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摘要：根据锅炉供油系统的要求，采用PLC与变频调速技术对供油系统油泵启、停机及油压控制回路进行了改进，并在控制系统中引进了智能控制技术和数字PID在线控制技术。对系统压力实时跟踪及PID调节，进而达到稳定系统压力的目的。
关键词：PLC；变频调速；恒压供油；控制系统
中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0039-04
1 概述
目前，火力发电厂的锅炉启停及助燃均需依靠供油系统，即便在已经装设了等离子点火系统的锅炉，也不能完全保证在所有工况下全部实现无油，因此，供油系统是火电机组必须设置而且极为重要的一套系统，一般发电厂供油系统与机组并不采用单元制方式，而是作为公用系统存在，其稳定运行更与全厂机组安全密切相关。元宝山发电公司总装机容量2100MW，拥有1×300MW+3×600MW共计4台机组，每台机组均配置16台出力为2.5t/h的油枪。公用的供油系统配置三台轻油泵，编号为4、5、6号（1、2、3号泵为重油泵，已取消）。原设计采用工频运行方式，锅炉燃油时两台油泵需同时运行，油压调整由回油调节门控制，燃油母管压力作为被调量。供油泵的设计参数见表1。
长期以来，锅炉燃油时要求恒压与回油压力调节阀的调节质量二者之间的矛盾越来越突出，经常出现油压波动较大、无法准确调节燃油压力的现象，给锅炉燃烧带来很大隐患。曾经在2号机组启动过程中，锅炉保持一台磨煤机投粉运行，由于回油调节门突然失控，造成油压由3.8MPa瞬间降至1.2MPa，油枪运行中突然灭火失去助燃作用，锅炉发生爆燃事故。分析造成此类问题的原因主要有两个：一是回油调节阀根据系统压力进行调节，有时锅炉燃油量变化较快，由此造成系统油压变化大，回油调节阀经对多年运行后存在内漏现象，当油枪台数多时，需要大幅度关闭阀门开度在1%～10%左右，而阀门调节动作时间按照线性规律调节，这样即使阀门稍有动作，也会造成油压的大幅波动，同时阀门动作指令接受油压给定值与测量值偏差信号，较大的偏差信号要求较小的阀门开度来调节，由此出现调节振荡现象。二是控制系统元件老化严重，调节回路动作迟缓，这也是造成回油调节阀无法达到调节品质的一个重要原因。除此之外，原有的调节方式也给油区运行人员增加了额外工作量，由于回油调节阀内漏严重，往往阀门关闭后仍无法保证燃油压力，需要运行人员手动操作回油调节阀前手动门，手动调整的结果一方面调节品质更差，另一方面也存在误操作的可能。由此可见，原有供油系统的油压调节方式已经无法保证机组的燃油要求。
鉴于上述原因，元宝山发电公司积极寻求更为合理的供油系统油压调节方式，来保证机组的安全稳定运行。近年来，变频调速技术越来越广泛应用到工业领域，这种新型成熟的交流电机无极调速技术，控制性能独特、控制品质优良，同时兼具良好的节能效果，在石油储运行业普遍应用。在多次实地调研的基础上，元宝山发电有限责任公司决定大胆采用该项技术，并对油区轻油供油控制系统进行了改造，加装了变频器和智能控制设备，并对供油泵启停控制及供油压力调节回路重新进行了逻辑设计，经过短期的完善过程，供油系统已经趋于稳定运行状态，改造后再未发生油压大幅波动的现象，有利地保障了锅炉的安全运行。
2 供油管路油压调节原理
当锅炉需要燃油时，先手动以变频方式启动一台油泵，如达不到设定压力，第二台泵再启动，并保证两台泵的频率基本相同时，变频调节器投入自动控制，两台变频调节器接受人为设定油压信号。一台运行泵的电气部分突然出现故障或者压力异常下降时，停止故障油泵，另一台油泵及时调节，并且联动第三台油泵在20秒的时间内将压力调节稳定，在此期间供油系统只是瞬间小幅度波动，然后趋于稳定。当油枪台数变化使供油管路压力变化时，系统实际压力与给定压力的偏差送至变频调节器，变频调节器改变输出频率，继而改变油泵转速，最终实现无差调节，保证恒压供油。
改造后的操作界面具有人机对话功能，可随时通过人机操作面板显示电压、电流、频率、压力等数据，便于运行人员监视，运行人员也可以通过操作面板任意设定压力调节定值。
3 系统硬件构成
