD16

/R LD24, LD16 //差值1除以差值2求出比例值

Network 2 LD SM0.0

CRET //返回主程序 （2）可编程控制器通信程序

因为本系统没有上位机等，与PLC连接的外围设备中只有变频器和触摸屏能

够进行通信，所以这里的通信主要指PLC与变频器和PLC与触摸屏的通信

4.2.2 锅炉的控制程序

锅炉控制程序也是控制系统的核心部分。锅炉控制程序的目的是保障锅炉的正常工作，故障时立即报警，并准确判断报警位置，为锅炉操作人员提供最大的方便。

一、锅炉水泵的控制

水泵分为工频控制和变频控制

工频控制就是启动和停止2个控制点，相对变频控制操作简单。变频控制需要给定变频器一个频率给定值，一种方式是通信传输，另一种方式给定模拟量值。我们这里只介绍给定模拟量的控制方式。

Network 1 // 变频器给定 LD SM0.0

MOVW VW940, VW3600 //VW940为频率给定值输入，范围0－50HZ AENO

*I +256, VW3600 //数据乘以256 AENO

MOVW VW3600, VW3602 AENO

+I +6400, VW3602 //数据＋6400 AENO

MOVW VW3602, AQW2 //输出给定值 4.2.3 燃烧控制系统程序

燃烧控制系统是锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、

炉膛压力控制系统。目前大部分锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。程序见附录。S7-200PLC给出了一条PID指令，这样省去了复杂的PID算法编程过程，大大方便了用户的使用。使用PID指令有以下要点和经验：

（1）比例系数和积分时间常数的确定。应根据经验值和反复调试确定。 （2）调节量、给定量、输出量等参数的标准归一化转换。 （3）按正确顺序填写PID回路参数表，分配好各参数地址。

4.2.4 锅炉的水位控制程序设计

单冲量的锅炉水位控制是一个独立的控制流程，PLC通过对锅炉的水位检测

经PID模块后输出控制变频器的输出频率，以次调节水泵电机转速，控制水泵的供水量，让锅炉汽包水位控制在一个稳定的数值上。

给定 PID 水泵变频器 汽包水位

图3-6

5系统的安装、调试及维护

在PLC程序和上位机软件设计编制好、系统接线完成后，就进入了系统调试和运行阶段，这里仍有大量的工作要做。 （1）系统断电检查

在系统投运之前，必须经过相关的检查，概括起来如下: a.接线检查

对照图纸检查相关的接线，看看各处线头是否接牢、线号是否正确，有无未接的线头以及是否处理好，屏蔽线是否按规定处理好。 b.绝缘检查

检查各供电回路在相应空开切断后各相之间及相线与中性线、接地线之间的阻值，检查各电机回路及电机的阻值，看看是否都在正常范围内。 c.开关量检查

开关量检查主要是检查PLC外围的开关量输入和输出器件的好坏，可以用短接法、单独通电法等多种方法来检查。由于本系统中开关量输入的电源是直流24V，输出的电源是交流22OV，故在通电检查时要检查有无由于接线错误而导致的电源串接。 （2）系统通电

在上述各项检查完后，就可从上至下逐一送电，每一级送电后都要检查相应

的电压是否正常。在给PLC送电时，要确定PLC处于“STOP”状态。 （3）系统通电检查

为避免出现意外动作，在PLC运行之前要将PLC程序中可能涉及安全的动作屏蔽掉，在本系统程序中禁止相关功能块的调用即可。进行模拟量的检查。这里主要检查模拟量输入信号，调整传感器的零点。在有引压管的传感器调零时，要注意使引压管内注满水，并把水柱产生的压力在相应的传感器中消除掉，即此时的零点并非真正的传感器器件的零点。这一点在锅筒液位的零点调整中显得格外重要。 （4）系统调试

