一、 引言：
城市供水系統(tǒng)的水庫(kù)泵站一般都配備大功率水庫(kù)泵及增壓泵若干臺(tái)，其良好穩(wěn)定運(yùn)行為城市居民的生活用水和社會(huì)主義工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來可靠的保證。目前，很多現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)趨于老化，日常維修工作量大，控制原理也較為落后。如何在不增加大量投資的前提下對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行合理改造，以發(fā)揮最高的工作效能，是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。
上海自來水公司市北泵站管理所下屬真北泵站共有三臺(tái)280kW增壓泵和三臺(tái)280kW水庫(kù)泵。均采用自耦啟動(dòng)柜進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，并且隨著設(shè)備的長(zhǎng)期使用，開關(guān)元件及出水閥門的損耗比較嚴(yán)重。為了降低運(yùn)行成本，減少設(shè)備損耗，提高管理水平，決定采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)和電機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)原設(shè)備進(jìn)行改造。
二、 工作原理及改造方案：
1. 控制原理
電機(jī)啟動(dòng)器決定使用軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)器的基本原理如圖1所示，通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制輸出電壓。因此，軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓?jiǎn)?dòng)器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式（如串電阻啟動(dòng)，自耦變壓器啟動(dòng)等）有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。
目前，國(guó)內(nèi)外的電機(jī)軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)一般都采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器配1臺(tái)電機(jī)的控制方案，為了節(jié)省投資，經(jīng)過多方論證，并且與上海津信變頻器有限公司的技術(shù)專家一起進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，最終決定采用1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶多臺(tái)電機(jī)的方案。同時(shí)，也為了最大限度地保障設(shè)備無故障連續(xù)運(yùn)行，對(duì)原自耦啟動(dòng)柜進(jìn)行了改造，保留原來自耦啟動(dòng)的全部功能，并且利用原自耦柜中的運(yùn)行接觸器，作為軟啟動(dòng)器的旁路接觸器，在軟啟動(dòng)器啟動(dòng)完畢后將其旁路，以便軟啟動(dòng)器可以繼續(xù)控制其他的電機(jī)。軟停止控制策略則正好相反，首先要將原自耦柜中的運(yùn)行接觸器斷開，電機(jī)切換到由軟啟動(dòng)器控制，然后啟動(dòng)軟啟動(dòng)器的軟停止功能，逐漸減小輸出電壓，將電機(jī)慢慢停下來，最后軟啟動(dòng)器退出，等待接受下一個(gè)啟動(dòng)或停止操作。
2. 系統(tǒng)組成框圖：
圖2為單路進(jìn)線的主回路接線圖
圖2 3. 主要設(shè)備選型：
供水系統(tǒng)關(guān)系到千家萬戶，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型要考慮其可靠性以及產(chǎn)品制造商的資信，使系統(tǒng)在正常工作條件下，盡可能做到萬無一失。但同時(shí)又要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)備的配備上對(duì)主要關(guān)鍵性設(shè)備盡可能選用國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，對(duì)一些不影響系統(tǒng)性能及可靠性的輔助設(shè)備，可選用價(jià)廉物美的產(chǎn)品，以提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比。
3.1 可編程序控制器（PLC）選型
PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，選型的時(shí)候除了要滿足以上要求之外，還要考慮到今后的維護(hù)和擴(kuò)展以及與其他泵站保持統(tǒng)一的通訊接口，為今后連接上位機(jī)監(jiān)控做好準(zhǔn)備等。綜合考慮之后，決定采用ROCKWELL的SLC500系列PLC。
3.2 軟啟動(dòng)器選型：
選用丹麥丹佛斯工業(yè)有限公司生產(chǎn)的MCD3000型工業(yè)軟啟動(dòng)器，該產(chǎn)品具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1. 有專用的旁路接線端子，在旁路時(shí)還有電流監(jiān)控，能作過載保護(hù)；
