“一拖三”變頻改造方案實(shí)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(gòu)成，共計(jì)有加壓泵10 臺(tái)套，一、二期各5 臺(tái)套，每年供水600多萬t。正常情況下，兩個(gè)獨(dú)立控制的泵站的水泵均為三用兩備運(yùn)行狀態(tài)。

1.1 設(shè)備現(xiàn)狀

一期泵站1986年投產(chǎn)，已連續(xù)運(yùn)行20年。5臺(tái)水泵型號(hào)為150S78A，流量為144 m3/h，揚(yáng)程為62 m，配用電機(jī)型號(hào)為JO2-82-2，功率為40 kW;二期泵站1990年8 月投產(chǎn)，已連續(xù)運(yùn)行16 年。5 臺(tái)水泵型號(hào)為6SH-6A，流為量180 m3/h，揚(yáng)程為55 m，配用電機(jī)型號(hào)為JO2-82-2，功率為45 kW。

1.2 存在問題

1)水泵運(yùn)行年限較長(zhǎng)，設(shè)備嚴(yán)重老化，故障率高。由于沒有相應(yīng)的備品備件供應(yīng)，所以維修困難。已影響平穩(wěn)供水，對(duì)分公司安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

2)JO2 系列電機(jī)是非節(jié)能產(chǎn)品，是屬國(guó)家明令淘汰的電機(jī)產(chǎn)品。

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

4)由于是兩個(gè)泵站，所以必須有兩組人員看守、操作泵站，存在人力浪費(fèi)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(tái)套水泵對(duì)應(yīng)更換為ISO系列，流量為150耀180 m3/h，揚(yáng)程為62 m的新水泵，安裝位置與舊水泵對(duì)應(yīng)。配用電機(jī)型號(hào)為Y系列2 極，功率為45 kW。廢棄原有水泵的控制系統(tǒng)，對(duì)10 臺(tái)新水泵實(shí)施集中控制。對(duì)其中7 臺(tái)水泵實(shí)施工頻控制;對(duì)剩余的3 臺(tái)水泵實(shí)施“一拖三”的變頻控制，實(shí)現(xiàn)水壓的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。正常情況下，要求以工頻控制的水泵運(yùn)行4 臺(tái)，備用3臺(tái);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(shí)投運(yùn)已實(shí)施“一拖三”的變頻控制水泵系統(tǒng)，并盡可能使3臺(tái)變頻控制的水泵保持在一工頻運(yùn)行、一變頻運(yùn)行、一備用的狀態(tài)，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水壓，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。

本文針對(duì)改造方案中提出的“一拖三”的變頻控制方案，從電氣設(shè)計(jì)的角度進(jìn)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(wǎng)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(hào)。由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用PID 調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用PLC 參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)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(jù)手動(dòng)設(shè)定壓力信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過PID 運(yùn)算后，PLC 將0~5V的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟啟動(dòng);PLC 通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺(tái)數(shù)，在大范圍上控制供水的流量，同時(shí)完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。PID 調(diào)節(jié)器控制變頻器對(duì)變頻泵進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，在小范圍上控制供水的流量。這樣，從投入電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)中某一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而達(dá)到恒壓供水的目的。

4 電氣設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序包括啟動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，分別如圖1，圖2所示。

4.2 主電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主電路如圖3 所示。當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時(shí)間內(nèi)還不能滿足恒壓值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指定下一臺(tái)泵為變頻泵;同樣的道理，當(dāng)水壓在所設(shè)定的時(shí)間內(nèi)保持恒定，且變頻器的輸出頻率低于30 Hz時(shí)，則退出一臺(tái)工頻運(yùn)行的給水泵。

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