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发电厂里的转机拖动设备95%是交流异步电动机，而交流异步电动机是低功率因数的设备。如果提高其功率因数可以充分发挥供电设备潜力，同时又可降低生产成本和节约电能。下面，就如何提高功率因数的问题我们进行讨论。

1、合理调整运行设备，提高功率因数

在未进行人工补偿前，应考虑对电厂现有设备进行检查和调整，使其合理运行，从而提高功率因数。

（1）一般来说电厂內的设备都是配套的无需我们在容量和选型上考虑，只需考虑运行中的电机，避免“大马拉小车”现象，当负载率低于40%时，可以考虑更换小容量的电动机。当负载率低于30%时，可将三角接线的绕组改为星形接线的与运行方式，这样一来电动机的效率和功率因数均有所提高。

（2）对老系列的电动机如：JO、JO2系列的老式电机进行改造或淘汰，更换Y系列的节能电动机。

（3）正确使用和维护电机，注意控制其频繁启动（频繁启动时功率因数很低），精心的检修，在电动机安装时调整好中心线及电机转、静子间隙也是必不可少的，因为气隙不均会造成空载电流增大，功率因数降低。

 

2、加装变频器，提高功率因数

 

使用变频器进行调速来实现提高功率因数的目的，也是常用的节能方法，即在普通的交流异步电动机上加装变频器，此方法安装简单，操作方便，节能效果显著。

变频器在国外早以大量使用，我国也开始普及，因此，我们来分析一下普通电动机采用变频器后的损耗情况。

感应电动机投入电源后要吸收电功率，即输入功率P1，经过内部电磁转化，变成转轴上的机械功率输出，即输出功率P2。在转化过程中要产生损耗，那么当电动机采用频率变换器供电后并以恒转矩运行时，电动机的损耗会有哪些变化呢？

（1）电机的转、静子铜损是与频率变化无关的常数，但是在实际拖动中，为了补偿定子绕组电压降，要适当降低频率或者适当提高外施电源电压，因此U1/f不能保持比值不变。再有，为了电动机处于运行状态，也要求改变U1/f的比值，所以实际电流也多少有些变化，因此铜耗也多少随频率改变而改变，但变化不大。

（2）铁耗。铁损耗随频率的降低而降低，但是由于采用电压型逆变器的变频电源供给电动机，电源电压波形中含有高次谐波分量，与具有正弦波电源相比，铁损耗要增加。再有，所有杂散损耗也均随高次谐波分量的增大而增大。

（3）机械损耗。通常，轴承摩擦损耗与电动机转速的1--2次方成正比，而通风损耗是与电动机转速的3次方成正比，所以当电源频率降低时，机械损耗也降低。但我们大家都知道机械损耗在整个电动机的损耗中只占总损耗的50%以下，所以其变化量可忽略不计。

综合以上分析我们可以看到，使用变频电源后的电动机总的损耗降低了。

 

只要我们能认真地学习理论知识，不断提高专业技术水平，并付之实践，节能降耗一定能收到良好的效果。

可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的 专门从事逻辑控制的微机系统。在PC系统应用中，梯形图的设计往往是Zui主要的问题。梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有着相同点，也有着不同点。本文对开关量控制系统梯形图的设计，提出了四种常用方法。二、替代设计法 

所谓替代设计法，就是用PC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。它的基本思想是： 将原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PC的I/O点，原来由继电器—接触器硬件完成的逻辑控制功能由PC机的软件—梯形图及程序替代完成。例如，电动机正反转控制电路，原电气控制线路图如图1所示。由PC控制替代后，其I/O接线 图和梯形图分别如图2、3所示。 