2. 丹佛斯軟啟動(dòng)器有1帶多的專有功能，特別適用于此次改造；
3. 丹佛斯軟啟動(dòng)器有內(nèi)置的軟停止功能；
4. 丹佛斯軟啟動(dòng)器是真正的恒電流閉環(huán)控制，能以設(shè)定的啟動(dòng)電流值作最快速的啟動(dòng)，啟動(dòng)完成的邏輯判別也更合理。
水泵電機(jī)型號(hào)為JS137-6，280kW，493A，983rpm。泵站由兩路高壓進(jìn)線供電，每路帶3臺(tái)電機(jī)。因此決定采用2臺(tái)300 kW軟啟動(dòng)器（型號(hào)為MCD3300），每路電源接1臺(tái)軟啟動(dòng)器，每臺(tái)軟啟動(dòng)器負(fù)責(zé)3臺(tái)電機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止。其啟動(dòng)控制原理請(qǐng)見圖3，啟動(dòng)時(shí)完全為電流閉環(huán)控制，等到電機(jī)加速至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流也降至額定電流，可控硅完全開足，最后軟啟動(dòng)器發(fā)出運(yùn)行信號(hào)。
圖3 三、參數(shù)設(shè)置
四、程序設(shè)計(jì) 采用ROCKWELL公司的RSLOGIX500編程軟件，程序框圖如下：
圖4五、 安裝調(diào)試注意事項(xiàng)：
現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試是在不影響整個(gè)泵站正常供水的情況下進(jìn)行的，所以事前一定要制訂詳細(xì)的施工計(jì)劃，要求工程公司具備：
－ 有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力
－ 有能力協(xié)調(diào)大量的材料，設(shè)備定貨，運(yùn)輸和進(jìn)貨等問題
－ 有相應(yīng)工程的設(shè)計(jì)，施工經(jīng)驗(yàn)
－ 有良好的管理制度
這次施工就是在與調(diào)度充分協(xié)調(diào)之后，逐泵進(jìn)行的。調(diào)試時(shí)也是如此，先選在某一路電源上的3臺(tái)泵都不用的時(shí)候，對(duì)這一路的軟啟動(dòng)器進(jìn)行調(diào)試；再選擇被控制的水泵，將被選中的水泵的出水閥完全關(guān)閉，以勉調(diào)試工作影響管網(wǎng)；然后開始正式調(diào)試動(dòng)作，注意這時(shí)水泵是在打悶水，運(yùn)行時(shí)間最好不要超過1分鐘；等這些調(diào)試工作都順利通過之后，就可以打開出水閥，作滿載軟啟動(dòng)軟停止試驗(yàn)了，這時(shí)因?yàn)槭菨M載所以軟啟動(dòng)的時(shí)間會(huì)比空載時(shí)的長(zhǎng)，因此軟啟動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置要有一定的余量；最后通過試驗(yàn)，總結(jié)數(shù)據(jù)，得出最佳的控制方式和控制參數(shù)，就可以投入試運(yùn)營(yíng)了。
另外低壓大功率電機(jī)的配電較為緊湊，因此多數(shù)調(diào)試要盡量在模擬條件下完成，以減少正式調(diào)試時(shí)的故障機(jī)會(huì)。
六、運(yùn)行效果及意義：
此套控制系統(tǒng)目前已經(jīng)在真北泵站正式投入運(yùn)行。六臺(tái)水泵的出水閥門完全打開，通常情況下對(duì)他們不再進(jìn)行操作。軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電流設(shè)為330%，啟動(dòng)時(shí)間約為5-6秒，供電系統(tǒng)承受的啟動(dòng)沖擊電流與用自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的相仿；軟停止時(shí)電流最大不超過170%，軟停止時(shí)間約7秒，對(duì)止回閥沒有任何沖擊。系統(tǒng)從投入使用至今運(yùn)行正常。
此系統(tǒng)的成功應(yīng)用，將對(duì)今后城市供水系統(tǒng)的增壓泵站和水庫(kù)泵站設(shè)計(jì)和改造帶來非常深遠(yuǎn)的意義：
1. 由于使用軟啟動(dòng)器已能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的滿載啟動(dòng)和軟停止，水泵的出水閥門可以完全取消；
2. 大功率軟啟動(dòng)器"一帶多"取得成功應(yīng)用，使得今后多泵泵站電機(jī)啟動(dòng)控制系統(tǒng)的成本大幅度下降；
3. 軟啟動(dòng)器本身具有電壓及電流保護(hù)功能，并有內(nèi)在的零電流開關(guān)特性，使得電動(dòng)機(jī)的保護(hù)得到了加強(qiáng)，同時(shí)大大減少了接觸器的損耗；
4. 此類系統(tǒng)因?yàn)橛蠵LC作為主控制器，以后可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。
七、結(jié)束語(yǔ)：
由于采用了先進(jìn)的PLC和電機(jī)軟啟動(dòng)器，使得原先的電氣控制得到了成功改造，整個(gè)泵站的電氣控制和管理水平上了一個(gè)新的臺(tái)階。隨著國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)的不斷更新和自動(dòng)化控制理論的不斷發(fā)展，相信今后將會(huì)有更多、更好的解決方案出現(xiàn)。
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