系统采用压力变送器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。图3为3台泵恒压供油系统的电气接线图，从系统结构看，该系统具有变频控制和工频控制两套功能，使供油系统的安全保障性增强，配置更加科学、
合理。
3.1 压力变送器
供油压力变送器安装在三台供油泵出口母管，将测量得到的供油管路的油压信号转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。
3.2 变频器
变频器既是油泵电机的控制设备，也是油压控制设备，能将设定油压与实际油压的偏差信号转化为0～50Hz的频率信号供给油泵电机，调整其转速。变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止（D11、D15）、模拟量给定（A11）、实际值（A12）、控制方式选择（Dn）、恒速（DB）、允许运行（D14）；3个输出信号：模拟输出（频率）、继电器输出1（故障）、继电器输出2（运行）；DIP开关选择输入0～10V电压或0～20mA电流值（系统采用电流值）。变频器根据给定值A11和实际值A12，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的油泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
3.3 三台供油泵控制
根据泵站供油实际情况与需求，利用3台油泵分别由3台变频器来控制调节供油系统量大小，因此除改变油泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持油压恒定，当运行泵达到预设频率而供油系统仍达不到恒压要求时，则启动预先的备用油泵运行，并且平稳增加油压，在尽短时间内达到所需油量要求，并维持平稳。反之，当变频器输出频率降至最小，供油压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX-4AD（4模拟量人）获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据存储器中。通过其可将压力传感器电流信号及变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限（考虑到油泵电机在低速运行时轴承润滑可靠，必须保证其频率不低于21Hz，因此频率上限设为工频43Hz，下限设为21Hz）进行比较，实现泵的切换与转速的变化。系统在设计时应使油泵在供油稳压过程中尽可能快，以保证供油的连续性，油压波动尽可能小，从而提高供油质量。 4 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。当变频器输出频率达到频率上限43Hz，供油压力未达到预设值时，发出启泵指令，投入下一台泵供油。当供油压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限21Hz时，发出停泵指令，切除运行中的一台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，必须预先设定增减油泵的顺序。即获得加泵信号后，按照4号泵、5号泵、6号泵的顺序优先考虑。获得停泵信号后，按照6号泵、5号泵、4号泵的顺序优先考虑。
为增强系统运行的可靠性，系统还具有故障跳泵后自动补偿功能，也就是三台泵联动状态，当启动运行的两台泵突然有一台发生故障，另一台泵可以立即启动补偿压力，在启停泵时同时设置了元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图4：
5 系统参数的确定
变频器根据供油设定压力与实际压力偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。
6 控制方式
自动PID调节：使某（几）台变频器处于自动方式，使其处于PID自动状态，将供油压力设定值调整到所需值，然后按相应的一个“变频器启动”按钮，此时，变频器即按照预置的控制策略运行。
手动PID控制：使某（几）台变频器处于手动方式，将“变频手动输出”调整到所需频率。按相应的变频器启动按钮，此时，变频器按照手动输出频率控制油泵运行。