图3PC梯形图这种方法，其优点是程序设计方法简单，有现成的电气控制线路作依据，设计周期短。一般 在旧设备电气控制系统改造中，对于不太复杂的控制系统常采用。 

三、逻辑代数设计法 

由于电气控制线路与逻辑代数有一一对应的关系，因此对开关量的控制过程可用逻辑代数式 表示、分析和设计。 

基本设计步骤如下： 

1、根据控制要求列出逻辑代数表达式。 

2、对逻辑代数式进行化简。 

3、根据化简后的逻辑代数表达式画梯形图。下面举一简单例子来具体说明。 

某一电动机只有在三个按钮中任何一个或任何两个动作时，才能运转，而在其他任何情况下 都不运转，试设计其梯形图。 

将电动机运行情况由PC输出点0500来控制，三个按钮分别对应PC输入地址为A、B、C。根据题意，三个按钮中任何一个动作，PC的输出点0500就有输出。其逻辑代数表达式为当三个按钮中有任何两个动作时，输出点0500的逻辑代数表达式为因两个条件是“或”关系，所以电动机运行条件应该为简化该式得　 　　

 

图4 电动机运行情况梯形图

根据逻辑代数表达式，画梯形图，如图4所示。 图4利用这种方法设计，Zui大的特点是可以把很多的逻辑关系Zui简化。 

当然出于可靠和安全性角度考虑的冗余设计是另外一个问题。

四、程序流程图设计法

PC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程 图表示。由于PC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。 

下面以全自动洗衣机控制为例，说明这种设计方法的应用。 

首先画出洗衣机工艺流程图，如图5所示。

图5洗衣机工艺流程图

第二步选择PC机型，设置I/O点编号。其I/O点编号分配如下：

　　I/O点分配　　　　计时/计数器分配 

　　00起动开关　　　 T600正转计时 

　　01停止开关　　　 T601暂停计时 

　　02手动排水开关　 T602反转计时 

　　03高水位开关　　 T603暂停计时 

　　04低水位开关　　 T604脱水计时 

　　20起动洗衣机　　 T605报警计时 

　　21进水　　　　　 C606洗涤次数 

　　22正转洗涤　　　 C607脱水次数 

　　23反转洗涤 

　　25排水 

　　26脱水 

　　27停止、报警 

　　第三步，根据流程图，设计梯形图，如图6所示 

图6洗衣机梯形图

五、功能模块设计法 

根据模块化设计思想，可对系统按控制功能进行模块划分，依次对各控制的功能模块设计梯 形图。 

例如，在PC电梯控制系统中，对电梯控制按功能可分为：厅门开关控制模块，选层控制模块，电梯运行控制模块，呼梯显示控制模块等。按电梯功能进 行梯形图设计，可使电梯相同功能的程序集中在一起，程序结构清晰，便于调试，还可以根 据需要灵活增加其他控制功能。 

当然，在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系，以及联锁指令的使用条件。同一 种控制功能可有不同的软件实现方法，应根据具体情况采用简单实用的方案，并应充分利用 不同机型所提供的编程指令，使程序尽量简洁。

六、结束语 

本文介绍了PC梯形图的四种设计方法，除此之外，还有其他一些方法，如经验法。在系统设 计中对不同的环节，可根据具体情况，采用不同的设计方法。通常在全局上采用程序框图及功能模块方法设计；在旧设备改造中，采用替代法设计；在局部或具体功能的程序设计上，采用逻辑代数法和经验法。 

循环流化床锅炉以其低消耗、高效率、适应煤质广、负荷调节范围大等优点为众多热电厂所采用。但要保证这些优点除了应具备一套好的循环流化床锅炉和配套的辅机设备外，还必须配备性能优良的集散控制系统。目前国内各厂家生产的循环流化床锅炉及辅机在性能上都已达到规定的要求，但所采用的控制系统却参差不齐，甚至仍然有一部分采用常规仪表控制。常规仪表用来控制链条炉还能够满足要求，但要控制循环流化床锅炉的运行就显得有些“力不从心”了。这是由于以下原因引起的：1）循环流化床锅炉的控制参数多，若采用常规仪表控制将造成控制仪表过多，易给操作人员造成混乱，不利于快捷操作控制；2）循环流化床锅炉燃烧控制原理复杂，若采用常规仪表控制将造成操作人员工作强度大、责任大，导致锅炉的燃烧控制协调不易掌握，增加了出现故障的几率，易导致因控制不好而结焦以致停炉，给电厂造成巨大的经济损失。国内的DCS生产厂家为了适应电厂控制的需要，在不断地吸收和借鉴先进经验的基础上，有效地提升了循环流化床的DCS控制理论，充分体现了DCS控制系统的可靠性、实时性和性等优点。

