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貴陽(yáng)兆瑞自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司 林德操 李克
摘要：一臺(tái)1336 PlusII變頻器加一個(gè)同步切換控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)泵站三臺(tái)水泵的控制，保證切換擾動(dòng)電流<1.8 INP。
關(guān)鍵詞：群控電機(jī) 變頻控制 同步切換
西泌河提水工程，是貴州省晴隆縣的重要供水工程。水源取自于貴州南盤江支流的西泌河，從而叫西泌河工程。該工程提水總揚(yáng)程為887米，分五級(jí)泵站提水。每級(jí)泵站安裝有三臺(tái)75KW提水泵。五級(jí)泵站均分布于山壑之間，為實(shí)現(xiàn)五級(jí)泵站無(wú)人值守，每個(gè)泵站配置MicroLogix 1500可編程控制器對(duì)全站實(shí)行控制，選用一臺(tái)羅克韋爾自動(dòng)化A-B 1336 Plus II變頻器加同步切換控制器對(duì)三臺(tái)提水泵進(jìn)行起/停和調(diào)速，實(shí)現(xiàn)各級(jí)泵站的水位調(diào)節(jié)，保證水廠的連續(xù)生產(chǎn)。水廠設(shè)有系統(tǒng)中心控制室對(duì)整個(gè)提水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)通信采用無(wú)線數(shù)傳方式。工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。
除一級(jí)泵站外，每一級(jí)泵站均建有一個(gè)儲(chǔ)水池作兩級(jí)泵站之間的緩沖作用。
根據(jù)實(shí)際的地理環(huán)境和系統(tǒng)通信的要求， 5#站作為系統(tǒng)通信的樞紐站（中轉(zhuǎn)站），它除完成本站的控制外，要將其他四級(jí)泵站的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)傳送到水廠中心控制室。
1. 泵站控制結(jié)構(gòu)
為可靠運(yùn)行與節(jié)約投資，泵站采用一臺(tái)變頻器對(duì)三臺(tái)水泵的控制模式。其控制系統(tǒng)方案如圖2。
變頻器型號(hào)為1336F-B100-AA-EN-L4-HAS2。三臺(tái)水泵的電機(jī)（D1、D2、D3）只能用變頻器啟動(dòng)。通過(guò)開(kāi)關(guān)K1、K3、K5分別選擇控制水泵D1、D2、D3。當(dāng)K1合上時(shí)，變頻器啟動(dòng)1#水泵，開(kāi)關(guān)K3合上時(shí)，變頻器啟動(dòng)2#水泵，開(kāi)關(guān)K5合上時(shí)，變頻器啟動(dòng)3#水泵。
D1、D2、D3的另一路電源由電網(wǎng)供給。電網(wǎng)直接供電的運(yùn)行方式由開(kāi)關(guān)K2、K4、K6分別控制。
變頻器接受PLC的控制啟動(dòng)與仃機(jī)命令。
PLC對(duì)水泵啟動(dòng)/仃機(jī)的規(guī)則是：
任何水泵只能變頻啟動(dòng)而不能直接啟動(dòng)。
不能同時(shí)啟動(dòng)二臺(tái)水泵；
變頻運(yùn)行正常時(shí)水泵才允許切換為電網(wǎng)直接供電。
按自動(dòng)控制的要求順序啟動(dòng)/仃止水泵。
為保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全，除工藝要求的安全聯(lián)鎖外，操作上設(shè)置有下列電氣縱橫聯(lián)鎖：
K1與K2，K3與K4，K5與K6均不能同時(shí)合閘叫縱向聯(lián)鎖；
K1、K3、K5不能同時(shí)有二個(gè)開(kāi)關(guān)合閘叫橫向聯(lián)鎖。
K2、K4與K6不設(shè)就地合閘。
D1、D2、D3只有仃機(jī)與無(wú)故障狀態(tài)下才可能啟動(dòng)操作；
1. 可編程控制器
可編程控制器（PLC）采用RockWell 自動(dòng)化的MicroLogix 1500 系列控制器。它的主要功能是：
a) 采集泵站的生產(chǎn)與環(huán)境安全的全部數(shù)字、模擬信號(hào)；
b) 根據(jù)本站的儲(chǔ)水池水位控制水泵的啟仃；
c) 設(shè)置下列聯(lián)鎖：
D1、D2、D3只有仃機(jī)與無(wú)故障狀態(tài)下才可能啟動(dòng)操作；
變頻器只能啟動(dòng)D1、D2、D3中的一臺(tái)無(wú)故障電機(jī)；
切換操作只能在變頻器運(yùn)行正常時(shí)才能有效。
切換對(duì)象只能是變頻器正常運(yùn)行的對(duì)應(yīng)電機(jī)。
d) 與中心控制站通信。將全部數(shù)據(jù)傳送到中心控制主站，接受中心控制主站的控制指令進(jìn)行泵站的控制。
e) 泵站設(shè)備與環(huán)境的安全報(bào)警。