脱机控制：使某台或某几台变频器处于手动方式（“变频器自动/手动”开关置于“手动”位置）在变频器的操作面板上进行控制。
在#4、#5、#6轻油供油变频器柜加装了手动控制设备，目的是在轻油供油自动控制设备出现严重故障而无法及时恢复正常状态时，可以及时、快速投入该套手动控制设备，使用安装在变频器柜上的电位器进行压力调整，满足为机组正常供油需要。
7 参数修改
在控制柜显示模块上可以对现场参数设定、运行工况进行显示。可以设定#1、#2、#3变频器的运行参数，设定供油压力，显示供油总管压力，显示各变频器的工作参
数等。
在其画面6或画面8显示时，按F8+F2键，即可以进入参数修改状态。第一个可修改的通用数以反衬形式显示。此时，用F1、F7、F8、F3、F4键进行参数修改，用F5键或F6键取消或确定修改过程。
实例：修改压力设定值（2500kPa）。
（1）切换到画面6。
（2）按F8+F2键（进入参数修改状态）。
（3）按F1键2次，此时“设定值”以反衬形式显示为“/0/0/0/0/”，按F7键两次，显示为“/0/0/0/2/”。
（4）按F3键，显示为“/0/0/2/0/”，按F7键5次，显示为“/0/0/2/5/”，按F3键两次，显示为“/2/5/0/0/”，按F6键，确认输入值。如果输入有误，按F5键取消此次操作。
8 存在问题
由于网管覆盖面积较大，供油泵站海拔高度相对较低，远端（特别是#3、#4机组）供油压力要维持3MPa，在泵站出口油压就必须维持4MPa。
管道中若存在空气会导致油压震荡问题，因此必须保证管道的密闭性或管道检修后将管道中的空气排尽，才能投入正常供油运行。
9 运行效果
此次改造应用于元宝山发电有限责任公司供油系统的运行实际，改造范围小，投入费用少。通过变频转速调节替代了回油压力调节，避免了油泵启动瞬间对管路、阀门形成冲击，实现了供油系统的恒压调节，系统可靠性及自动化程度得到很大提高，保证了锅炉燃油期间的安全稳定运行。而变频代替工频的运行方式，使泵运行轴功率降低30%左右，又取得一定的节能效果。
参考文献
[1] 吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社.
作者简介：王景虎（1977—），男，内蒙古赤峰人，内蒙古赤峰市元宝山发电有限责任公司生产技术部工
程师。
关键词：PLC；变频调速；恒压供油；控制系统
中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0039-04
1 概述
目前，火力发电厂的锅炉启停及助燃均需依靠供油系统，即便在已经装设了等离子点火系统的锅炉，也不能完全保证在所有工况下全部实现无油，因此，供油系统是火电机组必须设置而且极为重要的一套系统，一般发电厂供油系统与机组并不采用单元制方式，而是作为公用系统存在，其稳定运行更与全厂机组安全密切相关。元宝山发电公司总装机容量2100MW，拥有1×300MW+3×600MW共计4台机组，每台机组均配置16台出力为2.5t/h的油枪。公用的供油系统配置三台轻油泵，编号为4、5、6号（1、2、3号泵为重油泵，已取消）。原设计采用工频运行方式，锅炉燃油时两台油泵需同时运行，油压调整由回油调节门控制，燃油母管压力作为被调量。供油泵的设计参数见表1。
长期以来，锅炉燃油时要求恒压与回油压力调节阀的调节质量二者之间的矛盾越来越突出，经常出现油压波动较大、无法准确调节燃油压力的现象，给锅炉燃烧带来很大隐患。曾经在2号机组启动过程中，锅炉保持一台磨煤机投粉运行，由于回油调节门突然失控，造成油压由3.8MPa瞬间降至1.2MPa，油枪运行中突然灭火失去助燃作用，锅炉发生爆燃事故。分析造成此类问题的原因主要有两个：一是回油调节阀根据系统压力进行调节，有时锅炉燃油量变化较快，由此造成系统油压变化大，回油调节阀经对多年运行后存在内漏现象，当油枪台数多时，需要大幅度关闭阀门开度在1%～10%左右，而阀门调节动作时间按照线性规律调节，这样即使阀门稍有动作，也会造成油压的大幅波动，同时阀门动作指令接受油压给定值与测量值偏差信号，较大的偏差信号要求较小的阀门开度来调节，由此出现调节振荡现象。二是控制系统元件老化严重，调节回路动作迟缓，这也是造成回油调节阀无法达到调节品质的一个重要原因。除此之外，原有的调节方式也给油区运行人员增加了额外工作量，由于回油调节阀内漏严重，往往阀门关闭后仍无法保证燃油压力，需要运行人员手动操作回油调节阀前手动门，手动调整的结果一方面调节品质更差，另一方面也存在误操作的可能。由此可见，原有供油系统的油压调节方式已经无法保证机组的燃油要求。