在上述工作完成后，给部分模拟量输出手动赋值，观察PLC的输出情况。注意，这时的PLC部分程序仍须禁止执行。随着调试的深入，PLC程序可以逐步投运，直至完全运行。PID参数在锅炉试运行中进行了优化，大都得到了满意的效果，仅给水调节阀控制回路中，由于其调节电机动作的积分效应过大，致使功能块FB50对PID控制器优化时无法找到相应的拐点，为此，在给水调节的内环控制中未用在线优化功能，而是通过Step7自带的Plot控制参数赋值工具(Plot NorO parameteraSSignment)进行手动赋值，效果也还不错。燃烧过程中用于风煤比计算的有关参数仍须结合实际运行情况来确定，相对其它部分的调试，这需要较长的时间。在抗干扰方面，整体效果还好，只是有两台流量计由于位置较远(近200米)，且布线时无法与动力电缆分开，曾经受到干扰，造成信号不稳，后来调整模拟量输入模板中的相应接线，该处的干扰被排除。

参考文献

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[21]T.Takagi,M.Sugeno,Fuzzy identification of systems and its applicationsto modeling and control,IEEE Transaction on Systems Man&Cybernetics,1985,15:116-132

致谢

本篇论文从立题、撰写到修改都倾注了导师刘 老师大量的心血。导师那种严谨求实、一丝不苟、高度负责的工作精神深深影响着我。这种工作精神将使我在今后的工作中受益非浅，并终身受益。在论文完成之际，我怀着崇敬的心情衷心感谢导师在各方面给予的精心培养和大力帮助。

在学习中，使我认识了泰山科技学院各位老师。各位老师渊博的知识、谨的治学态度深深影响着我，我为自己有这四年的经历而自豪，同时，也对培养了我的学院的领导、老师表示深深的谢意!

此外，对在学习中给予帮助的同学表示衷心的感谢! 谨以此文献给所有关心和帮助过我的老师、同学及朋友们。

附录一 （程序）

附录二（电路图）

~220I19PLCRB变送器+-配电器+-B+B-EM232-1I0M01234N20手操器16DC24V1723AI1 AGND6AGND7AO18AGND9+24V10DCOM111DI116DCOM217RO1C18RO1ASA11SA12引风

控制

~220I19PLCEM232-2I1M01091071234N201111131171152367891011161718AI1 AGNDAGNDAO1AGND+24VDCOM1DI1DCOM2RO1CRO1A手操器1617119125123SA21SA22

鼓风控制

23~2206719 2016手操器17193195123419719920120316149AI1AGNDAGNDAO1AGND+24VDCOM1DI1DCOM2RO1CAO1ASA43209211205SA41207891011DC24V差压变送器189+-隔离配电器+-PLC M0RA I0A+A-EM231EM232-11911718

给水控制

1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA8KA121321521721922122322522722923123323523723924124313014报警信号

1L0.00.1CPU2240.22L0.40.5NL1RAA+A-RBEM231B+B-RCC+C-RDD+ML+D-M0V0EM232-1I0M1V1I11地37汽包水位超高39汽包水位过低35蒸汽压力超高141炉膛温度超高43炉膛温度偏低N~2201ML+189接水位差压变送器19189接炉膛温度传感器91133接蒸汽压力传感器135185炉膛负压传感器187193接给水变频器19593接引凤变频器95137接炉排变频器139107接鼓风变频器109M0V0EM232-2I0M1V1ML+PLC接线I1

UFU11HL电源指示2HL1KM9KANSA11SA112HLSA211KM2KMSA217HLSB1SB2SA32KMSA215KM4HLSA41SA424KM2KA8KASA413KMSA423KM1KM355HL1KAD0 2372KA1LD0 0393KAD0 1414KA2LD0 4435KAD0 5456KA477KA498KASB31KA9KA3KA6KA7KA10KA6HLSA311KA控制电路

