工業(yè)鍋爐給水泵采用變頻調(diào)速時(shí)，給水控制系統(tǒng)大多輸出4-2oma電流做頻率給定信號(hào)。且頻率給定信號(hào)與變頻器輸出頻率成正比關(guān)系，生產(chǎn)中如果自控系統(tǒng)斷電或變頻器出故障，都會(huì)使變頻器的給定頻率信號(hào)為0，而導(dǎo)致變頻器的輸出頻率為0hz，使給水泵停轉(zhuǎn)中斷給水，這對(duì)鍋爐安全是極不利的。因此應(yīng)采取一定的措施，以避免斷水事故的發(fā)生。
有的變頻器有“模擬信號(hào)輸入端子斷線檢出”功能，該功能控制的是一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)，因此可充分應(yīng)用該觸點(diǎn)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。但早期的變頻器或有的變頻器沒(méi)有這一功能。對(duì)于安全要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，可設(shè)計(jì)模擬給定信號(hào)斷線檢測(cè)和儀表電源供電檢測(cè)電路，來(lái)實(shí)現(xiàn)安全冗余。本文以富士p9s變頻器為例，對(duì)鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的冗余作一介紹。
鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)的冗余
【鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)方案一】
鍋爐水位控制通常選用pid調(diào)節(jié)器，該類儀表具有下限限幅及報(bào)警輸出功能，圖1的電路可監(jiān)視自控系統(tǒng)供電、pid調(diào)節(jié)器、手動(dòng)操作器無(wú)輸出及連接導(dǎo)線斷路等故障，為便于跟蹤操作，選用yr-gfy型智能手動(dòng)操作器，該儀表輸入輸出為4-2oma信號(hào)，具有自動(dòng)、手動(dòng)、強(qiáng)制手動(dòng)三種工作方式。圖1中檢測(cè)手操器信號(hào)的儀表是一臺(tái)智能顯示控制儀（輸入4-20ma，變送輸出4-20ma）出或電流信號(hào)報(bào)警設(shè)定器（輸入4-20ma，輸出4-20ma），關(guān)鍵是電流檢測(cè)報(bào)警點(diǎn)的選取。自動(dòng)正常工作時(shí)，由于有電流信號(hào)輸入變頻器，r兩端壓降大于報(bào)警點(diǎn)，繼電器ka1不動(dòng)作，當(dāng)由于某種原因使輸入變頻器的電流小于4ma時(shí)，繼電器k吸合，使觸點(diǎn)ka1-1斷開(kāi)，將操作器切換至強(qiáng)制手動(dòng)，操作器手動(dòng)狀態(tài)指示燈閃亮，提醒司爐工注意。如果操作器正常，則切至強(qiáng)制手動(dòng)后，按上升、下降鍵，將有控制電流輸出，則r兩端電壓恢復(fù)正常，繼電器k復(fù)原，觸點(diǎn)ka1-1閉合，ka1-2斷開(kāi)；此時(shí)通過(guò)手動(dòng)操作器手動(dòng)方式來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行操作，如果是手動(dòng)操作器斷電或故障原因引起的電流小于4ma，則ka1無(wú)法復(fù)原，ka1-2閉合使變頻器xl、cm端子接通，變頻器將按設(shè)定的第一速度運(yùn)行(要將變頻器20號(hào)參數(shù)設(shè)定為50hz、32號(hào)參數(shù)設(shè)定為0000)，保證了鍋爐供水不中斷。
鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)安全冗余示意圖
【說(shuō)明】
示意圖中11和c1為變頻器頻率設(shè)定電流端子；11、12和13為變頻器頻率設(shè)定電位器端子；x1和cm為變頻器控制1輸入端子；x4和cm為變頻器控制4輸入端子；30b和30c為變頻器跳閘或故障報(bào)警輸出（常開(kāi)觸點(diǎn)）端子。
當(dāng)pid調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)線斷路時(shí)，其輸出電流為故障安全輸出值的設(shè)定電流值，此值以≥75%較妥，此時(shí)不會(huì)報(bào)警。當(dāng)pid調(diào)節(jié)器無(wú)電流輸出，或操作器的導(dǎo)線斷路時(shí)，操作器仍有輸出，但其電流值小于4ma，智能顯示控制儀報(bào)警，作用過(guò)程同上。為避免正常時(shí)的誤動(dòng)作，因此應(yīng)對(duì)pid調(diào)節(jié)器輸出下限的限幅值進(jìn)行設(shè)定，且設(shè)定值應(yīng)≥4ma。
【鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)方案二】
采取對(duì)變頻器的頻率給定信號(hào)在自動(dòng)時(shí)用電流給定，手動(dòng)時(shí)用電壓給定。即增加一只電位器w來(lái)調(diào)整變頻器的給定頻率，當(dāng)變頻器00號(hào)參數(shù)頻率命令設(shè)定為2時(shí)，變頻器的給定頻率信號(hào)為電流和電壓兩者之和，由于有兩種頻率設(shè)定信號(hào)輸入變頻器，提高了冗余度，但也存在問(wèn)題，如果用電流作自動(dòng)控制時(shí)，有人調(diào)動(dòng)了電位器，使原給定頻率信號(hào)發(fā)生變化，對(duì)系統(tǒng)造成擾動(dòng)。為此可采取正常時(shí)變頻器只接收電流信號(hào)，異常時(shí)接收電壓信號(hào)；可使用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)時(shí)接入電流信號(hào)，手動(dòng)時(shí)接入電壓信號(hào)。而轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)功能由變頻器來(lái)?yè)?dān)任，如圖1中的虛線接法，并將變頻器32號(hào)參數(shù)設(shè)置為0010，正常時(shí)繼電器k不會(huì)動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)ka1-3使變頻器x4、cm端子接通，使變頻器的給定頻率只接收電流信號(hào)，而調(diào)動(dòng)電位器不起作用，當(dāng)電流信號(hào)小于4ma時(shí)，繼電器k吸合，觸點(diǎn)ka1-4接通報(bào)警信號(hào)提醒司爐工注意、同時(shí)觸點(diǎn)ka1-3斷開(kāi)，改由電位器手動(dòng)來(lái)控制變頻器的輸出頻率。保證鍋爐供水不中斷。
【鍋爐給水變頻器自控系統(tǒng)方案三】
考慮到儀表供電電源更易出故障，也可只監(jiān)視控制器和pid調(diào)節(jié)器的供電是否正常。只需選擇與儀表供電電壓一致的一只繼電器，與儀表接同一電源，并將其常閉觸點(diǎn)接至變頻器的x1、cm端子，變頻器的20號(hào)、32號(hào)參數(shù)設(shè)定值同方案一，當(dāng)儀表供電中斷時(shí)，繼電器線圈失壓，常閉觸點(diǎn)復(fù)原，發(fā)報(bào)警信號(hào)的同時(shí)，變頻器輸出頻率為50hz，使給水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，水位通過(guò)調(diào)節(jié)閥門手動(dòng)來(lái)控制。如果控制器與操作器的供電電源不一致時(shí)，可分別選用繼電器，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)接至變頻器的x1、cm端子即可。
鍋爐給水變頻器電氣系統(tǒng)的冗余
電氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置變頻器跳閘的聲光報(bào)警信號(hào)，可在變頻器30c、30b端子串入一個(gè)繼電器ka2，作為變頻器跳閘檢測(cè)和報(bào)警用，繼電器ka2觸點(diǎn)接入閃光報(bào)警儀，以提醒司爐工來(lái)采取措施。即變頻器跳閘后復(fù)位無(wú)效或變頻器發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)備用水泵或?qū)⑺霉╇娗袚Q至工頻電源，使供水不中斷。
幾乎所有的工業(yè)鍋爐給水泵都設(shè)計(jì)和裝備用水泵。因此直接啟動(dòng)備用水泵是最有效的方法，備用泵的供電多數(shù)用工頻電源，設(shè)置一只備用水泵的電源正常指示燈很有必要。而變頻、工頻電源自動(dòng)切換裝置，可根據(jù)需要來(lái)設(shè)置，在設(shè)置時(shí)，有兩個(gè)問(wèn)題是必須注意的，即：
①變頻與工頻主交流接觸器之間應(yīng)設(shè)置可靠的電氣互鎖。如對(duì)電氣元件的可靠性不太放心時(shí)，不如裝一把雙擲式三相刀閘，采取停機(jī)后人工切換電動(dòng)機(jī)主電路，更安全可靠。
②需要電動(dòng)機(jī)工頻、變頻電源自動(dòng)切換時(shí)，在控制電路中還應(yīng)考慮加裝時(shí)間繼電器，用來(lái)避開(kāi)變頻減速時(shí)間和電動(dòng)機(jī)自由停機(jī)時(shí)間。