泵站變頻器的運(yùn)行控制方式是，變頻器正常啟動(dòng)一臺(tái)水泵。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷需要增加運(yùn)行水泵時(shí)，或系統(tǒng)運(yùn)行方式需要進(jìn)行第二臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)，或泵站繼續(xù)提水而需要將當(dāng)前變頻器退出運(yùn)行時(shí)，將當(dāng)前變頻器運(yùn)行的水泵升頻到電網(wǎng)頻率下運(yùn)行，然后，命令同步切換控制器進(jìn)行工頻切換，同步切換控制器接到命令后，自動(dòng)捕捉變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的同步點(diǎn)后將水泵切換至電網(wǎng)直接供電。變頻器可再啟動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)行。
2. 同步切換控制器
變頻器是按控制輸出頻率自動(dòng)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)的，如果變頻器輸出控制到電網(wǎng)的頻率下運(yùn)行或設(shè)置電機(jī)頻率參數(shù)情況下固定頻率運(yùn)行方式時(shí)，在變頻器的調(diào)節(jié)功能下，變頻器的輸出是以電網(wǎng)電壓為基準(zhǔn)，不斷的進(jìn)行輸出頻率調(diào)節(jié)，使變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓之相位差Δψ呈圖3中的不定周期運(yùn)行曲線。
貴陽(yáng)兆瑞自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司研制的同步切換控制器（GWR-SY）是自動(dòng)捕捉電網(wǎng)電壓與變頻器輸出電壓的同步點(diǎn)的變頻器運(yùn)行切換裝置。
同步切換控制器（GWR-SY）具有下列功能：
a) 實(shí)時(shí)指示出電網(wǎng)與變頻器輸出電壓的相位差。
b) 接到切換控制的命令后，自動(dòng)捕捉變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的相位，達(dá)到同步時(shí)發(fā)出切換命令。
c) 可設(shè)置切換時(shí)間。切換時(shí)間T指電機(jī)由變頻器運(yùn)行切換為電網(wǎng)直接供電的時(shí)間。切換時(shí)間由切換開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間Toff和切換開(kāi)關(guān)的合閘時(shí)間Ton總和。切換時(shí)間設(shè)置可保證切換擾動(dòng)電流最小。
d) 系統(tǒng)切換輸入命令為一個(gè)外接的繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)輸入，切換輸出為一繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)輸出。所以切換點(diǎn)數(shù)不受限止。系統(tǒng)配備靈活。
e) 切換最大擾動(dòng)電流為1.8 INP。
1. 切換控制應(yīng)用特點(diǎn)
采用一臺(tái)變頻器對(duì)群控電機(jī)的控制具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
A. 充分發(fā)揮變頻器的優(yōu)越性
一個(gè)泵站的水泵配置總是遵循（N+1）原則確定的，即N臺(tái)機(jī)器能滿足最大負(fù)荷的需要，多一臺(tái)作為備用。所以，一個(gè)泵站，總裝置總是大于一的，或說(shuō)它是一個(gè)并聯(lián)電機(jī)群的工作站。
變頻器節(jié)能特性主要體現(xiàn)在輕負(fù)荷及波動(dòng)負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。一個(gè)并聯(lián)電機(jī)群中多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，一般是由一臺(tái)或幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)基本負(fù)荷（基荷設(shè)備），因?yàn)樗鼈冐?fù)荷穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)可由電網(wǎng)直接供電運(yùn)行。另外一臺(tái)（或多臺(tái)）電動(dòng)機(jī)由變頻器控制運(yùn)行，擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)荷 ，從而充分發(fā)揮了變頻器的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，節(jié)約了能源。