引风变频鼓风变频炉排控制给水变频蒸汽压力超高汽包水位超高汽包水位危低炉膛温度超高炉膛温度偏低引凤变频故障鼓风变频故障给水变频故障故障停炉及解除炉排调速转换锅炉

UVW1zk2zkA6765TA1U1U2V1V2W1W21KMM3~引风电机37KW2KM3zkA7069TA2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2M3~鼓风电机7.5KW3KM4zkA7270TA3M3~4KM1号给水泵VM3~2号给水泵

锅炉主电路图

附录三（英文参考文献资料）

Inverter principle

First： the basic knowledge 1：Overview

States use the exchange power supply, whether for family or for factories, its voltage and frequency are 200 V/60Hz (50Hz) or 100 V/60Hz (50Hz), and so on. Usually, the voltage and frequency of the AC fixed for the transformation of the variable voltage or frequency of the alternating current devices known as the \"converter.\" In order to have a variable voltage and frequency, the device first of all to the AC power to transform DC (DC). The direct current (DC) to alternating current transform (AC) of the device, its scientific term for \"inverter\" (inverter). Converter equipment due to changes in voltage or frequency of the main device called \"inverter\is the product itself was called \"inverter\for household electrical appliances. The use of household electrical appliances in the inverter not only motor (such as air conditioning, etc.), fluorescent lamps and other products. The inverter for motor control, we can change the voltage and frequency can be changed. However, the frequency converter for Fluorescent Lamp primarily for regulating the supply of frequencies. The use of the car battery (DC) have the equipment to AC \"inverter\" the name for sale. Inverter the working principle is widely used in various fields. For example, the computer power supply, in the applications, used to inhibit reverse voltage inverter, power and frequency fluctuations in the instantaneous power.

2. Rotation speed of the motor why the freedom to change »

r / min rotation speed of motor units: the number of rotation per minute, can be expressed as rpm. For example: 4-pole motor 60 Hz 1800 [r / min], 4 Motor 50 Hz 1500 [r / min], the rotation speed of motor into the same frequency Ratio.

This article referred to in the AC induction motor for the motor, in the industrial field by the use of this type are most of the electrical motor. AC induction motor (later referred to as motor) and the approximate speed of rotation is absolutely the very few in the electrical and frequency. The working principle by the electrical motor of the very few decisions are fixed. As the row is not a very numerical values (in multiples of 2, for example, a number of 2,4,6), and therefore does not apply to adjust to change the value of the motor speed. In addition, the frequency of the electrical power supply of electrical signals, so the value in the electrical regulation of the outside after the

electrical supply, so the motor speed of rotation can be free of control. Therefore, to control for the purpose of the frequency converter, as the Motor Equipment is the preferred equipment. n = 60f / p, n: synchronous speed, f: power frequency, p: Motor very few to change the frequency and voltage motor control is the best method. If the only change in the frequency, the electrical will be burned. Especially when the lower frequencies, the problem is very prominent. In order to prevent electrical accidents from taking place burned down, Drives change in the frequency of the need to change the voltage at the same time, for example: In order to halve the rate of motor rotation, the output frequency converter to be changed from 60 Hz to 30 Hz, then the output inverter Voltage to be changed from 200 V to about 100 V.

For example: In order

to halve the rate of motor rotation, the output frequency converter to be changed from 60 Hz to 30 Hz, then the output voltage converter to be changed from 200 V to about 100 V. If it is necessary to correctly use the inverter, Thermal must seriously consider the issue. Inverter failure rate with the temperature increase from the index rose. Life with increasing temperature dropped from the index. Elevated temperature 10 degrees, Drives life halved. Therefore, we must attach importance to heat ah! Working in the frequency converter, the current flow converter is a big, Drives the heat is great, can not ignore the heat generated by the impact.