　　2 工程设备概况

　　永煤集团热电厂锅炉改造工程通过招标用湖南省节能设计公司改造杭州锅炉厂生产的锅炉，型号为YM130-3.8/450-M型,130吨中温中压循环流化床锅炉。该锅炉为单汽包，自然循环蒸汽锅炉，主要用于发电及市区生活供热。锅炉的燃烧系统由炉膛、旋风分离器、返料器和尾部对流烟道组成。采用水冷布风板，布风板截面均匀布置风帽，一次热风进入水冷风室后经这些风帽均匀进入炉膛。燃煤经设在炉前的4台给煤机送入燃烧室和输送煤泥通过炉顶进入炉膛。按照燃料燃烧的流向划分，锅炉的结构可分为4个组成部分，即燃烧室、高温旋风分离器、返料密封装置和尾部对流烟道。尾部对流烟道内沿烟气流程依次布置有高温过热器和低温过热器，高温过热器分为高温冷段和热段，中间设有喷水减温器。下部依次布有省煤器和空气预热器，用于加热一次风。锅炉配置2台引风机、1台一次风机。锅炉采用床上木炭点火。经济、节约点火费用。 

　　3 DCS 系统配置

　　控制系统采用开放式结构及高度模块化技术的分散型系统，由高速实时数据网络、人机接口站和分散处理单元三大部分组成，可以实现实时数据采集、过程控制、顺序控制、控制、报警检测、监视、操作，同时可对数据进行记录、统计、显示打印等处理。高速实时数据通信网络在整个DCS控制系统中起着重要的作用，它连接着人机接口站和分散处理单元，完成各种控制信息在网络上的传送功能。该项目中的DCS控制系统配置如图所示。

　　整个DCS控制系统由1台工程师站、几台操作员站和1个控制柜组成，同时工程师站还担负着向全厂信息中心传送锅炉运行数据的功能。1个控制柜分别为2个分散处理单元柜、1个信号端子柜、电源柜和网络通信。分散处理单元柜中采用冗余CPU 结构，并通过网络通信处理模块连接各种智能型I/O模板，确保整个监控系统数据的实时性。

　　电源柜的供电电源为从UPS输出的双路稳压电源，经内部转换后以双路冗余的模式向其他控制柜输出5V、24V和48V工作电源。网络通信中配置了冗余的交换机，确保实时数据通信网络畅通无阻。

　　4 顺序控制及联锁保护

　　锅炉保护逻辑由MFT锅炉跳闸保护逻辑、顺序控制及联锁等几部分组成。

 

　　1） 锅炉跳闸保护逻辑

 

　　主燃料的跳闸保护条件即是依据锅炉正常燃烧运行时多种控制条件综合得出的锅炉保护措施，其目的是确保锅炉的床温足够高，使进入炉膛内的燃料能够持续、稳定地燃烧。通常，在以下情况发生时，应紧急停炉，实行强制性主燃料跳闸动作。触发锅炉产生保护的条件如下：送风机跳闸、所有引风机跳闸、炉床温度测点中任意3个超过1050℃、 炉膛压力超低、汽包水位超高（水位值高于+200mm 且延时5s）、汽包水位超低（水位值高低于-200mm 且延时5s）时，按下MFT手动按钮。

