“一拖三”變頻改造方案實現廠區恒壓供水

4.3 控制電路設計

控制電路包括繼電器控制電路及PLC 控制電路，PLC 控制電路原理如圖4所示。

圖中SA7 為手動/自動控制轉換開關，SA8 為自動起/停控制轉換開關，P1、P2 為管網壓力信號(PID輸出信號)，SA1為1#水泵手動起動開關，SA2為1# 水泵手動停止開關，SA3 為2# 水泵手動起動開關，SA4 為2# 水泵手動停止開關，SA5 為3# 水泵手動起動開關，SA6為3#水泵手動停止開關，KA0耀KA6為中間繼電器，分別控制KM0耀KM6工作。

4.4 系統工作過程

可編程控制器在工作過程中的輸入、輸出信號的符號及功能如表1 所列。

4.4.1 系統的啟動

加上啟動信號(X4)后，此信號被保持，當條件滿足(即X2 亮)時，開始啟動程序，由PLC控制1#電機變頻運行(Y1、Y0、Y7 亮)，同時定時器T0 開始計時(10 s)，若計時完畢X2 仍亮，則關閉Y1、Y0(Y7 仍亮)，T1 延時1 s，延時是為了:一是使開關充分熄弧，防止電網倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動另一臺電機。延時完畢，1#電機投入工頻運行，2#電機投入變頻運行，此時Y2、Y3、Y0、Y7亮，同時定時器T2開始計時(10 s)，若計時完畢X2 仍未滅，則關閉Y3、Y0(Y2、Y7仍亮)，T3 延時1 s，延時完畢，將2#機投入工頻運行，3# 電機投入變頻運行(此時Y2、Y4、Y5、Y0、Y7 亮)，再次等待Y7 滅掉后，則整個啟動程序執行完畢，轉入正常運行調節程序，此后啟動程序不再發生作用，直到下一次重新啟動。在啟動過程中，無論幾臺電機處于運行狀態，X2 一旦滅掉，則應視為啟動結束(Y7 滅掉)，轉入相應程序。綜合整個啟動過程，要完成3 臺電機的啟動最多需要22 s。

4.4.2 模擬調節

運行過程中，若模擬調節期間上、下限值均未達到(即X1、X2 滅)，則變頻器處于模擬調節狀態(此時相應電機運行信號和Y0 亮)。

若達到模擬調節上限值(X1 亮)，則定時器T4馬上開始定時(3 s)，定時過程中監控X1，若X1又滅，則關閉定時器，繼續摸擬調節;若T4 定時完畢，X1 仍亮，則啟動輸出低速(Y8 亮)，進行多段速調節，同時定時器T5 開始定時(3 s)。定時完畢，若X1仍亮，則關閉此多段速，啟動輸出更低速(Y9)，同時定時器T6 定時(如10 s)，定時完畢，若X1仍亮，則關掉Y9，此后X0 很快會通，轉入切換動作程序。在此兩級多段速調節過程中，無論何時，若X0 亮，則會關閉相應多段速和定時器，同時進行切換動作，即轉入切換程序，同樣，若無論何時，X1 滅掉，則關閉運行多段速和定時器，轉入模擬調節。

若達到模擬調節下限值(X2 亮)，則定時器T7馬上開始定時(3 s)，定時過程中監控X2，若X2又滅，則關閉定時器，繼續摸擬調節，若T7 定時完畢，X2仍亮，則啟動輸出高速(Y9)，進行多段速調節，同時定時器T8 開始定時(3 s)，定時完畢。若X2仍亮，則關閉此多段速，啟動輸出更高速(Y8)，同時定時器T9 定時(如10 s)，定時完畢。若X2仍亮，則關掉Y9，此后X3 很快會通，轉入加電機動作程序。在此兩級多段速調節過程中，無論何時，若X3 亮，則會關閉相應多段速和定時器，同時進行加電機動作，即轉入加電機程序。同樣，若無論何時X2 滅掉，則關閉運行多段速和定時器，轉入模擬調節。

4.4.3 電機切換

電機切換程序分為電機切除程序和加電機程序兩部分。電機切除程序動作的條件是：啟動結束后無論何時X0 亮，一旦條件滿足，即由PLC 根據電動機的運行狀態來決定切換相應電機，切換時只能切換工頻運行電機。

若工作狀態是一臺變頻一臺工頻，則立即切除工頻電機，然后計數值減1，即完成此過程，再由調節程序運行，調節至滿足要求為止。

若3 臺電機同時工作，則應由PLC來決定切除相應的工頻運行電機。切除依據是3臺電機對應計數器的大小，誰大切誰，切除掉一臺后，要由定時器定時(如5 s)等待，以便變頻器調節一段時間，防止連續切除動作。這主要是考慮到本系統的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機程序，其動作程序是：啟動結束后無論何時X2亮，一旦條件滿足(X3亮)，立即關掉變頻運行電機和變頻器，延時一段時間后(原因同上)，將原變頻運行電機投入工頻運行，同時打開變頻器和將要啟動電機的變頻開關，完成加電機過程。

同樣，若原有2 臺電機工頻工作，則X3 一亮，立即開始加另一臺電機(無延時)，加電機依據是判斷計數值，誰小加誰。但加電機完成以后，定時器要開始定時(如5 s)等待，讓變頻器調節一段時間，防止連續加電機動作。

5 系統主要性能與特點

1)由于供水管網系統較大，致使管網末端水壓嚴重滯后出口壓力，所以系統的一個顯著特點是管網末端水壓變化較大，不利于實現恒壓精確控制。

2)變頻器對電機進行軟啟動，減少了設備損耗，延長了電機壽命。

3)具有自動、手動及異地操作功能。

4)智能化控制，可任意修改參數指令(如壓力設定值、控制順序、控制電機數量、壓力上下限、PID值、加減速時間等)。

5)具有完善的電氣安全保護措施，對過流、過壓、欠壓、過載、斷電等故障均能自行診斷并報警。

6 結語

水泵變頻改造前，一、二期平均每天各運行2臺水泵，年耗電150 萬kW·h，改造實施后，年耗電85 萬kW·h，每年僅節約電費達26 萬元，所以此次設備投入費用在短期內可回收成本。