Usually, Drives installed in the control cabinet. We have to understand one of the inverter is probably the number of calories. Can be estimated with the following formula: the heat of approximation = converter capacity (KW) × 55 [W] here, if the converter is the capacity for constant torque load - (Over current capacity of 150% × 60s) If a DC converter reactor or AC reactor, and also inside cabinets, when the heat will be even greater. Reactor installed in the side or measurement converter at the top of relatively good. Can be estimated at this time: Inverter capacity (KW) × 60 [W] because of the frequency converter manufacturers are almost the hardware, so on-can address the various brands of products. Note: If a braking resistance, because the braking resistance The enormous heat, so the best place to install the best and isolate the inverter, such as installed in the cabinets above or next to, and so on. So, how mining can reduce the heat control of the cabinet? »When the converter installed in

the control cabinet, to consider the issue of frequency converter fever. According to the heat generated within the cabinet to increase the value, it is necessary to appropriately increase the size of the cabinet. Therefore, for control to minimize the size of the cabinet, the cabinet must be to make in the heat as much as possible to reduce the value. If the converter installation, part of the inverter into the radiator outside the control of the cabinet, will have 70 percent of the converter heat released into the outside of the control cabinet. As large-capacity inverter have great heat, so the large-capacity inverter more effective. Isolation can also use the body panels and radiators separated so that the radiator cooling does not affect the frequency converter body. This effect is also very good. Thermal design of the inverter are based on the installation of vertical, sideways-cooling will deteriorate! Cooling fan on the general power of the slightly greater frequency converter, with a cooling fan. At the same time, also suggested that in the control Guishang outlet to install cooling fans. Into the outlet to increase filter to prevent dust into the control cabinet. Attention Control and the frequency converter to the fans are, who can not substitute Who. Second, the other on the issue of heat

1. At an altitude higher than 1000 m where, because of lower air density, therefore it is necessary to increase the cooling air flow cabinets to improve the cooling effect. In theory should also be considered down converter Yung, 1000 m each to 5 percent. However, in practice because of the frequency converter design load capacity and cooling capacity in general than the actual use of the larger, so it depends on specific applications. For instance, in the 1500 m, but cyclical load, such as elevators, descending on unnecessary capacity.

2. Switching frequency: Inverter fever mainly from the IGBT, IGBT fever is concentrated in the open and the Commissioner of the moment. So high switching frequency converter when the natural heat on the larger. Some manufacturers that can reduce the switching frequency expansion, this is the truth. 3. Vector control is how to make a big motor torque »

Torque upgrade function is to raise the output voltage inverter. But even raise a lot of output voltage, motor torque and its current and can not correspond to the increase.

Because the electrical current contain the torque motor component and other components (such as the excitation component). \"Vector control\" to the current value of the electrical distribution, to determine a torque of the motor current weight and other current weight (such as the excitation component) values. \"Vector control\" by the end of the electrical voltage drop in response to optimize compensation, not to increase the current circumstances, allowing the output of motor torque. This feature is to improve low-speed motor when the temperature rise is also effective. Third, the drive of the brake

Brake concept: that power from the electrical side into the inverter side (or the power supply side), then the speed higher than the synchronous motor speed. Load of energy into kinetic energy and potential energy. Kinetic energy (from the speed and weight of its Size) with the movement and accumulation of objects. When the kinetic energy by zero, the stop in the state of things. Mechanical devices have gate of the braking device is used to object kinetic energy can be converted to friction and consumed. The inverter, if the output frequency reduced motor speed will be reduced to follow the same frequency. At this time will have a braking process. Brake from the power inverter will return to the side. These can be resistance heating power consumption. Enhance its load in the category in decline, energy (energy) to return to the converter (or power) side of a brake. This operation is called \"regenerative braking\" and the method can be applied to Frequency - Brake. During the slowdown, if not the power consumption of the way through the heat consumed, but the energy to return to the side of the power inverter method called \"renewable way to return to power.\" In practice, such applications need to \"pay back the energy unit\" option. Fourth, how to improve the braking ability »

In order to use heat to consumption of renewable power, the need to install converter side brake resistors. In order to improve the braking capacity, can not be expected to depend on the frequency converter to increase the capacity to solve the problem. Please choose \"braking resistance,\" and \"brake units\" or \"renewable power converter\ When the motor rotation speed change, what will be its output torque »