鉴于上述原因，元宝山发电公司积极寻求更为合理的供油系统油压调节方式，来保证机组的安全稳定运行。近年来，变频调速技术越来越广泛应用到工业领域，这种新型成熟的交流电机无极调速技术，控制性能独特、控制品质优良，同时兼具良好的节能效果，在石油储运行业普遍应用。在多次实地调研的基础上，元宝山发电有限责任公司决定大胆采用该项技术，并对油区轻油供油控制系统进行了改造，加装了变频器和智能控制设备，并对供油泵启停控制及供油压力调节回路重新进行了逻辑设计，经过短期的完善过程，供油系统已经趋于稳定运行状态，改造后再未发生油压大幅波动的现象，有利地保障了锅炉的安全运行。
2 供油管路油压调节原理
当锅炉需要燃油时，先手动以变频方式启动一台油泵，如达不到设定压力，第二台泵再启动，并保证两台泵的频率基本相同时，变频调节器投入自动控制，两台变频调节器接受人为设定油压信号。一台运行泵的电气部分突然出现故障或者压力异常下降时，停止故障油泵，另一台油泵及时调节，并且联动第三台油泵在20秒的时间内将压力调节稳定，在此期间供油系统只是瞬间小幅度波动，然后趋于稳定。当油枪台数变化使供油管路压力变化时，系统实际压力与给定压力的偏差送至变频调节器，变频调节器改变输出频率，继而改变油泵转速，最终实现无差调节，保证恒压供油。
改造后的操作界面具有人机对话功能，可随时通过人机操作面板显示电压、电流、频率、压力等数据，便于运行人员监视，运行人员也可以通过操作面板任意设定压力调节定值。
3 系统硬件构成
系统采用压力变送器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。图3为3台泵恒压供油系统的电气接线图，从系统结构看，该系统具有变频控制和工频控制两套功能，使供油系统的安全保障性增强，配置更加科学、
合理。
3.1 压力变送器
供油压力变送器安装在三台供油泵出口母管，将测量得到的供油管路的油压信号转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。
3.2 变频器
变频器既是油泵电机的控制设备，也是油压控制设备，能将设定油压与实际油压的偏差信号转化为0～50Hz的频率信号供给油泵电机，调整其转速。变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止（D11、D15）、模拟量给定（A11）、实际值（A12）、控制方式选择（Dn）、恒速（DB）、允许运行（D14）；3个输出信号：模拟输出（频率）、继电器输出1（故障）、继电器输出2（运行）；DIP开关选择输入0～10V电压或0～20mA电流值（系统采用电流值）。变频器根据给定值A11和实际值A12，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的油泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
3.3 三台供油泵控制
根据泵站供油实际情况与需求，利用3台油泵分别由3台变频器来控制调节供油系统量大小，因此除改变油泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持油压恒定，当运行泵达到预设频率而供油系统仍达不到恒压要求时，则启动预先的备用油泵运行，并且平稳增加油压，在尽短时间内达到所需油量要求，并维持平稳。反之，当变频器输出频率降至最小，供油压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX-4AD（4模拟量人）获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据存储器中。通过其可将压力传感器电流信号及变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限（考虑到油泵电机在低速运行时轴承润滑可靠，必须保证其频率不低于21Hz，因此频率上限设为工频43Hz，下限设为21Hz）进行比较，实现泵的切换与转速的变化。