　　主燃料保护动作后，指令发出自动停止向炉膛内部送煤、煤泥、送风机，同时根据现场的情况决定是否停引风机及关闭减温水阀门。在不停引风机的情况下，应慎重地控制进入炉膛的引风量，而不应该盲目地立即减小引风量。

　　2） 顺序控制及联锁

　　锅炉辅机设备的顺序控制及联锁的基本目的是将正常运行时由于锅炉及辅机设备的工况原因对设备所产生的不良影响降至Zui低，以保障设备的长久使用。其主要功能是在装置不满足运行条件或正常运行中接近不稳定、不安全的运行状态时，依靠预先设定的保护动作来限制该装置的瞬间动作方式，Zui终得以保证设备的安全。本台循环流化床锅炉的DCS控制系统设计了多套顺控及联锁控制回路，包括引风机、送风机、给煤机、水系统的电动门和蒸汽系统的电动门及安全门。这些联锁逻辑的设置为锅炉的安全稳定运行提供了基本的保障，同时也为电厂的操作人员提供了相对规范的设备操作流程。

　　5 自动调节控制系统

　　循环流化床锅炉采用DCS的主要原因之一就是要解决运行控制复杂性的问题。相对的模拟量调节控制回路的设计可以有效地控制现场执行机构的调节动作，从而安全高效地控制锅炉燃烧系统的运作。循环流化床锅炉是一个多参数、多变量、强关联、干扰多的控制对象，其自动控制系统既是独立的，又是相互关联的，可谓是“牵一发而动全身”。当一个系统进行调节之后，其他的调节系统也要有相应变化。本锅炉的调节控制系统设计了几个自动调节回路，涉及汽温调节、负压调节、水位调节、给煤调节及燃烧调节等多个方面，充分满足了该循环流化床的运行控制要求。

　　1） 给水调节系统

　　汽包水位调节（即给水自动）是循环流化床中Zui为重要的一个调节回路，也是整个控制系统中必须投入自动的调节回路之一。给水调节系统的目的是通过控制锅炉的上水流量从而实现保持锅炉汽包内水位的稳定性，使其在某一设定值上下轻微浮动，有效地减轻了由操作人员手动控制水位的所产生的繁重工作。本循环流化床锅炉的给水控制系统由主给水调节和给水旁路调节二套自动调节系统组成。其中给水旁路调节控制系统采用单冲量调节方式，通过汽包水位实际值与设定值之间的偏差控制给水旁路调节阀的输出，该自动系统一般在锅炉负荷小于30%的情况下投入使用；主给水调节则分为单冲量调节和三冲量调节二种控制方式，其单冲量调节和三冲量调节的控制切换通过系统对锅炉运行情况进行判断后自行实现，不需要人为干预，该自动系统一般在锅炉高负荷时使用（即负荷大于30%）。主给水调节控制原理如图所示。

主给水调节控制原理

　　主给水调节系统通过调节锅炉主给水阀门的开度来控制汽包水位的稳定。当锅炉的负荷超过30%时主给水调节系统满足投入自动运行的工况，这时操作人员可根据实际情况将主给水调节切换至自动控制。当主蒸汽流量及主给水流量的变送器正常工作时，主给水调节即为三冲量自动控制方式。此时单冲量调节处于跟踪状态，即跟踪三冲量调节的输出。若主蒸汽流量或主给水流量的变送器出现信号故障时给水调节自动切换至单冲量调节方式。

　　6 结束语

　　在热电厂的130吨循环流化床锅炉项目的调试过程中，分散型控制系统的选用有效地保障了整个工程的设计、施工、调试、运行等阶段的顺利完成，并Zui大限度地缩短了整个控制系统的调试时间，确保了工程的按时投产运行。试运过程中，热工系统给水自动、汽温自动投入运行，调节控制系统投入稳定，调节品质优良，得到了厂领导及运行人员的肯定与好评。