We often hear the following statement: \"The frequency electrical supply in pm (* 2), the starter motor and accelerate the impact of large, and when using the power inverter, some of these shocks will be weak.\" If the voltage and frequency starter motors, such as the use of the frequency of direct power supply grid, it will have a big impact on the start-up (the start of the current (* 3)). When using the converter, the frequency converter output voltage and frequency is gradually added to the motor, motor torque to the power grid power supply is less than the frequency of torque values. Therefore, inverter-driven motor starting current to be smaller. Normally, the motor torque to reduce the frequency (speed reduced) by more

reduce the actual

data in some frequency converter is given in the manual will note. Flux vector control through the use of the inverter, will improve when the low-speed torque motor deficiencies, even in low-speed motors can also output District sufficient torque. When the frequency converter to speed greater than 60 Hz frequency, motor torque output will be reduced. Usually the motor is based on 50 Hz (60Hz)-voltage design and manufacturing, its torque is rated at this voltage range given. Therefore, in nominal frequency under the governor called constant torque speed. (T = Te, P <= Pe) converter output frequency greater than 50 Hz frequency, motor torque to the frequency and inversely proportional to the line Decline in sexual relations. When the motor to more than 60 Hz frequency speed operation, the size of the electrical load must be taken into account to prevent the electrical output of less than torque. For example, the electrical in 100 Hz when the torque to about 50 Hz to reduce the torque generated when the 1 / 2. Therefore, in the rated frequency on the governor called the constant power speed. (P = Ue * Ie) Reference:

* 1: Torque upgrade: This feature is increasing the output voltage inverter, so that the motor torque and output voltage proportional to the square of the relationship between the increase, thereby improving the output of motor torque. To improve low-speed torque motor shortage of technology, the use of \"vector control\make in the low-speed motor, such as (speed sensor) 1 Hz (the 4-pole motor, its speed of about 30 r / min), the output torque can be To the electrical power output at 50 Hz

of torque (maximum torque is rated 150 percent). For the conventional V / F control, the electrical motor's voltage drop as the speed and reduce the relative increase, resulting due to lack of excitation due to the motor can not get enough of the rotation. To compensate for this shortage, Drives in the need to upgrade, to compensate for reduced motor speed caused the voltage drop. This feature is called the inverter, \"Torque upgrade\" (* 1).

* 2: The frequency power from the power grid to provide power supply (commercial supply)

* 3: When the motor starting current operational, the inverter output current converter when the driver of the starting torque and maximum torque direct employment to less than frequent power-driven 译文：

变频器原理

一、 基础知识 1、 概述

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2、电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

4极电机 60Hz 1,800 r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：[r/min]，4极电机 50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率 ，p: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。

通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以55 [W]在这里, 如果变频器容量是以下公式估算: 发热量的近似值＝ 变频器容量（KW）×

60s) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且恒转矩负载为准的(过流能力150% ×

也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时60 [W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以可以用估算: 变频器容量（KW）×

针对各品牌的产品. 注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢 当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的! 关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却

风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。

二、其他关于散热的问题

1.在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大， 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。

IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因 2.开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT，此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。

3.矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量和其电流相对应的提高。（如励磁分量）。\"矢量控制\"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。\"矢量控制\"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。

三、变频器制动的情况

制动的概念:指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载,在下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动.这种操作方法被称作\"再生制动\"，而该方法可应用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做\"功率返回再生方法\"。在实际中，这种应用需要\"能量回馈单元\"选件。

四、怎样提高制动能力？

为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。请选用\"制动电阻\"、\"制动单元\"或\"功率再生变换器\"等选件来改善变频器的制动容量。

当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？

我们经常听到下面的说法：\"电机在工频电源供电时（*2）时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些\"。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流 (*3) ）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz(60Hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te,P<=Pe) 变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.(P=Ue*Ie) 参考：

*1: 转矩提升:此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术,使用\"矢量控制\"，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做\"转矩提升\"（*1）。 *2: 工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）

*3: 起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动