B. 減少建設(shè)投資
l 降低了總裝置的成本。不必要每一臺(tái)電機(jī)配備一臺(tái)變頻器，電源裝置只要一臺(tái)變頻器，其它每一臺(tái)只要多配置一個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，完全達(dá)到變頻啟動(dòng)和變頻調(diào)節(jié)的功能，提高了整個(gè)泵站的運(yùn)行水平。
l 節(jié)約了電氣設(shè)備的投資：異步電動(dòng)機(jī)（下稱電動(dòng)機(jī)）的直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，一般達(dá)到額定電流的6-7倍。因此，電氣設(shè)備配置必須要躲過(guò)啟動(dòng)電流值。而變頻器啟動(dòng)電流不超過(guò)額定電流值。從而全部電氣設(shè)備（包括：配電變壓器、專用供電線路、開(kāi)關(guān)及其配電設(shè)備等）的總?cè)萘烤梢灶~定容量來(lái)選擇。較大的節(jié)約了設(shè)備投資。減少鐵耗節(jié)約了能源。
l 系統(tǒng)設(shè)備減少到最少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，可靠性高。所以是最合理、最經(jīng)濟(jì)的方案。
l 異步電動(dòng)機(jī)（下稱電動(dòng)機(jī)）的直接啟動(dòng)，對(duì)供電系統(tǒng)的沖擊大。增加機(jī)械磨損，縮短機(jī)械壽命。用變頻器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，能達(dá)到平滑啟動(dòng)，減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械壽命。
l 本工程一個(gè)泵站的變壓器容量為三臺(tái)電機(jī)額定容量的總和。它不能承受單臺(tái)水泵的直接啟動(dòng)，但它可以二臺(tái)電機(jī)的變頻起動(dòng)和工頻切換下正常運(yùn)行。
C. 變頻器斷續(xù)運(yùn)行，可延長(zhǎng)變頻器的壽命。在定負(fù)荷情況下，隨時(shí)可切換至工頻運(yùn)行，節(jié)省變頻器運(yùn)行小時(shí)數(shù)。延長(zhǎng)變頻器的運(yùn)行壽命。
2. 應(yīng)用小結(jié)
A. 本工程實(shí)現(xiàn)了1336 Plus II變頻器和GWR-SY同步切換控制器之間的完美配合，在較小容量的電氣設(shè)備條件下，保證了提水泵站的二臺(tái)(或三臺(tái))泵同時(shí)運(yùn)行；
B. 同步切換控制器經(jīng)半年多的運(yùn)行與實(shí)踐表明，由GWR-SY進(jìn)行切換時(shí)間的整定后，切換最大電流為切換時(shí)運(yùn)行電流的1.8倍，大多數(shù)的情況下為1.2倍，在使用中得到了用戶的好評(píng)；
C. 實(shí)現(xiàn)了一次不仃止供水的變頻器故障檢修。2005年5月16日，用戶報(bào)告：出現(xiàn)一臺(tái)變頻器故障，但隔二、三小時(shí)后同樣可以啟動(dòng)泵運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)采用變頻器啟動(dòng)正常后，切換為工頻運(yùn)行保證了供水；然后做好安全措施，在不仃泵的情況下更換了具有故障的變頻器主控制板，做到了不仃水的故障處理。
作者：林德操---男1939年11月生，1964年畢業(yè)于貴州工學(xué)院，高級(jí)工程師。1965年至1985年從事電廠熱工自動(dòng)化工作，歷任車間副主任、生產(chǎn)技術(shù)科科長(zhǎng)；1983年負(fù)責(zé)微機(jī)對(duì)火電廠鍋爐的自動(dòng)控制項(xiàng)目獲貴州省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；1985年到貴州電力設(shè)計(jì)院，擔(dān)任計(jì)算機(jī)室主任，從事電力設(shè)計(jì)的CAD技術(shù)應(yīng)用。1999年退休，到貴陽(yáng)兆瑞自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司從事自動(dòng)化控制技術(shù)工作。
李 克---男，1963年12生，1984年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)，高級(jí)工程師。長(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)和工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)工作。
聯(lián)系電話：0851-5213339、5213376、13984041530（林）、13984128599（李）
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