系统在设计时应使油泵在供油稳压过程中尽可能快，以保证供油的连续性，油压波动尽可能小，从而提高供油质量。 4 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。当变频器输出频率达到频率上限43Hz，供油压力未达到预设值时，发出启泵指令，投入下一台泵供油。当供油压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限21Hz时，发出停泵指令，切除运行中的一台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，必须预先设定增减油泵的顺序。即获得加泵信号后，按照4号泵、5号泵、6号泵的顺序优先考虑。获得停泵信号后，按照6号泵、5号泵、4号泵的顺序优先考虑。
为增强系统运行的可靠性，系统还具有故障跳泵后自动补偿功能，也就是三台泵联动状态，当启动运行的两台泵突然有一台发生故障，另一台泵可以立即启动补偿压力，在启停泵时同时设置了元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图4：
5 系统参数的确定
变频器根据供油设定压力与实际压力偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。
6 控制方式
自动PID调节：使某（几）台变频器处于自动方式，使其处于PID自动状态，将供油压力设定值调整到所需值，然后按相应的一个“变频器启动”按钮，此时，变频器即按照预置的控制策略运行。
手动PID控制：使某（几）台变频器处于手动方式，将“变频手动输出”调整到所需频率。按相应的变频器启动按钮，此时，变频器按照手动输出频率控制油泵运行。
脱机控制：使某台或某几台变频器处于手动方式（“变频器自动/手动”开关置于“手动”位置）在变频器的操作面板上进行控制。
在#4、#5、#6轻油供油变频器柜加装了手动控制设备，目的是在轻油供油自动控制设备出现严重故障而无法及时恢复正常状态时，可以及时、快速投入该套手动控制设备，使用安装在变频器柜上的电位器进行压力调整，满足为机组正常供油需要。
7 参数修改
在控制柜显示模块上可以对现场参数设定、运行工况进行显示。可以设定#1、#2、#3变频器的运行参数，设定供油压力，显示供油总管压力，显示各变频器的工作参
数等。
在其画面6或画面8显示时，按F8+F2键，即可以进入参数修改状态。第一个可修改的通用数以反衬形式显示。此时，用F1、F7、F8、F3、F4键进行参数修改，用F5键或F6键取消或确定修改过程。
实例：修改压力设定值（2500kPa）。
（1）切换到画面6。
（2）按F8+F2键（进入参数修改状态）。
（3）按F1键2次，此时“设定值”以反衬形式显示为“/0/0/0/0/”，按F7键两次，显示为“/0/0/0/2/”。
（4）按F3键，显示为“/0/0/2/0/”，按F7键5次，显示为“/0/0/2/5/”，按F3键两次，显示为“/2/5/0/0/”，按F6键，确认输入值。如果输入有误，按F5键取消此次操作。
8 存在问题
由于网管覆盖面积较大，供油泵站海拔高度相对较低，远端（特别是#3、#4机组）供油压力要维持3MPa，在泵站出口油压就必须维持4MPa。
管道中若存在空气会导致油压震荡问题，因此必须保证管道的密闭性或管道检修后将管道中的空气排尽，才能投入正常供油运行。
9 运行效果
此次改造应用于元宝山发电有限责任公司供油系统的运行实际，改造范围小，投入费用少。通过变频转速调节替代了回油压力调节，避免了油泵启动瞬间对管路、阀门形成冲击，实现了供油系统的恒压调节，系统可靠性及自动化程度得到很大提高，保证了锅炉燃油期间的安全稳定运行。而变频代替工频的运行方式，使泵运行轴功率降低30%左右，又取得一定的节能效果。
参考文献
[1] 吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社.
作者简介：王景虎（1977—），男，内蒙古赤峰人，内蒙古赤峰市元宝山发电有限责任公司生产技术部工
程师。