“一拖三”變頻改造方案實現(xiàn)廠區(qū)恒壓供水

1 概述

中鋁青海分公司供水加壓泵站由一、二期泵站構成，共計有加壓泵10 臺套，一、二期各5 臺套，每年供水600多萬t。正常情況下，兩個獨立控制的泵站的水泵均為三用兩備運行狀態(tài)。

1.1 設備現(xiàn)狀

一期泵站1986年投產，已連續(xù)運行20年。5臺水泵型號為150S78A，流量為144 m3/h，揚程為62 m，配用電機型號為JO2-82-2，功率為40 kW;二期泵站1990年8 月投產，已連續(xù)運行16 年。5 臺水泵型號為6SH-6A，流為量180 m3/h，揚程為55 m，配用電機型號為JO2-82-2，功率為45 kW。

1.2 存在問題

1)水泵運行年限較長，設備嚴重老化，故障率高。由于沒有相應的備品備件供應，所以維修困難。已影響平穩(wěn)供水，對分公司安全生產構成威脅。

2)JO2 系列電機是非節(jié)能產品，是屬國家明令淘汰的電機產品。

3)由于用水量不穩(wěn)定，水壓忽高忽低，水壓高時易使供水管網破裂，水壓低時不能滿足生產生活需要。所以必須及時調整水泵水壓，但由于水泵控制分散在兩個控制室，造成水泵水壓調整不便。

4)由于是兩個泵站，所以必須有兩組人員看守、操作泵站，存在人力浪費現(xiàn)象。

2 改造方案

在基本保持原有加壓泵站的功能和出力大小的情況下，將原有的10臺套水泵對應更換為ISO系列，流量為150耀180 m3/h，揚程為62 m的新水泵，安裝位置與舊水泵對應。配用電機型號為Y系列2 極，功率為45 kW。廢棄原有水泵的控制系統(tǒng)，對10 臺新水泵實施集中控制。對其中7 臺水泵實施工頻控制;對剩余的3 臺水泵實施“一拖三”的變頻控制，實現(xiàn)水壓的自動控制調節(jié)。正常情況下，要求以工頻控制的水泵運行4 臺，備用3臺;如果廠區(qū)用水量有大幅度的變化，可多開或少開工頻控制的水泵，但不管那種情況，都同時投運已實施“一拖三”的變頻控制水泵系統(tǒng)，并盡可能使3臺變頻控制的水泵保持在一工頻運行、一變頻運行、一備用的狀態(tài)，以達到自動調節(jié)管網的水壓，實現(xiàn)恒壓供水的目的。

本文針對改造方案中提出的“一拖三”的變頻控制方案，從電氣設計的角度進行了較為全面的論證，說明了該方案的可行性。

3 恒壓供水系統(tǒng)工作原理

恒壓供水控制系統(tǒng)將主要由PLC、PID、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成。為了維持供水管網的壓力不變，必須在系統(tǒng)的管道上安裝壓力變送器作為反饋組件來為控制系統(tǒng)提供反饋信號。由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用PID 調節(jié)器進行控制，而應采用PLC 參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的調節(jié)。變頻器選擇FRN45P11S-4CX 或FRN55P11S-4CX，可編程控制器選擇日本松下FP1-C40 型。

控制核心單元PLC根據手動設定壓力信號與現(xiàn)場壓力傳感器的反饋信號，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經過PID 運算后，PLC 將0~5V的模擬信號輸出到變頻器，用以調節(jié)電機的轉速以及進行電機的軟啟動;PLC 通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，驅動切換繼電器組，以此來協(xié)調投入工作的水泵電機臺數(shù)，在大范圍上控制供水的流量，同時完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。PID 調節(jié)器控制變頻器對變頻泵進行速度調節(jié)，在小范圍上控制供水的流量。這樣，從投入電機臺數(shù)和控制電機中某一臺電機的轉速而達到恒壓供水的目的。

4 電氣設計

4.1 系統(tǒng)程序設計

系統(tǒng)程序包括啟動子程序和運行子程序，分別如圖1，圖2所示。

4.2 主電路設計

該系統(tǒng)主電路如圖3 所示。當變頻泵達到水泵額定轉速后，如水壓在所設定的判斷時間內還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng)自動將當前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指定下一臺泵為變頻泵;同樣的道理，當水壓在所設定的時間內保持恒定，且變頻器的輸出頻率低于30 Hz時，則退出一臺工頻運行的給水泵。

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